钢管桩和贝雷梁组合支架在跨河现浇梁施工中的应用

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工程概况永定新河特大桥主桥跨越永定新河与引河，每跨采用 40 m 钢筋混凝土预应力简支箱梁。桥位处的永定新河宽 128 m，深 4.0 m；引河宽 100 m，深 1.5 m，两河中间还有一条宽 12 m 的污水河。施工范围地势低洼、河床开阔、河谷宽缓、河水流速较慢、河底及沿岸有较厚的淤泥。为满足工期要求，永定新河南岸及跨污水河、引河段的 8 孔简支梁采用支架现浇法施工。针对该段地基软，大部分桥墩位于河流内，地质条件较差的工程实际，采用了以 准630 mm 钢管桩作地基处理，上部架设贝雷梁作为支架的方案。本文以 490#～491# 墩为例介绍支架的设计施工及预拱度控制。方案设计490#～491# 墩需跨越永定新河约 11 m 的河床，其中 490# 墩在永定新河河床内；491# 墩位于永定新河与引河间的河谷内。因永定新河是泄洪河，简支梁施工时又正值汛期，不能采用回填土方搭设支架法施工。为保证河道畅通，满足其泄洪要求，最终选定以两跨贝雷梁跨越河流的方案。贝雷梁基础由 3 排钢管桩组成，后考虑到 491# 墩周围约 18 m 范围内地基条件较好，经换填灰土压实后即可满足地基要求的特点，为节省造价，采用混凝土条形基础代替其中一排钢管桩。见图 1。每排钢管桩由 9 根 准630 mm，壁厚 10 mm 的钢管组成，桩顶露出水面 1 m 以上。如钢管桩露出水（地）面超过 2 m，钢管桩之间应采用横撑和斜撑相联。根据混凝土箱梁荷载特点，钢管桩间距不等距对称布置。混凝土条形基础长 18 m，宽 2 m，为钢筋混凝土结构。钢管桩及条形基础施工完毕后，在其上架设组装好的贝雷梁，贝雷梁顶等距铺设Ⅰ20 工字钢后搭设碗扣件支架。贝雷梁顶与灰土段满堂支架应连接牢固，形成整体。见图 2。地基处理钢管桩施工第 1 排钢管桩靠近 490# 墩设置，其中 7 根施打至该墩承台及加台顶，以其为地基承载。第 2 排钢管桩在距 490# 墩 13 m 处，打入深度为 15 m，以钢板桩机或吊车悬吊振动锤打入。插打时严格控制钢管桩定位和垂直度，发现偏差及时纠正。在打到 15 m 后持荷 10 min，直到钢管桩不再下沉方可撤锤。钢管桩成桩后倾斜度≯0.5％H，桩位偏移≯5 cm，高程偏差≯2 cm。插打完成后进行支撑连接施工。支撑分为横撑和斜撑，均与钢管桩连接，连接方式采用 506 焊条焊接，通长满焊。横撑与斜撑可各设置一道，横撑设置在常水位（地面）以上 30 cm 处，两钢管桩之间；斜撑设置呈 X形状，上端设置在桩顶下 20 cm 处，下端设置在横撑处。如钢管桩露出水（地）面 0.5～2.0 m，可视情况只设一道横撑。横向系梁施工每排钢管桩顶端采用 2 道Ⅰ40 工字钢做为横向系梁，2 道工字钢用 10 cm-20 cm-1 cm 钢板连接。施工时用吊车两点起吊法将横向系梁吊至钢管桩顶固定焊接。在墩柱未打钢管桩侧紧贴墩柱加设Ⅰ40 工字钢一道并与系梁采用拉杆相连。拉杆共 3 根，分别设在墩柱中间凹槽部位及两端。其中凹槽部位拉杆为 准20 mm钢筋，穿入浇注墩柱时固定模板用的拉杆孔内。横向两侧拉杆为精轧 准25 mm 钢筋。混凝土条形基础施工条形基础位于距 490# 墩 26 m 处，长 18 m，宽 2.0m，深 0.6 m，为钢筋混凝土结构，基础顶面与钢管桩顶工字钢系梁平齐。满堂支架地基处理先清除支架范围内的树木、杂草等障碍物，如原地表土质较好，可将原土平整、压实后，填筑 40 cm 厚 10％灰土；如原地表土质较差，不能直接做基础，应换填 100cm 厚 10％灰土和 50 cm 厚山皮土。填筑时分层填筑、压实，每层压实厚度不少于 20cm，压实度＜93％。碾压稳定后，观察无辙痕、无沉降，再通过试验进行检测合格方可搭设支架。处理后的地基高出原地面≮20 cm 并做成≮2％的双面拱坡。支架地基达到设计承载力要求后，在四周挖排水沟，做好排水系统，防止雨水浸泡地基。支架搭设纵向主梁施工在钢管桩横向系梁及混凝土条形基础上架设 7 片贝雷梁作为纵向主梁，贝雷梁需提前拼装，在桩位间连续设置形成连续梁。贝雷梁横向间距不等距对称布置，跨中间距最小，两端间距最大。贝雷梁拼装时必须拧紧螺丝，销子均上卡扣。为保证受力均匀、变形一致，贝雷梁与条形基础必须紧密接触，如中间有缝隙需加钢板调整。铺设工字钢由于贝雷梁间距较大，就位后需在梁顶横向铺设一层 18 m 长Ⅰ20 工字钢，间距 60 cm，替代搭设支架用的底层方木。工字钢与贝雷梁用 U 形卡连接，U 形卡呈梅花形布置且必须保证每根工字钢上均有不少于 3个 U 形卡。工字钢接头间隔布置，相互错开，不允许在同一截面内。如工字钢接头没有搭在贝雷梁的上弦杆上，必须用钢板将两工字钢焊接牢固。碗扣件支架搭设在已换填压实好的地基上先铺设 20 cm-20 cm 枕木，箱梁底轮廓线 7.2 m 范围内，横向满铺，翼缘板处可间隔 10 cm 设置，枕木上方纵向通长铺设 15 cm-15 cm方木。支架间距分别为：（1）横向中间部分箱梁，梁底轮廓线 7.2 m 范围内，立杆按纵向步距 60 cm、横向步距 60 cm，水平横杆高60 cm 设置；（2）横向翼缘板部分，横向两侧各 4.5 m 范围内立杆纵向步距 60 cm，横向步距 90 cm，水平横杆高 120cm 设置；在箱梁纵向梁端 3.6 m 范围内按水平横杆高60 cm 设置。支架搭设宽度与贝雷梁梁面宽度相同，均要超出梁顶设计宽度两侧各 1～2 m 作为施工工作平台。为加强支架整体稳定性，按桥梁轴线纵横方向设置剪刀撑，剪刀撑左右上下连通并从底面到梁底连续设置。横向剪刀撑沿纵向每 5 m 一道；纵向剪刀撑共设置 5 道，支架外侧及腹板梁正下各两道，底板梁中心线一道。剪刀撑与相连支架横杆、立杆的交点，均以扣件连接固定。在碗扣支架上下方设置可调节上下托，下托直接坐于通长铺设的 15 cm-15 cm 方木上。为保证碗扣件支架顶部稳定性，碗扣支架立杆上部自由高度≯60cm，超出必须增加一步横杆。碗扣支架搭设时应保证纵横成线，纵横向杆件用扣碗扣紧，不移动，形成牢固的纵、横、竖三维网架。顶层方木纵向为 15 cm-15 cm 通长铺设，间距 60cm；横向为 10 cm-10 cm 方木，间距 25 cm。支架等载预压及预拱度的设置箱梁支架搭设完毕、梁模安装好后，对支架进行等载预压。预压的目的一是消除支架及地基的非弹性变形，二是得到支架的弹性变形值作为施工预留拱度的依据。等载预压即预压重量为箱梁混凝土自重、内外模板框架重量及施工荷载之和，为简便计算可以取箱梁混凝土自重的 120％。本工程地处永定新河，给排水方便，使用水袋注水加荷，三级加载的方法进行预压。水袋铺设前先在安装完成的梁模内铺设一层砂袋，在砂袋筑成的空间内铺水袋，形成水槽注水加载。第 1 级加载 0～50％，第 2 级加载 50％～80％，第 3 级加载 80％～120％。每次加载完后均需进行沉降观测，之后再进行下一级加载。第 3 级加载完 4、12、24 h 后再分别观测一次。利用最后一次观测的数据和预压前观测数据对比得出支架及基础的沉降量。测点布设。每跨纵桥向间隔 8 m 设 1 个断面，每断面设 10 个测点，上下各 5个，上部 5 个测点分别设在两侧翼缘板各 1 个、两腹板处各 1 个，梁中心线底板处 1个；下部 5 个测点分别设在对应上部 5 个的水平投影位置左右并且在枕木上。对各测量点要进行编号，以利于对比分析。卸载过程是加载的逆过程，同样分 3 个步骤。前两次卸载完后立即进行沉降观测并于 0.5 h 后再观测一次。第 3 次卸载完后立即进行沉降观测并于 2 h 后再观测一次。要均匀依次卸载，防止突然释荷的冲击并妥善放置重物以免影响正常施工。分阶段卸载时再对各点进行测量，得出支架卸载后的回弹量。两次测量值比较，得出弹性变形值。支架标高调整。架体预压前，支架按照设计标高调整，确保支架各杆件均匀受力。预压后架体基本消除预压荷载作用下基础塑性变形和支架各竖向杆件的间隙等非弹性变形。通过预压加载前后挠度测量数据分析，该支架在试压荷载卸荷后的塑性变形为 5 mm 左右，跨中的弹性变形为 45 mm。考虑 5 mm 的塑形变形，故40 m 跨跨中底模预拱度为 50 mm，其他位置的预拱按二次抛物线布设，但在灰土段及贝雷梁段需视具体情况取不同的系数。