关于悬挂式贝雷架在高架渡槽施工中的应用

关于悬挂式贝雷架在高架渡槽施工中的应用
摘要：在跨度大、槽身高、地貌起伏变化复杂的地区进行渡槽施工时，采用悬挂式贝雷架施工技术，既克服了钢架管满堂架、钢管支柱式的贝雷梁支架结构施工成本较高、对支架的地基变形量的要求较高的难题，又克服了移动模架单套购置成本较高、利用单套模架不能按期完成施工任务的不利因素，成功地实现了海南昌江项目高架渡槽的施工，既节约了成本，又简化了施工程序，该法可供同类工程施工参考。

关键词：悬挂式；贝雷架；高架渡槽；施工
引言
昌江干渠1#、2#渡槽从水田和水沟中穿过，并横跨昌化江，墩身高度在20m～33m，单段渡槽标准长度24m，槽身顶高达37m，施工难度大、工作量大，因工程标价较低，寻求合理、经济的施工方法成为项目部的头等大事。

为此，在系统了解钢架管满堂架、移动模架、粗钢管支撑的贝雷梁支架等施工方法的优缺后，结合渡槽从水田和江中穿过的实际地质状况，在认真分析渡槽和墩身结构特点后，经过多方案对比论证和计算分析，从经济适用满足工程施工急需角度出发，结合贝雷梁结构的特点，本着尽量将贝雷架直接悬挂支撑在墩顶，不再进行两墩之间的地面硬化处理的施工思路展开工作，在对各项施工荷载认真计算分析后，依据钢结构的有关设计要求，经过计算、现场实验、设计出能与标准贝雷架相连接的悬挂式端头非标准件，并委托专业厂家完成制作后与标准贝雷架组成整体悬挂支撑式结构，同时围绕该支撑结构型式寻求合理的安装、拆卸施工方法，以确保施工顺利进行，大大降低施工成本同时加快施工进度。

工程概况
该项目海南省大广坝二期工程昌江干渠I标段工程中有两座渡槽，分别为1#、2#渡槽，渡槽总长度为1732m，槽段单跨长24m的共计59段，其中墩台高度在20m～33m之间的槽段有39个，其中：1#渡槽从PJ8开始到PJ25共有17段为24m跨的渡槽，其它为15m跨的槽段。

1#渡槽24m跨渡槽的墩基大部分位于水田内，少数位于沟旁或山坡处，总体地势起伏明显，地面软弱，交通运输、支架搭设、吊装等作业极其不便。

2#渡槽长1098m，渡槽跨过昌化江及与左岸并行的昌化江支河床内，河床长年有水，地垫起伏变化大，与1#渡槽相比，对交通运输、支架搭设、吊装等作业的制约更为严重，墩台高度多在20m～33m。

所有1#、2#渡槽24m长的槽段全部为预应力薄壁混凝土结构，U型断面，渡槽槽身高3.9m，宽度4.0m，单段总重约188t，单段加大容水量177t。

区域内最大风速22m/s；江中最大洪峰流量12000m3/s。

预应力混凝土槽
身断面参见图1、2：
图1.预应力槽身横断面图
图2.贝雷梁支架纵向剖面示意图
方案选比
选比目标
保证工程安全、保证工程质量、有利于加快施工进度、节约施工成本。

常规支撑结构施工方法的特点
3.2.1钢架管满堂架
钢架管搭设方便，施工作业经验成熟，但因渡槽槽身重量之大，高度之高，单段渡槽用钢管量和扣件较多，安拆费工较多，每段渡槽施工时，占用周期较长，不利于工期，并且钢架管的安拆要求地基应平整、硬实、承受荷载后不发生沉降变形，该渡槽所经过之地多为水田、沟可及昌化江，基土软弱，不能在地面上直接进行脚手架搭设，必须提前将两墩之间的场地进行垫土换填处理，特别是在沟河处有过水需要，不能填土，钢架管支撑结构不能施工，在野外独立搭设33m以上的满堂脚手架时，在海南地区受台风及洪水影响时，安全隐患较大等因素的制约，且根据相关规范脚手架节点强度受扣件的抗滑力的制约，直角扣件摩阻力而产生的抗滑力尽为10KN,钢管按轴心受压强度条件计算承载力仅为72KN，而在偏心施工荷载作用下立杆安全荷载仅为5KN,扣件式满堂脚手架搭设高度一般不能大于10m，结合脚手架特点明确规定禁止采用扣件式钢管脚手架作结构物承重支架，因此本合同段的渡槽施工不适宜采用满堂钢架管支撑进行渡槽施工。

3.2.2移动模架
移动模架，一次安装完成后，可多次连续使用，不受两墩之间地基的影响，适合渡槽穿过水田和江河施工，但单套定型设备市场一次购置费用约为300-600万元，单套设备又不能保证工期，该工程工期紧、跨数多，满足合同工期需要4套移动模架，仅模架费用高达1200-2400万元，单项工程成本消耗过大，工程成本费用太高，另外移动模架是针对特定工程所做的定型产品，通用性差，工程完成后，因其他类似工程结构的不同，很难达到重复利用，在万不得已的情
况下，才能采用移动模架进行施工，在本工程施工时，从经济角度考虑无法采用。

3.2.3 钢管支柱式的贝雷梁支架结构
贝雷梁片在国内外定型产品的质量稳定、可靠，重复利用性能好，被广泛作为支架使用，在铁路、公路的箱梁施工时，很多工工程在地基承载力允许情况下采用粗钢管支柱配合大断面工字钢的支撑体系，工作内容包括：钢管支撑基础的开挖和处理、钢管支脚的预埋、钢管吊运安装、砂箱安装、工字钢梁安装，贝雷架安装、支架预压等工序，工序繁杂，特别是支架基础的开挖和混凝土浇筑工序成本较高、在软弱在段施工难度大，极不适宜在水田、江内等软基地段使用，因此，在方案选时，仅能将其作为参考方案。

类似工程的施工简图3.4：
图3.贝雷梁支架顺桥剖面
图4.贝雷梁支架横桥剖面
3.3.4悬挂式简支贝雷架
采用端部悬挂式简支贝雷架结构施工时，是将贝雷架直接安放在已完成施工的墩帽上面，不需另外进行支撑结构基础的开挖和支架预压，只需将贝雷梁直接安放在墩帽上面便可进行模板及后续工作的施工，与钢管支柱式支撑的贝雷梁支架相比，不需进行钢管支撑基础的开挖和处理、钢管支脚的预埋、钢管吊运安装、工字钢梁安装及支架预压等工序，较好地简化了施工程序，不仅能加快施工进度，又能节约施工成本，鉴于其优点，项目部经过计算、模拟实验、现场第一跨生产性实验成功浇筑，项目部将悬挂式简支贝雷架结构作为该工程的最终施工方案。

悬挂式简支贝雷架施工如下如图5、6所示：
图5.悬挂式简支贝雷架纵向剖面布置图
图6.悬挂式简支贝雷架横向剖面布置图
悬挂式简支贝雷架结构的主要组成部件
砂箱、端头支架、标准贝雷片、加强弦杆、连接片、连接销栓及多种连接螺栓、侧向弯矩限位连接件、施工马道横托梁、拆除用的下托梁、拆除用的上横梁和拆除用的升降螺杆等。

施工程序
正式施工之前，首先完成砂箱制作、侧向弯矩限位连接件、施工马道横托梁、拆除用的下托梁、拆除用的上横梁和拆除用的升降螺杆等非标件的制作和准备工作，然后进行端头支架与标准贝雷架的连接、砂箱制作安装、贝雷支架的吊运安装，再进行马道横托梁的安装、马道铺设、渡槽外模安装和侧向弯矩限位连接件的安装，混凝土养护达到拆模条件后，及时安装拆除用的下托梁、拆除用的上横梁和拆除用的升降螺杆等，最后进行贝雷架的拆除吊装。

控制要点
6.1贝雷梁的选用和设计时
在进行贝雷梁的选用和设计时一定认真参考标准贝雷梁力学特性表、几何特性表、和桁架容许内力表，确保设计出的组合梁能满足施工荷载需要和挠度值需要，特别是在进行端头支座的设计和制作时，一定使其上弦伸出端的剪力和弯矩满足要求。

6.2贝雷梁吊装
贝雷梁正式吊装之前，一定要模拟施工荷载预先进行整体梁承重后挠度的实际验证，找出实际值与理论计算之间的差值，采取正确的修正（或调整）措施，如增减梁片的数目等，确保槽身预拱度满足设计需要。

做好组合梁与钢模底部横支架的连接，使其整体受力，不发生侧向弯拆和扭曲，确保结构件的整体稳定。

6.3混凝土浇筑前后对贝雷梁架的挠度产生的影响
因渡槽模板为拼装件，与贝雷梁整体受力后，其力学特性不易掌握，在混凝土浇筑前后对贝雷梁架的挠度产生影响，故在外模安装完成十分有必要进行一次满荷载模拟试验，本工程施工时采用在外模内铺设土工膜、注水法进行试验，
注水量与施工荷载相同，准确记录外模底模的挠度值，若与设计要求有差距，通过调整垫块厚度进行微调。

主要工序的施工方法和有关简图
砂箱
本工程中是将贝雷梁的悬挂端支撑在墩帽的两侧，为确保不发生应力集中对混凝土的破坏，采取扩大接触面的方式进行解决，既在每片梁端各设一个砂箱。

砂箱的制作应大小一致，采用中细砂，并筛除2mm以上的颗粒，以保证能顺利从底孔放砂，每箱的装砂量需经过压实试验和仔细计算得出，确保承重后梁底在同一水平面上。

砂箱制作如图7所示：
图7.砂箱制作图
端头支架
渡槽端肋座在墩帽上面的支座垫石上，渡槽底面与墩帽顶面之间的空间十分有限(参见悬挂式简支贝雷架纵向剖面布置图)，无法安放标准高度的贝雷梁片，为此，特设制了悬挂式端头进行解决，端头支架的上弦杆悬挑长度300mm，上弦杆双倍加强并严密焊接成一体，保证其受力时不发生弯剪破坏和变形，接头采用标准贝雷架的阴头和阳制作，贝雷架安装时，只需将300mm长的悬挑端头安放在墩帽上面的调节砂箱上面便可。

悬挂式端头简如图8所示：
图8.悬挂式端头支架制作简图
贝雷架的拼装、吊装
施工过中可参照《公路桥涵施工技术规范》执行，严格按照钢桥安装的施工技术要求进行操作，过程中不得对标准贝雷架进行动火改造，销栓和螺栓安装时，应顺畅吻合，不得强行用力敲击，每组（三榀一组）拼装完成，经检查连接片安装、各紧固件牢固无误后方可进行吊装作业。

吊装时，墩身高度小于25m的可采用两台25t汽车吊进行吊装，墩身大于25m的25t汽车吊已不能满足要求，可采用单台60t级的汽车吊进行吊装。

悬挑施工马道板的搭设
组合贝雷梁的实际宽度仅能满足结构需要，两侧施工马道可采用在上弦杆下吊铺横托梁的方式解决，铺设简如下：
用吊环式螺栓进行固定，紧固丝杆直径不小于14mm；钢执片厚度不小于5mm，如图9、10所示：
图9.马道铺设简图
图10.悬挑连接点放大图
侧向限位连接施工
外模横向支架与底模在同一水平面上，模板安装时，及时将底模与外模用螺栓连接，便其形成平面整体，并用下图所示的紧固件将模板支架与贝雷梁上弦连接，便贝雷架上弦与模板底支架共同形成稳定的平面桁架结构，充分保证组合体不发生侧向弯扭。

模板底支架与贝雷架上弦之间用螺栓进行紧固，螺栓直径不小于16mm；如图11所示：
图11.外模水平支架与贝雷梁的连接简图
上图中，需要两根直径16的螺栓及相应螺母；下垫片厚度10mm、长200mm、宽140mm；上垫片厚度10mm、长度200mm，宽度60mm。

贝雷架的拆除
当混凝土达到图纸要求的强度后，可降低砂箱的顶高程，使贝雷梁架下落约10cm左右，便可拆除外模和底模，外模和底模拆除完成后，可进行贝雷梁架的拆除。

所有贝雷梁架均位于槽身下面，因高度较大，为保证吊装安全，不能直接用吊车平移贝雷架，为此，采用先将贝雷架平移出槽底，然后进行垂直吊装的拆除方法。

平移装置为一套能进行小范围升降的组合梁，拆除作业时，先将上横梁安放在渡槽顶部，然后安装下托梁，上梁和下托梁由钢丝绳和高强螺杆组成。

人工紧固或松动螺母，下托梁便能上下移动。

吊装分组进行，先两侧，后中间。

在下托梁上面安放一厚度约10cm 左右的方木，方木长度略大于三组贝雷架的宽度便可，吊装时，将方木移动到将要拆除的贝雷架下面，固定牢固后，紧固上横梁上的螺栓，便可将该组贝雷架托起。

向外移动上面的螺栓支座便可将贝雷梁水平运出（中间的贝雷架可分两次运送便可运出），然后用吊车进行垂直吊装。

整组贝雷架的地面平移
单组（3榀组成）贝雷架总长23.3m，重12t，无法人工整体移动，若拆除后再重新组装会消耗大量的人工，项目部用汽车后桥制作了一套双桥运输车，贝雷架吊运下来之后，可及时放在车上，用装载机拖运到下一工作面。

悬挂式贝雷梁支架施工方法的实施效果
安全方面
经现场荷载实验，结构整体稳定性能好，在施工期间悬挂式贝雷架整体吊装、拆除，减少了从事高空作业的人员，降低安全风险。

施工进度方面
施工方案确定后，项目部及时召开专题研讨会和现场技术交底会，并及时按照要求进行了各级试验和试生产。

单段渡槽共分3组（9榀），全部吊装完毕约1小时。

全部折除完毕约3个小时，单段渡槽贝雷架的安装和拆除共计耗时约4个小时，若采用钢管满堂架，其安拆约7天以上方可完成，上述悬挂式贝雷支架进行施工，具有钢管满堂架不可比拟的施工速度，加快了施工进度。

质量方面
采取悬挂式贝雷架支撑结构系统施工方法进行高排架槽身砼浇筑，模板拆除后，经监理、设计、业主联合检查和鉴定砼浇筑质量达到优良标准，业主及时组织海南省大广坝二期工程各参建单位到我部渡槽施工现场进行观摩学习和经验交流，并对我局的施工技术水平给予了高度的评价。

经济效果方面
经过悬挂式贝雷架成功的实施，所采用贝雷架可以多次周转使用，项目部只承担周转材料租赁和摊销费用，成本大大降低，与采用移动模架施工法相比，经项目部计算，预计降低直接成本500万元左右。

结语
采取墩帽作为承重结构，以悬挂式贝雷梁作为支撑结构，结合细部构造要求在优化各项细部工序的基础上，总体施工效果良好，即保证施工安全、加快施工进度、节约了施工成本，工程质量可靠，悬挂式贝雷梁材料可多次周转使用，达到了良好效果。

目前，该施工成果正顺利地用于昌干I标1#和2#渡槽剩余55段高架渡槽的施工，全线4个槽身浇筑工作面均已展开33米高排架槽身施工的高潮，预计在2010年底，项目部能顺利地实现1#、2#渡槽提前竣工的总体目标。

参考文献：
[1] 《水工钢结构》第三版（中国水利水电出版社）；
[2] 《桥梁施工常用数据手册》（人民交通出版社）；
[3] 《钢结构原理与设计》（中国建筑工业出版社）；
[4] 《昌江干渠第I标段1#、2#渡槽预应力槽身结构图》。

[5] 《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。