门架式现浇盖梁施工支架设计

门架式现浇盖梁施工支架设计
摘要：文章主要论述了大跨度、超重门架式现浇盖梁结构的施工支架设计，通过采用钻孔灌注桩、钢管混凝土柱、贝雷梁组合支架体系解决现浇盖梁的施
工问题。

主题词：门架式现浇盖梁施工支架设计
一、项目简介
上海市A15公路工程，从浙江与上海的市界处k0+000至上海闵行与南汇的分界处k55+714.5，全长约55.7km。

主要参建单位，建设单位：上海公路投资建设发展有限公司；设计单位：
上海市政工程设计研究总院；施工单位：中铁十八局集团有限公司。

在k33+87.696--k33+439.275段跨越上海市原水工程箱涵，公路和箱涵中
线交角为10。

33，。

桥梁结构设计如下：门架式桥墩，群桩承台基础，桩基为
Φ1200钻孔灌注桩，现浇盖梁，桥面21--22m跨度空心板梁。

见图1。

由于两线交角比较小，根据桥墩与原水箱涵的相对位置，门架式盖梁最大
跨度40.7m，圬工量570m3，重量1425t；最小跨度18.97m，圬工量366m3，重915t。

二、原水箱涵简介
受施工影响范围内的黄浦江上游原水引水管渠为上世纪80年代中期建造的，至今已运营了约20年。

该管渠为4孔钢筋混凝土结构，每2孔为一整体，水平平行排列。

管渠横断面内净尺寸为（3.75m×3.25m×2）×2，壁厚0.35～0.4m，外包宽17.6m、高4.17m，每节箱涵长约为22.0m--25.0m，纵向每2节箱涵间设有伸缩缝。

管渠无基础支承。

管渠顶面埋深约为1.6--2.0m，
管渠底面标高约为-2.6m。

该原水引水管渠是上海市最主要的原水引水管渠之一，如果不能正常使用
会影响到市区大部分单位和广大居民的正常用水问题，不仅造成巨大的经济损失，而且会引起较大的社会影响。

三、原水箱涵的安全控制
在桥梁施工中，最大限度使箱涵不受到扰动，确保原水箱涵的绝对安全。

由于箱涵不是承重结构，杜绝将施工荷载直接作用在箱涵顶部或两侧；杜绝箱涵两侧受力不均现象。

安全控制参数：原水管渠水平位移的极限值均为2.5mm。

四、支架设计
1、总体思路
（1）由于原水箱涵不是承重结构，门架式盖梁跨度大，重量大，施工时的承重支架就不能直接布置在箱涵顶上，设计主要考虑为梁式支架。

同时考虑临时支墩位置是否能满足支架梁的强度、稳定和挠度问题。

但是，临时支墩的位置又涉及到支墩桩基与箱涵的距离和对箱涵的影响，需要综合考虑。

（2）根据图1，以典型跨度40.70m、重量1425t的盖梁为设计结构。

（3）支架梁拟采用贝雷片梁。

临时支墩立柱采用φ500钢管混凝土，顶部设置型钢横梁。

2、具体方案
以图1断面为代表，跨度40.70m，盖梁圬工量570m3，重量1425t。

①方案1
从基本方案入手，在承台上设置临时支墩，把所有荷载通过承台直接传递到桩基上，这样，对箱涵影响最小。

支架梁采用双层4排贝雷梁，4根φ500钢管混凝土立柱。

见图2。

盖梁：570×25×1.2/43.57/4=98KN/m；贝雷梁:14KN/m；I20工字钢:
1KN/m；活载:5KN/m；荷载合计118KN/m。

通过计算，贝雷梁跨中最大弯矩Mmax=1908KN·m＞［M］=975KN·m，且挠度达到470mm，远大于模板支架要求的L/400=100mm。

因此，此方案不满足要求。

直径500钢管砼
Φ1200钻孔灌注桩Φ1200钻孔灌注桩
q=92.5KN.m
2500
M=1908KN.m>［M］=975KN.m
1.236 1.2
图2典型结构1方案1
（此方案不满足要求）
由于施工荷载太大，且盖梁底净空尺寸较小，钢梁的刚度已经无法增加，只能在跨间增设支点，减小贝雷梁的跨度，使梁的强度和刚度满足要求。

根据支架的受力分析，中间支点处最大反力980KN，上海地区的③1层:灰
色淤泥质粉质粘土地基承载力只有20KPa，采用浅基础面积要达到62m2，且荷
载会直接作用在箱涵顶部，对箱涵而言，是十分危险的，故支墩基础采用桩基础。

②方案2
横梁采用双层4排贝雷梁，并通过反复计算、比较，只有在承台上和距箱涵边1米位置左、右设置共8个临时支墩。

4个位于承台上，4个需要设置支墩基础。

形成1.2+7.6+20.8+7.6+1.2米3孔连续梁结构，相对可行。

根据受力分析，抗剪等不是控制性因素，本文只列贝雷梁变形、立柱稳定的计算，见图
3。

（a）弯矩计算
通过计算，跨中最大弯矩Mmax=3338KN·m，Mmax/8=417KN·m＜［M］=975 KN·m。

挠度按照简支结构计算也只有68mm。

（b）边柱
立柱处最大反力位于左立柱处，为3516KN，采用φ500×8mm钢管砼构件，内填C30混凝土，可满足要求，承台襟边需50cm以上。

I=3.07×10-3m4
i=I/A=0.125m
λ=μl/i=40(高度按照5米考虑)
折减系数ψ=0.927
σ=P/A=17.9MPa≤ψ［a］
承台做为立柱基座，由于局部承压，需放置钢筋网片，并埋设1cm厚钢板，采用螺栓与钢管进行连接。

（c）中柱
在水渠每侧1米外各设置2根φ800钻孔桩作为中间支点的基础。

通过计算，支点反力4290KN，采用φ500×8mm钢管砼构件，内填C30混凝土，可满
足要求。

I=3.07×10-3m4
i=I/A=0.125m
λ=μl/i=40(高度按照5米考虑)
直径500钢管砼
A大样
2根800钻孔桩
q=78.6KN.m 直径500钢管砼
钻
孔
桩
2根800钻孔桩
>1m
箱涵
A大样
1.27.620.87.6 1.2
图3典型结构1方案2
折减系数ψ=0.927
σ=P/A=21.8MPa≤ψ［M］
桩顶做为立柱基座，由于局部承压，需放置钢筋网片，并埋设1cm厚钢板，埋设螺栓与支撑进行连接。

（d）基础设计：
根据支架计算荷载、设计地质勘探报告、桥梁设计规范对中间支点的钻孔
桩承载力进行设计，对沉降量进行计算。

本计算书以图3中间支点反力为
4290KN为例，其余计算从略。

根据地质勘探报告，此桩对应的地质情况为：
①层：填土，标高3.2～1.6；
②1层：黄—灰色粉质粘土，标高1.6～-0.4；fs=15KPa
③1层:灰色淤泥质粉质粘土，标高-0.4～-5.2；fs=20KPa
④T层:灰色粉质粘土，标高-5.2～-15.2；fs=40KPa
⑤1层:灰色粘土，标高-15.2～-19；fs=30KPa
⑥1层：暗绿～黄色粉质粘土，标高-19～-23.4；fs=60KPa
⑦12层:黄～灰色砂质粉土,标高-23.4～-28.2；fs=70KPa
⑦2层:灰色粉细砂,标高-28.2以下；fs=80KPa；fp=2500KPa
桩长选择40m，桩径1.2m,桩身周长u=3.768m
单桩承载力允许值计算：
［Ra］=1/2u∑qikLi+A p q r
q r计算大于1000KPa，根据规范取1000KPa，
［Ra］=4764KN>4290KN
沉降量计算
桩基沉降量由桩身压缩量、沉碴压缩量、桩端土压缩量组成。

桩身压缩量≈PL/2EAp=5mm
沉碴压缩量考虑混凝土灌注中沉碴的挤出，按20mm考虑，沉碴空隙比e=1.6
沉碴压缩量=h p e/(1+e)=12mm
桩端土压缩按照分层总和法采用计算软件计算，为3mm。

故桩基沉降量为20mm。

五、施工要点
1、φ1200mm临时桩基
（1）护筒
①采用10mm厚钢板卷制护筒。

②为了保护原水箱涵在钻孔施工时不受扰动，考虑到箱涵周围均是回填土
的实际情况，护筒底深入到箱涵底50cm以下。

这样，每个护筒长度7m。

③护筒不考虑拔除。

④钻孔桩底进行压浆处理，解决桩基下沉问题。

（2）钻孔控制
临时支墩桩成孔先按14h成孔进行试验，随着工程进展和沉降观测数据的
收集，最终确定合适时间。

泥浆相对密度，取1.2以上，粘度不小于19Pa·s，钻进中，始终保持孔
内水位与地面平。

并在钻桩过程中随时取样监测。

（3）箱涵沉降缝保护
经过现场实际勘探，原水箱涵沉降缝为22--25m一道，本段桥梁工程临时
桩距箱涵沉降缝的最小距离为4.15m，临时支墩钻孔施工不会造成沉降缝影响。

同时本段不受箱涵的透气孔和黄泥潮（箱涵附近河道）顶管检修井的影响。

2、临时支墩
（1）支墩采用φ500mm壁厚10mm的钢管，内浇筑C30混凝土。

（2）管底焊接10mm厚的钢板，钢板尺寸为60×60cm，通过预埋螺栓拧紧
与桩基连接。

（3）安装钢管时，使用吊车；管内混凝土浇筑时，使用汽车泵；吊车和汽车泵应停在距箱涵10m保护区以外。

3、贝雷梁
（1）吊装就位
4片贝雷梁分别在保护区外组拼，单片拼装完毕，先由1台吊车移至墩柱
附近，放置地面混凝土临时支墩上，然后，由2台吊车抬起就位。

（2）预压
预压前，把4片贝雷梁横向联接在一起，成为1个受力整体。

然后，在其
顶面铺设I5a工字钢做为横梁，间距30cm。

并根据不同跨度设置预拱度。

预压
材料为沙袋，荷载为盖梁全重。

（3）拆除
把4片贝雷梁拆成2部分，每2片做为一个整体，用吊车移位落到地面混凝土临时支墩上。

4、混凝土浇筑
由于盖梁小则366m3，大则570m3，属于大体积砼，因此，浇筑施工采用2台泵车进行。

泵车均停在箱涵保护区外。

砼浇筑应从两侧进行，应水平分层浇筑，以免出现冷缝。

浇筑速度不宜太快，防止支架和横梁变形过快，造成安全事故。

六、施工效果
由于外界因素的影响，工程施工过程中箱涵难免发生各种变化。

且引水管渠在设计时仅考虑其上下一定范围内的荷载或地下水浮力的影响，而未考虑其所受的侧向力的作用，如果伸缩缝两侧的管渠遭受不均匀的上下或侧向压力很容易造成脱开。

一旦发生类似情况，引水管渠内的水受自有的压力作用，会喷射而出，造成严重后果。

在工程施工期间，对影响范围内的引水管渠进行了有效、全面、及时的监测，并做到了信息化施工，确保了引水管渠的稳定和安全运营。

1、原水管渠水平位移：极限值2.5mm，实测最大位移量1.5mm。

2、原水管渠垂直位移：极限值2.5mm，实测最大位移量1.2mm。

3、桩基轴力：计算最大内力为980KN，设计最大内力为1400KN，实测最大内力为880KN。

4、桩基垂直位移：设计允许位移量20mm，实测最大位移量12mm。

5、支架挠度变形：设计挠度最大变形68mm，实测挠度最大变形38mm。

6、临时立柱轴力：设计最大内力1520KN，实测最大内力1050KN。

现该段桥梁盖梁已经按照施工设计方案施工完毕，箱梁架设也已完成。

通过对施工过程中监测数据的整理，各项指标均在警戒线以下，施工设计方案达到了预期的效果。

参考文献：
[1]《建筑施工手册》中国建筑工业出版社2003。

[2]钟善桐《钢管混凝土结构》清华大学出版社2003。