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1、云溪桥现浇箱型梁钢管桩与贝雷架组合少支架施工技术袁智慧（中建市政工程有限公司,中国北京100039）摘 要：结合工程实例从少支架方案拟定、少支架设计、验算、施工等方面系统介绍钢管桩与贝雷架组合少支架关键施工技术，工程实践验证所采用的设计是合理可行的，保证了工程顺利的完工。关键词：钢管桩 贝雷架 少支架支撑 荷载验算 预拱度1、工程概况XXX桥为XXX至XXX高速公路项目第XXX合同段内工程项目，位于新化县炉观镇云溪村，桥址布置在线路曲线上，主要跨越发电站水渠和云溪，起终点桩号为LAK13+050.000LAK13+142.000，该桥型跨径布置为325m+225m，桥全长为137m，桥宽为8.
2、50m，基础为机械桩承台基础，独立立柱，立柱最高为9.00m多，上部构造设计为现浇预应力砼连续箱梁。2、少支架方案拟定由于云溪水系为山区汇水主要干系，溪水在降雨后水流非常急喘，同时为了提高材料的周转回收利用，避免大面积地基处理，经详细经济技术比较并结合实际情况，现浇预应力砼连续箱梁拟定少支架施工方案：支架施工使用6mm厚钢板加工制作成的60cm钢管桩做为支架支撑，由贝雷片组成桁架做箱梁现浇支架主纵桁。3、支架设计与施工根据现浇构造物高度加工钢管桩，60cm钢管桩纵向按每跨4排布置，每排间距为7.50m，横向每排布置3根钢管桩，间距为23.25m，具体如下图： 横向钢管桩之间用20#槽钢双向打剪
3、刀撑稳定，钢管顶用20mm厚的钢板作盖板，且在盖板底加3道肋板加强。盖板上铺2根36#工字钢作承重支架横梁，横梁上现浇梁底板位置处设置安放3组6片贝雷桁架，两侧翼板位置处各设置安放单片贝雷桁架，贝雷架桁片布置间距为1.25m+2.00m+2.00m+1.25m。纵梁的每组两片贝雷架之间用花架联接，为保证纵梁的稳定性，贝雷架片沿纵梁方向在36#工字钢上用14#槽钢作骑马架横向联系加固。贝雷架上横向铺设12#工字钢做横桁，铺放间距为40cm，在铺设12#工字钢时，下面用5cm厚木楔做垫板，予以降模拆模。12#工字钢全部铺设完成后，在上面铺设2.0cm厚高强度竹胶板做底板模，竹胶板模对接口位置处，下
4、设8cm8cm方木，下面用4cm厚木楔做垫板，并将竹胶板用铁钉固定在方木上。4、荷载验算 1）箱梁恒载计算：（1）50#砼体积：10.974.2+4.3816.82+5.943.9=142.91m3（2）50#砼湿重：142.9124.10=3444.17KN（3）钢筋及钢绞线重量：（27210+4694）10N=319.04KN（4）箱梁自重恒载：（2）+（3）=3444.17+319.04=3763.21KN（5）底模自重：0.50KN/m2254.5=56.25 KN（6）侧模自重：0.50KN/m225（0.15+1.00+2.01）2=79KN（7）内模自重：0.50KN/m2255
5、.82=145.54KN（8）侧模、翼板模支架与木方自重（支架采用48脚手架钢管，纵横间距按60cm均匀布置，木方按30cm沿纵向布置）： （1125m2.93+0.10.1684390）10N=33.01 KN（9）内模支架与方木自重（支架采用48脚手架钢管，纵横间距按60cm均匀布置，木方按30cm沿纵向布置）： （1008m2.93+0.10.15.8584390）10N=48.69KN(10) 12#工字钢自重荷载（12#工字钢横向按40cm间距布置）： （ 6.00m6314.21）210N=107.43KN(11) 贝雷架自重荷载（贝雷片尺寸为3.115m1.50m0.176m）:
6、 8片8排2.75KN/片=176KN（12）36a工字钢自重荷载： 12.00m60.00kg/m2根4排10N=57.69KN（13）2cm厚钢板自重荷载（钢管桩顶用80cm80cm2cm钢板打帽顶）： 12块0.80.80.027.80103kg/m310N=11.97KN（14） 钢管桩自重荷载（顺桥向方向布置4排，每排4根，高度按9.50m计算，钢管桩直径为60cm，由6mm厚钢板卷制焊接而成）： 12根9.50m3.140.60.0067.80103kg/m310N=100.52KN贝雷架验算所受恒荷载合计为：3763.21KN+56.25 KN+79KN+145.54KN +33
7、.01 KN+48.69KN +107.43KN +176KN =4409.13KN57.69KN+11.97KN+100.52KN=170.18KN1、贝雷架计算在上部结构的计算中取桥的一跨为分析对象，将八片贝雷架等效为一根矩形截面梁分析，上部结构等效为线载荷。（1） 贝雷架的等效单排单层不加强贝雷架抗弯模量 W=3578.5cm3 惯性矩 I=250497.2 cm3等效矩形截面高 h1=140cm 宽b1=1.09546cm 八片贝雷架的等效截面高 h=h1=140cm 宽 b=8b1=81.09546cm=8.7637cm E=2.1105MPa,容许弯矩MX=788.2kNm,容许剪
8、力QX=245.2kN。（2） 上部结构等效载荷上部结构总重（相当于荷载标准值）为F1=4409.13kN，取荷载分项系数1.2后，荷载计算值F=5290.96kN，则线荷载 q=F/24=220.46kN/m。（3）结构计算模型（4） 计算结果（八片贝雷架的承载情况）a连续梁弯矩计算跨内最大弯矩：M1=0.080 ql2=0.080220.4682=1128.76kNm M2=0.025 ql2=0.025220.4682=352.74kNm 最大正弯矩Mmax=1128.76kNm支座弯矩：Mb=0.100ql2=0.100220.4682=1410.94kNmMc=0.100ql2=0.
9、100220.4682=1410.94kNm最大负弯矩Mmax=1410.94kNmb 剪力计算QA=0.400ql =0.400220.468=705.47KNQB左=0.600ql =0.600220.468=1058.21KNQB右=0.500ql =0.500220.468=881.84KNQC左=0.500ql =0.500220.468=881.84KNQC右=0.600ql =0.600220.468=1058.21KNQD=0.400ql =0.400220.468=705.47KN最大剪力Qmax=1058.21kNc 梁的跨度中点挠度：f 1 =0.677 ql4/100E
10、I=0.677220.4684/ 1002.1105106250497.210-8 =1.1610-5mf 2 =0.052 ql4/100EI=0.052220.4684/ 1002.1105106250497.210-8 =8.9210-7mf 3 =0.677 ql4/100EI=0.677220.4684/ 1002.1105106250497.210-8 =1.1610-5md 一跨梁四个墩的支座反力分别为：Ra=705.47KN、 Rb=1940.05kN、 Rc=1940.05kN、 Rd=705.47KN（5） 结果分析a)贝雷架强度验算八片贝雷架的折减系数取0.8，则八片贝雷
11、架总的允许弯矩为（验算按6片主桁架受力为计算依据）： M=788.260.8=3783.36kNm Mmax=1410.94kNmM= 3783.36kNm强度安全系数为2.68，贝雷架承载力满足要求。b)贝雷片挠度验算因贝雷片每节结构形式相同，可看作匀质梁，并以简支梁模型验算，最大挠度为：f=（5/384）qL4/（EIIx）=(5/384)220.468004/（2.1106250497.26）=0.37cmL/400=800/400=2.00cm贝雷架挠度满足要求。2 钢管桩计算通过一跨梁的整体分析，得知中间墩柱（钢管刚架）的承载力最大，取中间墩进行考察，同时考虑水流的冲击作用。（1）上
12、部载荷上部载荷最大支座反力为1940.05kN，该载荷通过8片贝雷架作为集中力作用在下部结构上，取8片贝雷架为验算对象，上部结构总重（相当于荷载标准值）为F1=1940.05kN，由此可求得上部载荷作用在钢管桩顶部6.50m范围内为三个集中荷载：P= F1/8=242.51KN。（2）水流冲击设计水流流速：2.00 m/s，考虑水位为4.50m式中 水流力标准值； 水流阻力系数，查得； 水的密度； 水流设计流速，取；A 单根钢管在与流向垂直平面上的投影面积， A=4.500.60=2.70m2由此可求得钢管桩所受水流力 =3.942kN，作用在钢管桩迎水面4.50m范围的线荷载 q=/4.5=
13、0.876KN/m（3）钢管桩结构验算模型（4） 计算结果a 三根钢管桩的支座反力计算： H水平力=3Pab/2hL(2+k)=32242.511.252.00/29.53.25(1.808+2)=15.47KNVa=(Pb/L)(1+-22+6k)/(1+6k)=(2242.51 KN/m2.00/3.25)(1+0.385-20.3852+61.808)/(1+61.808)=300.70 kNVd左=(Pb/L)(3-22+6k)/(1+6k)=(2242.51 KN/m2.00/3.25)(30.385-20.3852+61.808)/(1+61.808)=294.91 kNVd右=
14、=(Pb/L)(3-22+6k)/(1+6k)=(2242.51KN/m2.00/3.25)(30.385-20.3852+61.808)/(1+61.808)=294.91 kNVd=294.91 kN+2242.51 kN=779.93kNVf=(Pb/L)(1+-22+6k)/(1+6k)=(2242.51 KN/m2.00/3.25)(1+0.385-20.3852+61.808)/(1+61.808)=300.70 kN单根钢管桩最大支座反力为779.93kNb弯矩计算：弯矩图：Ma=（ Pab/2L）5k-1+2（2+k）/(2+k)(1+6k)= (2242.51 KN/m1.2
15、52.00/23.25)(51.808-1+20.385(2+1.808)/(2+1.808)(1+61.808)=45.36kNmMd左=（ Pab/2L）7k+3-2（2+k）/(2+k)(1+6k)= (2242.51 KN/m1.252.00/23.25)(71.808+3-20.385(2+1.808)/(2+1.808)(1+61.808)=52.61kNmMd右=（ Pab/2L）7k+3-2（2+k）/(2+k)(1+6k)= (2242.51 KN/m1.252.00/23.25)(71.808+3-20.385(2+1.808)/(2+1.808)(1+61.808)=52
16、.61kNmMf=（ Pab/2L）5k-1+2（2+k）/(2+k)(1+6k)= (2242.51 KN/m1.252.00/23.25)(51.808-1+20.385(2+1.808)/(2+1.808)(1+61.808)= 45.36kNmMb = MaHah= 45.36-15.479.5=101.61kNmMc= MdHah = 52.61-15.479.5=-94.36 kNmMe = MfHah= 45.36-15.479.5=101.61kNmMmax= MaHah+VAa=45.3615.479.5+300.701.25=274.27kNmc分配梁II36工字钢强度验算
17、:验算选用两根II36工字钢作为分配梁，=215MPa，Q=125KN，W=877.6cm3。结构分析： 该支架钢管桩设计布置间距为3.25m，贝雷梁设置间距1.25m+2.00m+2.00m+1.25m，最大间距为2.00米，每单排贝雷架所传递的荷载相当于一个集中荷载作用在两跨等跨连续梁上，分配梁跨径为3.25m。两根II36工字钢承受最大弯矩为274.27 kNm=Mmax/W=274.27/20.8776=156.26 MPa=215MPa剪力验算：QA=0.312P =0.312242.51=75.66KNQB左=0.688P=0.688242.51=166.85KNQB右=0.688
18、P =0.688242.51=166.85KNQc=0.312P =0.312242.51=75.66KN两根II36工字钢承受最大剪力为166.85 kN166.85 kN/2=82.4 KNQ=125KN挠度验算：跨度中点挠度f1= f2=0.911Pl3/100EI=0.911242.5132503/ 1002.11051.58108 =2.310-3mmL/400=3.25/400=8.13mmII36工字钢满足强度和刚度要求d支撑柱60cm钢管桩强度验算：钢管桩弯矩主要是在钢管桩的顶部与根部，弯矩分别为101.61 kNm、45.37 kNm。钢管桩惯性矩为I=3.14（D4-d4）
19、/64=0.049（6004-5884）=4.93108mm4钢管桩面积A=3.140.30.3-3.140.2940.294=0.0112m2k=I2/I1hL=0.61862.923=1.808 =a/L=1.25/3.25=0.385 II36工字钢I2=15796cm42=31592cm4立柱的刚度计算：回转半径：I=3.14（D4-d4）/64=0.049（0.64-0.5884）=4.9310-4m4钢管桩面积A=3.140.30.3-3.140.2940.294=0.0112m2r=(I/A)1/2=(4.9310-4/0.0112) 1/2=20.98cm式中：D钢管外径 d钢
20、管内径长细比：=uL/r=1.00950/20.98=45.28=100式中：u杆件长度系数 取u=1.00 L杆件几何长度 取L=950cm 压杆件允许长细比。钢管桩刚度满足要求。钢管桩临界应力验算：一排3根钢管桩，支座反力分别为：300.70 kN 779.93kN 300.70 kNP=Vd=779.93kN 1.3=1013.91kN (考虑1.3安全系数)钢管临界应力验算： E=2.1105 N/mm2 I=3.14（D4-d4）/64=0.049（6004-5884）=4.93108mm4 Pk =3.142 EI/（L）2 =3.1422.11054.93108/（2.11950
21、0）2 =2540.47KN P=1013.91KN式中取2.11，L取9500mm（钢管立柱最大长度）。 钢管桩临界应力满足要求。验算钢管桩基础强度：钢管桩基础采用C25混凝土扩大基础，扩大基础尺寸为: 1.6m1.6m0.35m，则最大基底压力p=1013.91KN/1.60m1.60m =394Kpa，而该地基基底为中风化破碎灰质板状页岩，其饱和单轴抗压强度标准值为3.80Mpa，地基承载力符合要求。（5）预拱度设置 预拱度值主要考虑因素有：支架变形沉降、箱梁自重、预应力大小、施工荷载、结构体系转换、混凝土收缩和徐变等，包括：卸架后一期恒载产生的绕度f1；卸架后二期恒载产生的绕度f2；成
22、桥后3年内砼收缩和徐变产生的绕度f3；支架在一期恒载作用下的弹性变形、非弹性变形和基底沉降f4，其中f4值设置如下： 贝雷支架承受施工荷载引起的弹性变形1=f挠=1.0cm。.基础、钢管墩与工字钢在荷载作用下的非弹性压缩2取1.5cm。.模板在荷载作用下的非弹性压缩3为砼下沉量及各接触面变形量总和： 1 为砼下沉量，取0.2cm；2 为贝雷片与分配梁接触面变形量，取0.2cm；3 为分配梁与木楔接触面变形量，取0.2cm；4 为木楔与木楔接触面变形量，取0.2cm；5 为木楔与小方木接触面变形量，取0.3cm。 3 =1+2+3+4+5=0.2+0.2+0.2+0.2+0.3=1.3cm 则非
23、弹性变形值为：4=3+2=1.5+1.3=2.8 cm 卸架前跨中弹性变形1=1.0cm从中间（7.50m跨）向两边按二次抛物线进行分配，两支点处预拱度值为零，抛物线方程为：y=0.0711x2+0.5333x y 1.0cm 0 7.50x（m） 卸架后箱梁只有两个承载点，产生的跨中（25.00m跨）绕度f5=f1+f2+f3，按经验取值为3.0cm（其中f1=2.0cm，f2+f3=1cm），应在25.00m跨径范围内按二次抛物线进行分配，两端墩顶处预拱度值为零，抛物线方程为：y=0.01925x2+0.48x y 2.5cm 3.0cm 0 7.5 12.5 X（m）则累加预拱度计算见下
24、表： Xy 01.252.503.755.006.257.502+32.82.82.82.82.82.82.8卸架前1分布值00.60.91.00.90.60卸架后f5分布值00.61.11.51.92.22.5合计2.84.04.85.35.65.65.3 5、结束语 利用钢管桩与贝雷架组合少支架方案施工，使得施工在汛期能正常实施，极大地缩短了施工周期，加快了施工进度，在人力、物力、机械使用等方面节省了施工措施成本，取得了可观的经济效应。同时经工程实践证明，钢管桩与贝雷架组合少支架施工技术可行，希望对遇到类似工程的同仁提供一点参考意见。参考文献1、公路桥涵施工规范（JTJ041058）.北京:人民交通出版社,2000.2、公路桥涵设计手册基本资料.1993年.人民交通出版社3、交通部第一公路工程总公司 主编.公路施工手册桥涵施工手册.北京：人民交通出版社，2000.4、建筑结构静力计算手册(第二版) .北京:中国建筑工业出版社,1998 5、地基与基础设计规范作者简介：姓名：袁智慧 性别：男 出生年月：1974.9 籍贯：湖南邵阳市 学历：本科 职称：高级工程师 主要从事路桥施工管理 联系电话：13973438832
