钢管贝雷支架在上跨地铁大跨度连续梁施工中的应用.pdf

第 23 卷 第 4 期 中 国 水 运 Vol.23 No.4 2023 年 4 月 China Water Transport April 2023 收稿日期：2023-03-09 作者简介：胡浙泉（1981-），男，中铁二十四局集团浙江工程有限公司，高级工程师。课题项目：中铁二十四局集团有限公司科技研发项目邻近运营地铁桥梁工程综合施工技术研究（2020）钢管贝雷支架在上跨地铁大跨度连续梁施工中的应用 胡浙泉（中铁二十四局集团浙江工程有限公司，浙江 杭州 310006）摘 要：临近地铁大跨度钢管贝雷-盘扣组合支架法施工连续梁具有高安全风险和技术难度，其中确保地铁周围土体稳定和钢管贝雷支架可靠性是关键。支架结构体系基础采用全套筒钻孔桩，使用全回转静压施工减少对周围土体的扰动保护地铁周边土层稳定；支架上部采用钢管贝雷支架和满堂盘扣支架相结合方式，通过计算确定合理的贝雷和盘扣支架结构形式。施工过程采用钢管贝雷支架体系架空地铁，在连续梁浇筑过程中荷载通过钢管直接传递至桩基底部，有效的保证了地铁安全稳定和混凝土结构的安全施工全过程。关键词：上跨地铁；全套管；贝雷梁；大跨度 中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2023）04-0131-03 一、工程概况 1设计概况 萧山区风情大道改建（金城路-湘湖路）穿越沪昆绕行线立交工程上跨地铁连续梁布置为左右两幅并行，左幅：（65+106+65）m 预 应 力 混 凝 土 连 续 梁，右 幅：（58+103+58）m 预应力混凝土连续梁。连续梁采用单箱双室结构，标准段连续梁桥面 16.75m，底宽 9.75m，连续梁中心线处根部高度 6.3m，跨中高度 2.7m。设计采用 C55砼，共划分 10 个主节段，9 个合龙段；左右两幅主跨正下方为运营地铁 1 号线，地铁覆土深度为 1012m，地铁分上行线下行线，隧道结构直径尺寸 6.2m，两线净间距 5.8m，上跨连续梁主跨与地铁斜交角 24。图 1 连续梁与地铁位置关系（1）支架结构体系 连续梁采用钢管贝雷+盘扣组合形式1。支架结构采用38根150cm 全套管钻孔桩基础2-3+250200cm 系梁基础+63010mm 钢管立柱+双拼 HM488300 型钢主横梁+双层加强型 321 贝雷梁+60 盘扣支架体系。1）桩基础采用150cm 全套管摩擦桩，水下 C30 砼，桩间距 8-10m，沿平行地铁方向布置，设计桩长根据支点荷载不同进行调整，桩基距离地铁边线 5.3m。2）系梁设计尺寸 2.52m，采用 C40 砼，钢筋采用HRB400，系梁长度 160m，桩基深入系梁 15cm，两侧系梁间距 30.5m。3）钢管立柱采用63010mm，立柱间距 3m，顶部布置双拼 HM488300 型钢，支点位置焊接加劲板。4）采用 321 加强型双层贝雷梁结构4-6，3 片一组，组间间距 45cm，采用 90cm 支撑架连接；组与组间距 45cm，使用 45cm 支撑架连接，贝雷梁跨度设计 30.5m，底部净高4.5-6m，场地内车辆可自由通行。5）贝雷顶部设置 32 槽钢，60 盘扣支架底座置于槽钢中心，通过调节杆保持主跨两侧支架体系连接在同一水平面。图 2 上跨地铁连续梁支架布置效果图 二、施工工艺 1施工工艺流程 图 3 上跨地铁连续梁施工流程图 2全套筒钻孔桩施工（1）钻孔设计简介 132 中 国 水 运 第 23 卷 1）主跨结构基础采用 38 根全套管钻孔桩，距离地铁净距大于 5m，且与原连续梁主墩桩基础间距大于 2 倍桩径，相邻桩间距 8-10m，施工过程采用跳桩号施工。2）钢护筒采用分段制作，每节长 10m，护筒采用 Q355B钢板卷制成型。每根桩基钢套管底部需焊接合金钻头，合金钻头环向间距为 0.15-0.2m/个均匀布置。钢护筒上下节对接部位设置 3 个阴阳槽增加钢护筒连接的整体性。（2）全套筒施工 1）全回转钻机动力设备夹紧套管进行 360回转钻进，在压入力和扭矩的共同作用下将套管压入土层深部，首节套管带合金刀头，在钻进同时切割硬质土层或障碍物。钻孔过程中下套管与旋挖取土交替进行，套管钻至设计标高位置后，即可进行后续成桩作业7。2）施工时采用全套筒钻机，钢套筒先行，再掏取钢套筒内渣土，采用钢套筒超前工艺8，软土地质超前 8m 以上，圆砾地层超前 2m，并且取土过程中全程注入泥浆进行反压，保证泥浆液充足，以防浆液流失造成压力差，达到套筒内外水压平衡，防止地层失水、孔壁坍落。3）表层土质较为柔软，下压速度不应超过 20m/h。支护面入岩后回转下压困难，为不产生过大扭矩对机器造成损害，回转下压速度不超过 4.4m/h。4）钻进取土过程中为减少对周边土体的扰动，施工全过程采用旋挖钻成孔工艺，慢速取土，孔内保留土层反压，孔内泥浆与地面保持水平。5）桩基施工时，要求施工期间所引起的荷载必须满足地铁隧道外壁附加荷载20KPa 的要求。3基础系梁施工 系梁采用 C40 混凝土，尺寸 250200cm，钢筋采用HRB400，底部采用32，顶部采用25，采用16 四肢箍构造。钻孔桩桩顶深入系梁高度 15cm。系梁顶部预埋 900900 钢板，顶部开口15cm，系梁施工中砼结构垫层内预埋6cmPVC 管，间距 3m。4钢管贝雷支架安装（1）钢管立柱吊装 系梁施工完成，清理预埋钢板表面，定位放样钢管立柱中心，每 3 根钢立柱整体在现场通过剪刀撑连接，柱顶设置钢板，使用 25t 汽车吊将钢管立柱整体对位，先采用短焊缝固定钢立柱，确认顶部标高后，逐步焊接钢立柱与预埋钢板。施工完成后及时焊接加劲板，采用角焊缝，焊缝高度 6mm；依次施工钢管立柱，相邻两组立柱施工完成及时焊接剪刀撑。（2）双拼型钢纵梁安装 钢立柱顶部布置双拼 HM4883001118 型钢，H型钢在加工场地内完成加劲板焊接和两根型钢对焊，焊缝等级采用 3 级角焊缝。纵向对接采用错缝焊接，焊接点位置设置在钢立柱顶部最为合理，并且与钢立柱顶部焊接牢固。（3）贝雷梁吊装 1）设计采用双拼加强型贝雷梁，拼装过程采用 25t 汽车吊配合人工组装，贝雷采用 3 片为一组，贝雷间距 45cm，长度方向为 11 片，加强弦杆通过弦杆螺丝与贝雷梁连接紧固，贝雷与贝雷采用 90cm 支撑架连接为一组。现场条件受限，在集中场地拼装，验收合格后采用运输台车将成组贝雷运输至施工现场。2）整组贝雷梁架设采用 130t 汽车吊，使用两台汽车吊从中间向两侧逐渐推进。架设贝雷梁前标高进行复测，首片贝雷吊装就位后及时采用手拉葫芦进行固定，调整贝雷水平变形；在双拼型钢上焊接限位器，逐步拼装两侧贝雷梁，组与组之间采用 45cm 支撑架连接牢固，吊装贝雷梁过程中安排施工员现场指挥。5盘扣支架搭设（1）在贝雷梁顶部布置 32 槽钢基础，通过 U 型螺杆与贝雷弦杆固定牢靠，盘扣支架立杆安装在槽钢中心位置。（2）施工流程。安装可调底座安装立杆、横杆、斜杆水平尺校正水平和垂直逐层安装立杆、横杆、斜杆安装可调顶托，调至设计高度安装梁底分配梁安装梁底次梁铺设顶板操作平台支撑架验收支架预压。（3）当地基高差较大时，可利用立杆 0.5m 节点位差配合可调底座进行调整，使相邻立杆上安装同一根水平杆的连接盘在同一水平面，立杆根部与地基持力层顶压牢固。（4）搭设时按照模板支撑架平面布置图放线，确定底座位置，然后按放线位置准确地确立摆放立杆的位置，将底层水平杆，第一步横杆锁定在立杆上，保持其稳定；再用水平尺或水平仪调整水平和垂直，检验合格后再进行上部标准层架体的搭设。在施工中随着架体的升高随时检查和校正架体的垂直度。（5）支架最底层水平杆作为扫地杆，最底层水平杆离地高度不应大于 550mm，模板支架可调丝杆外露长度不应大于 300mm。可调托座的伸出顶层水平杆的悬臂长度严禁超过 650mm，可调托座插入立杆长度不得小于 150mm；架体最顶层的水平杆步距应比标准步距缩小一个盘扣间距9。（6）支架预压荷载按支架所承受最大荷载的 120%考虑。预压材料采用干砂，使用编织袋装卸；预压按最大荷载的 60%、100%和 120%三级进行，预压荷载分布与支架施工荷载分布基本一致，加载重量偏差控制在同级荷载的5%以内。图 4 上跨地铁连续梁支架现场实物图 6砼浇筑顺序 大跨度连续梁设计 10 个节段，采用分幅浇筑施工。左右幅节块同一断面轮换砼浇筑作业，避免贝雷梁同时承受左 第 4 期 胡浙泉：钢管贝雷支架在上跨地铁大跨度连续梁施工中的应用 133 右幅砼结构荷载，增加临时支架结构的安全储备。7施工监测（1）地铁监测 桩基施工过程中对地铁隧道实时监测。1）监测范围：桩基础区域两侧各外扩不小于 30m。2）监测内容：水平位移、竖向变形、收敛变形；单桩控制值 2mm，总控制值 3mm，施工过程中若发生超过限值情况需暂停施工查明原因后方可继续施工。3）监测频率：30min/次（施工时及施工暂停后 1h 内），2h/次（暂停施工时段）。4）巡查内容：隧道接缝张开量、裂缝宽度、渗漏水、错台、道床脱开等。（2）预压监测 分析预压前、预压后、卸载后沉降数据，分析基础沉降量和支架弹性变形值、非弹性变形值和平面位移量，评价支架安全性和确定立模标高，指导后续施工10。8支架体系拆除（1）盘扣支架拆除纵桥向从跨中向支座对称进行；横桥向先翼板后腹板、底板。拆除应自上而下逐层拆除，严禁上下同时作业，同一层的构配件和加固杆件必须按先上后下、先外后内的顺序进行拆除。盘扣及配件不得集中堆放在未拆架体上，应采用机械或人工及时运至地面，严禁抛投。落架设置警戒区和警戒标志，由专职安全人员负责警戒。（2）贝雷梁整组拆除，采用 130t 汽车吊从两侧逐步拆除，起吊前将贝雷组与组之间支撑架连接全部解除，整组贝雷逐片拆除打包运输。（3）钢管及型钢采用汽车吊用钢丝绳固定，使用气焊解除焊接，整根吊装至临时存放场地。（4）砼系梁拆除采用绳据切割，通过汽车吊将节块整体转运至场地外集中破碎处理。三、支架体系计算 1计算方法 对连续梁进行分截面单元划分，根据面荷载不同进行盘扣支架体系设计，根据建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准进行复核验算；下部钢管贝雷支架使用有限元软件建模提取计算结果，钻孔桩基础根据公路桥涵地基与基础设计规范JTG 3363-2019 设计计算桩长。2计算参数（1）土层参数 表 1 地层参数 土层 qik 值 fa0值 层深/m 粘质粉土 18 90 1.80 淤泥质黏土 12 60 15.00 淤泥质粉质黏土 14 70 9.40 粉质粘土 36 90 21.60 圆砾 90 350 4.5 全风化粉砂岩 60 250 5.5 强风化粉砂岩 100 400 4.0 中风化粉砂岩 150 1200 20.0（2）材料参数 1）钢管立柱63010mm、HM488300 型钢，材质 Q235B；盘扣支架603.2mm，材质 Q345A；321型贝雷支架，材质 16Mn。2）Q235 钢：抗拉、抗压、抗弯强度设计值 205MPa，抗剪强度设计值 125MPa；Q345 钢：抗拉、抗压、抗弯强度设计值 300MPa，抗剪强度设计值 170MPa；16Mn 钢11：容许拉应力、压应力、弯曲应力 273MPa，容许剪应力允许值 208MPa。3主要计算过程 根据上跨地铁大跨度连续梁施工位置，选择左右两幅节段全部作用在贝雷梁位置截面。表 2 最不利位置荷载取值表 分块 荷载 KN/混凝土荷载 q1 28 模板荷载 q2 2.5 施工机械、人员荷载 q3 2.0 振捣荷载 q4 2.0 盘扣支架自重 q5 2.4 荷载组合 1：计算贝雷梁的强度时组合()()435.15213.11qqqqqQ+=荷载组合 2：计算刚度时组合 5212qqqQ+=（1）贝雷梁结构计算 1）贝雷梁弯曲强度 258.5MPa273MPa，满足要求。图 5 贝雷弯曲强度 2）贝雷梁剪应力 163.4MPa208MPa，满足要求。图 6 贝雷抗剪强度 3）贝雷梁位移 35.2mm76.25mm，满足要求。图 7 贝雷位移变形（2）桩基施工对地铁影响计算 1）桩基施工对地铁水平位移计算 3.2mm 图 8 地铁水平位移变形 134 中 国 水 运 第 23 卷 2）桩基施工对地铁竖向位移计算 3.8mm 图 9 地铁竖向位移变形（2）桩长设计 1）提取有限元软件计算结果反力。图 10 桩基反力 2）根据公式计算每根桩设计桩长12 rpiikniaqAlqR+=15.0()320-+=hkfmqcaor 表 2 桩长设计表 桩号 桩长 m 设计反力 KN 桩号 桩长 m 设计反力 KN 1 28 1443.4 20 48 3588.2 2 37 2350.7 21 60 5839.3 3 37 2350.7 22 48 3588.2 4 43 2907.4 23 51.3 4287.6 5 43 2907.4 24 49 3800.1 6 49 3800.1 25 46.2 3178.7 7 56.3 4975.8 26 60 5839.3 8 60 5839.3 27 62 7046.0 9 61.8 6263.2 28 56.3 4975.8 10 60.8 6027.7 29 60.8 6027.7 11 57.8 5187.7 30 58 5368.3 12 62 7046.0 31 57.8 5187.7 13 60 5839.3 32 56.3 4975.8 14 49 3800.1 33 49.6 3927.3 15 56.3 4975.8 34 47.8 3314.4 16 56.3 4975.8 35 43 2907.4 17 52.3 4499.6 36 40 2653.1 18 49.6 3927.3 37 37 2350.7 19 43 2907.4 38 37 2350.7 四、施工注意事项（1）全套筒施工过程确保钢套管垂直度，采用两台全站仪布置成 90观测；套管下压过程采用实时监测系统，出现报警值及时停止施工。（2）系梁基础施工采取防止 PVC 管堵塞措施，为后续切割拆除系梁做保障措施，同时确保预埋钢板底部砼密实。（3）钢管立柱吊装完成后确保垂直度，安装完成后采用铅锤检查，顶部双拼型钢对接位置检查焊缝高度防止出现漏焊，并且在支点处增加加劲钢板。（4）贝雷成组检查保险丝，吊装贝雷梁整组吊装，起吊过程减少吊机转动角度，可以有效减少贝雷梁水平位移，安装完成后及时增加支点位置加强竖杆。（5）盘扣支架底部必须采用调节杆件确保立杆水平位置接头错开不在同一截面。（6）砼结构施工由于腹板墙高度需要在侧墙预留放料口防止底部砼出现离析。五、结束语 临近地铁大跨度连续梁施工核心工序是钻孔桩施工确保地铁稳定运行和上跨连续梁大门洞支架安全稳定。本工程施工中采用全套管桩基有效的保证地铁隧道周围土体稳定，施工中未发生位移报警；大跨度钢管贝雷支架支架体系安全可靠，杆件应力监测结果合理，为后续同类工程施工提供施工依据。参考文献 1 王博文.桥梁施工中盘扣-贝雷梁组合结构的设计与应用J.石家庄铁路职业技术学院学报，2021，（9）：32-36.2 苏洪斌.北村枢纽互通立交主线特大桥临近地铁桩基施工关键技术J.铁道建筑技术，2020，（11）：109-112.3 王改，王宏涛，陈自海等.全套管全回转钻桩基施工对运营地铁隧道的影响研究J.隧道建设，2018，（38）：318-323.4 彭云涌，左雁，罗英.水上现浇等截面箱梁单跨钢管贝雷支架中贝雷选型与适应性研究J.中外公路，2020，（40）：166-168.5 赵建民.大跨度大面积贝雷梁门洞支架体系设计与应用J.施工技术，2017，（46）：394-399.6 张辉.跨河装配式组合钢支架设计J.施工技术，2016，（45）：298-301.7 杨松.复杂地层环境下的全套管钻孔桩成套技术J.工业建筑，2017，（47）：116-121.8 邓指军.钢套筒压入对邻近地铁隧道的影响分析J.施工技术，2011，（40）：77-79.9 南通新华建筑集团有限公司.江苏速捷模架科技有限公司.建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准：JGJT231-2021S.北京：中国建筑工业出版社，2021：24-25.10 黎开政.500t 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