預(yù)埋鐵盒子型鋼支撐蓋梁平臺(tái)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

耿嘉慶 黃進(jìn)森

摘要：文章結(jié)合廣西飛龍大橋工程實(shí)踐，介紹了預(yù)埋鐵盒子型鋼支撐在該項(xiàng)目蓋梁施工應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)。通過(guò)預(yù)埋鐵盒子，采用雙拼工字鋼型鋼懸挑支撐進(jìn)行蓋梁施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)及安裝，施工簡(jiǎn)便、可縮短工期，材料周轉(zhuǎn)率高，提供了安全的施工平臺(tái)，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯。

關(guān)鍵詞：蓋梁施工；預(yù)埋鐵盒子；型鋼懸挑支撐

中圖分類號(hào)：U445.4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

女意編號(hào)：1673-4874（2024）04-0116-03

0 引言

山區(qū)公路經(jīng)過(guò)山嶺重丘地段，為跨越高深峽谷，高墩橋梁的設(shè)計(jì)也越來(lái)越多。而蓋梁施工需要進(jìn)行支承，模板定位困難，調(diào)節(jié)困難大，高空作業(yè)空間小，危險(xiǎn)性高。為此，本文結(jié)合廣西某在建工程項(xiàng)目的高墩橋梁的蓋梁施工，與傳統(tǒng)抱箍法［1］、預(yù)埋鋼板法、穿心鋼棒法［2］等在施工便易性、經(jīng)濟(jì)性及安全性等方面進(jìn)行對(duì)比，設(shè)計(jì)出一種在墩柱上預(yù)埋的鐵盒子，通過(guò)雙拼工字鋼插入鐵盒子進(jìn)行固定后，可形成懸臂支撐作用，是一種便捷、材料使用率高、施工進(jìn)度快、作業(yè)困難小、安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較低的施工方式。

1 工程概況

飛龍大橋是廣西某在建項(xiàng)目的控制性工程，總長(zhǎng)940 m，主橋橋跨設(shè)計(jì)為（100+185+185+100）m的波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)，主橋總長(zhǎng)為570 m。

其中5號(hào)和9號(hào)為過(guò)渡墩，采用C40混凝土墻式墩，單幅墩身斷面尺寸7.0 m×2.5 m，5號(hào)過(guò)渡墩墩身高度20.18 m，9號(hào)過(guò)渡墩墩身高度20.98 m。柱頂蓋梁寬3.5 m，長(zhǎng)12.1 m，高4.026 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，單個(gè)蓋梁混凝土方量129 m3。如圖1所示。

2 蓋梁施工方法對(duì)比研究

現(xiàn)在施工中常用的高墩蓋梁施工方法有抱箍法、預(yù)埋鋼板法、穿心鋼棒法，與本文的預(yù)埋鐵盒子方法在特點(diǎn)及適用范圍的對(duì)比詳見(jiàn)表1。

由表1可知，在蓋梁施工中，抱箍法適應(yīng)性較差，一般只適用于圓柱墩；預(yù)埋鋼板法高空焊接作業(yè)多，焊接要求高。而預(yù)埋鐵鋼盒子法和穿心鋼棒法通過(guò)雙拼工字鋼和鋼棒支撐承受蓋梁支架平臺(tái)重量，施工簡(jiǎn)便，高空作業(yè)較少，安全可靠，適用性最好。

3 支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)對(duì)比

3.1 設(shè)計(jì)思路

支撐平臺(tái)主要構(gòu)成為平臺(tái)下支撐、升降支座、貝雷架、分配梁等組成。平臺(tái)下支撐選擇穿心鋼棒法和預(yù)埋鐵盒子法。

穿心鋼棒法是在端柱上提前預(yù)留孔洞，安裝蓋梁支撐平臺(tái)前在孔洞中穿入高強(qiáng)鋼棒作為承力，通過(guò)鋼棒支撐承受蓋梁支架平臺(tái)重量。預(yù)埋鐵盒子法則是在墩柱上提前預(yù)埋鐵盒子，通過(guò)雙拼工字鋼直接插入預(yù)埋鐵盒子內(nèi)，起到支承作用。

3.2 支撐平臺(tái)模型

根據(jù)支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)的詳細(xì)尺寸，對(duì)支撐平臺(tái)的下支撐、貝雷架、分配梁等內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行Midas Civil有限元建模。如圖2、圖3所示。

3.3 支撐荷載

設(shè)計(jì)支撐平臺(tái)的荷載主要包含施工荷載、支撐模板平臺(tái)荷載和混凝土荷載?；炷磷灾匕?6 kN/m3計(jì)算。施工荷載的取值應(yīng)參考國(guó)標(biāo)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）。

3.4 荷載組合

荷載組合（強(qiáng)度）=1.2×結(jié)構(gòu)自重+1.2×澆筑混凝土自重+1.4×混凝土澆筑荷載。

荷載組合（變形）=1×結(jié)構(gòu)自重+1×澆筑混凝土自重+1×混凝土澆筑荷載。

3.5 受力計(jì)算結(jié)果

3.5.1 穿心鋼棒支撐平臺(tái)

由表2可以看出：

（1）蓋梁澆筑混凝土的施工時(shí)，20 mm鋼棒支撐受到最大組合應(yīng)力為177.5 MPa，低于國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材構(gòu)件215 MPa的最大設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求；最大剪應(yīng)力24.4 MPa，低于國(guó)家Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材125 MPa的最大抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值要求；最大變形為0.446 mm，小于2L/400=0.75 mm，構(gòu)件強(qiáng)度滿足要求。

（2）蓋梁澆筑混凝土的施工時(shí)，此時(shí)貝雷橫梁?jiǎn)卧艿阶畲蠼M合應(yīng)力，最大值為298.9 MPa，小于貝雷片構(gòu)件材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度305 MPa；最大剪應(yīng)力119.5 MPa，小于貝雷片構(gòu)件材料最大抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值175 MPa。最大變形為0.446 mm，小于L/400=14.42 mm，貝雷梁各構(gòu)件強(qiáng)度滿足要求。

（3）蓋梁澆筑混凝土的施工時(shí)，此時(shí)工字鋼分配梁?jiǎn)卧艿阶畲蠼M合應(yīng)力為164.5 MPa，低于國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的Q235鋼材構(gòu)件215 MPa的最大設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求；最大剪應(yīng)力41.3 MPa，低于國(guó)家Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材125MPa的最大抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值要求。最大變形為0.446 mm，小于L/400=7.19 mm，說(shuō)明構(gòu)件強(qiáng)度滿足要求。

3.5.2 預(yù)埋鐵盒子型鋼支撐平臺(tái)

由表3可以看出：

（1）蓋梁澆筑混凝土的施工時(shí)，此時(shí)27b雙拼工字鋼型鋼支撐受到最大組合應(yīng)力，最大值為186.4 MPa，低于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017）關(guān)于Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材構(gòu)件215 MPa的最大設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求；最大剪應(yīng)力117.4 MPa，低于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017）關(guān)于Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材125 MPa的最大抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值要求；最大變形為0.358 mm，小于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017）中2L/400=0.75 mm的最大變形設(shè)計(jì)值要求，各構(gòu)件強(qiáng)度滿足要求。

（2）蓋梁澆筑混凝土的施工時(shí)，此時(shí)貝雷橫梁?jiǎn)卧艿阶畲蠼M合應(yīng)力，最大值為293.7 MPa，小于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017）中貝雷片構(gòu)件材料305 MPa的最大設(shè)計(jì)強(qiáng)度值要求；最大剪應(yīng)力117.2 MPa，小于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017）中貝雷片構(gòu)件材料175 MPa的最大抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值要求。最大變形為0.358 mm，小于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017）中L/400=14.42 mm的最大變形設(shè)計(jì)值要求，貝雷梁各構(gòu)件強(qiáng)度滿足要求。

（3）蓋梁澆筑混凝土的施工時(shí)，此時(shí)工字鋼分配梁?jiǎn)卧艿阶畲蠼M合應(yīng)力為158.4 MPa，低于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017）關(guān)于Q235鋼材構(gòu)件215 MPa的最大設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求；最大剪應(yīng)力41.3 MPa，低于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017）關(guān)于Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材125 MPa的最大抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值要求。最大變形為0.358 mm，小于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017）中L/400=7.19 mm最大變形設(shè)計(jì)值要求，構(gòu)件強(qiáng)度滿足要求。

3.6 設(shè)計(jì)對(duì)比結(jié)論

如下頁(yè)表4所示，通過(guò)穿心鋼棒法和預(yù)埋鐵盒子法的設(shè)計(jì)對(duì)比可知，兩種設(shè)計(jì)受力滿足規(guī)范要求。在使用材料方面，預(yù)埋鐵盒子支撐，單個(gè)懸臂支撐重量0.17 t，一個(gè)蓋梁施工需使用鋼材1.02 t；鋼棒支撐，一個(gè)孔洞需要鋼棒1.36 t，一個(gè)蓋梁施工需要使用鋼材4.08 t。從材料使用量方面，使用預(yù)埋鐵盒子支撐可節(jié)約大量材料，且單個(gè)支撐材料預(yù)埋鐵盒子型鋼支撐重量小，更便于安裝，提高施工效率和安全性，綜合分析，使用預(yù)埋鐵盒子型鋼支撐方案最優(yōu)。

4 施工應(yīng)用

預(yù)埋鐵盒子支撐平臺(tái)應(yīng)用于飛龍大橋5#、9#墩，根據(jù)各部件的設(shè)計(jì)圖紙，鐵盒子可在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸加工，懸挑型鋼、貝雷架、工字鋼分配梁及底模操作平臺(tái)等在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。如圖5、圖6所示。

4.1 預(yù)埋型鋼盒子支撐加工及安裝

根據(jù)各部件的設(shè)計(jì)圖紙，鐵盒子可在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸加工。根據(jù)單節(jié)墩身高度，在施工最后一節(jié)墩身時(shí)需要預(yù)埋鐵盒子，盒子底部距離墩頂?shù)奈恢酶鶕?jù)整個(gè)支架的高度確定。鐵盒子采用1 cm厚的鋼板加工成長(zhǎng)500 mm，寬160 mm，高400 mm的盒子進(jìn)行預(yù)埋。墩身施工時(shí)，在剪力槽頂部布置3層12 mm鋼筋網(wǎng)片，鋼筋布置間距為10 cm×10 cm，網(wǎng)片層間距5 cm。墩身主筋與盒子沖突時(shí)，需對(duì)主筋進(jìn)行隔斷處理，隔斷主筋與盒子進(jìn)行焊接，再通過(guò)門子筋連接上下兩端，確保主筋不受影響。

采用汽車吊對(duì)型鋼支撐進(jìn)行吊裝，吊裝預(yù)定位置后，直接將型鋼插入預(yù)埋鐵盒子內(nèi)，通過(guò)鋼板填塞鐵盒子與型鋼支撐的縫隙，再進(jìn)行焊接固定。

4.2 貝雷梁安裝

貝雷架根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸在施工現(xiàn)場(chǎng)地面組裝，組裝完成后采用汽車吊整體起吊安裝，貝雷架設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)，位于梁端向內(nèi)1/5處。為方便后期蓋梁模板的拆除，在型鋼支撐與貝雷架之間安裝升降支座，同時(shí)通過(guò)升降支座調(diào)整支架標(biāo)高，確保標(biāo)高符合高度要求。

4.3 分配梁安裝

貝雷架安裝完成后，順橋向鋪設(shè)工字鋼分配梁，分配梁采用汽車吊吊裝，人工配合調(diào)整間距。

4.4 模板系統(tǒng)安裝

蓋梁模板采用組合鋼模并用槽鋼加強(qiáng)固定，待分配梁安裝完畢后開(kāi)始架設(shè)底模，用吊車配合人工把底模拼裝安裝就位，局部采用楔形塊或者鋼板進(jìn)行支墊，側(cè)面模板采用支撐架進(jìn)行加固，待測(cè)量人員對(duì)底模高程復(fù)測(cè)后無(wú)誤后固定。

4.5 鋼筋安裝

蓋梁鋼筋安裝在地面設(shè)置胎架，在地面將在鋼筋加工廠加工完成的骨架片焊接拼裝成蓋梁的整體骨架，焊縫長(zhǎng)度保證＞5d（鋼筋直徑）；采用單面焊時(shí)，焊縫長(zhǎng)度保證＞10d，蓋梁骨架拼裝完成后再采用汽車吊吊裝至蓋梁底模進(jìn)行安裝。

4.6 混凝土澆筑及養(yǎng)生

蓋梁混凝土澆筑使用汽車吊配合吊斗澆筑混凝土?；炷翍?yīng)按一定厚度、順序和方向分層澆筑，每層厚度不超過(guò)30 cm。每層混凝土振搗時(shí)，振搗棒插入下層混凝土5～10 cm，保證上下層混凝土銜接良好。振搗棒移動(dòng)間距控制在30 cm，最大不能超過(guò)其作業(yè)半徑的1.5倍，每一處振動(dòng)完畢后應(yīng)邊振動(dòng)邊緩慢地提出振搗棒；混凝土振搗時(shí)振搗棒與模板應(yīng)保持5～10 cm的距離。每個(gè)部位必須振動(dòng)密實(shí)，密實(shí)的標(biāo)志是混凝土停止下沉，不再冒氣泡?；炷猎诮K凝后及時(shí)覆蓋棉氈或無(wú)紡?fù)凉つさ雀采w物保溫養(yǎng)生，使混凝土的強(qiáng)度繼續(xù)正常地增長(zhǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)抱箍法、預(yù)埋鋼板法、穿心鋼棒法及預(yù)埋型鋼盒子法的綜合對(duì)比，預(yù)埋型鋼盒子法在蓋梁施工的應(yīng)用更具有優(yōu)勢(shì)。通過(guò)預(yù)埋鐵盒子型鋼支撐蓋梁平臺(tái)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，采用雙拼工字鋼型鋼懸挑支撐方式，在蓋梁施工時(shí)可快速完成支撐平臺(tái)的安裝，提高了蓋梁施工效率，材料周轉(zhuǎn)率高，縮短工期的同時(shí)節(jié)省了材料使用，提供了安全的施工平臺(tái)，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：耿嘉慶（1991—），碩士，工程師，主要從事橋梁工程施工工作。