鋼抱箍架空支架在高速公路墩身蓋梁施工中的應(yīng)用

顏彬彬YAN Bin-bin

（中鐵十二局集團(tuán)國際工程有限公司，天津 300000）

0 引言

在高速公路施工中，雙柱墩是較為常見的墩身類型，該類型墩柱通過雙柱墩蓋梁上部荷載傳遞給兩側(cè)立柱，不但整體受力均勻，而且墩身占地較少。但在高速公路施工過程中經(jīng)常會(huì)遇到施工區(qū)域地質(zhì)軟弱或地形復(fù)雜的情況，若在此情況下對雙柱墩蓋梁采用滿堂式支架進(jìn)行施工則需對支架區(qū)域地質(zhì)進(jìn)行改良或?qū)?fù)雜的地形進(jìn)行改造，該方法不但使得施工措施費(fèi)用大大增加，而且支架沉降變形不可控制，尤其是當(dāng)蓋梁支架較高時(shí)，滿堂式支架也會(huì)存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)鋼抱箍架空支架的優(yōu)勢便可使用于上述情況，鋼抱箍架空支架直接受力于已完成的墩身立柱上，然后將支架整體作用力傳遞給立柱基礎(chǔ)，該類型支架不但受力明確可靠，保證了支架的沉降及受力均處于可控范圍內(nèi)，而且避免了對軟弱地質(zhì)的改良，大大降低了施工措施費(fèi)用。通過現(xiàn)場實(shí)際使用，該類型支架在清遠(yuǎn)至云浮高速公路蓋梁施工中取得很好的效果。

1 工程概況

清遠(yuǎn)至云浮高速公路六標(biāo)設(shè)計(jì)起點(diǎn)K57+650，終點(diǎn)K71+400，主線線路全長13.75km。設(shè)計(jì)車速100km/h，雙向四車道，路基寬度26.0m，中央分隔帶寬度1m。工程內(nèi)容包括主線K57+650～K71+400 段、英興樞紐互通及石狗互通，含路基土石方、地基處理、邊坡支護(hù)、路基防護(hù)及排水、橋梁、隧道及涵洞工程。該標(biāo)段內(nèi)雙柱蓋梁最長長度15m，最大梁高1.8m，最大梁寬2.0m，墩高10m，墩柱間距9m，墩柱直徑1.4m。

2 方案經(jīng)濟(jì)性對比

方案一：雙柱墩蓋梁支架采用滿堂式支架方案，則需對蓋梁下發(fā)地質(zhì)進(jìn)行蓋梁。由于橋址位于東南沿海地區(qū)，此地區(qū)土質(zhì)以淤泥質(zhì)黏土和粉砂質(zhì)黏土居多，則需對此處地基進(jìn)行換填，先將地基表層土挖除，換填片石及碎石后進(jìn)行夯實(shí)，然后在此處采用C30 混凝土進(jìn)行硬化，最后方可進(jìn)行支架搭設(shè)作業(yè)。

方案二：雙柱墩蓋梁支架采用鋼抱箍架空支架方案，則在雙柱墩立柱施工完畢后待墩柱混凝土養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定要求后，在立柱頂部安裝鋼抱箍，然后在鋼抱箍上部安裝型鋼支撐架。

通過上述方案對比，若采用滿堂式支架，則每個(gè)蓋梁支架基礎(chǔ)處理費(fèi)用約2.3 萬元，該項(xiàng)目共計(jì)有164 個(gè)雙柱墩，則支架基礎(chǔ)總費(fèi)用約377 萬元。若采用鋼抱箍支架，則不但節(jié)省了地基處理費(fèi)用，而且可采用多套支架同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，不但大大減少了施工措施費(fèi)用，而且也加快了施工進(jìn)度，因此選擇方案二更加經(jīng)濟(jì)。

3 蓋梁鋼抱箍架空支架設(shè)計(jì)

3.1 鋼抱箍架空支架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

雙柱墩蓋梁支架由抱箍, 抱箍頂設(shè)置砂箱, 主橫梁采用雙I45b 工字鋼主橫梁，間距50cmI16 工字鋼分配梁，蓋梁底板橫向30cm 間距10cm 方木，底板1.5cm 厚竹膠板；抱箍采用2 塊高度為50cm 半圓弧鋼板（板厚14mm）制成，法蘭筋板20mm，單側(cè)使用9 個(gè)10.9 級M30*120 螺栓；φ1.6m 抱箍采用2 塊高度為50cm 半圓弧鋼板（板厚16mm）制成，法蘭筋板20mm，使用9 個(gè)10.9 級M30*120螺栓。蓋梁底模安裝完畢后，利用底分配梁預(yù)留出的空間搭設(shè)蓋梁操作平臺，并安裝安全護(hù)欄，護(hù)欄高度不小于1.5m。詳見圖1。

圖1 鋼抱箍架空支架立面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3.2 鋼抱箍架空支架受力驗(yàn)算

3.2.1 荷載分析

根據(jù)現(xiàn)場施工實(shí)際情況，抱箍承受荷載主要由蓋梁自重荷載q，再考慮縱梁貝雷架自重、橫梁工字鋼自重、蓋梁定型鋼模板自重和施工荷載以及振搗荷載、混凝土傾倒沖擊荷載。其中蓋梁鋼筋和砼（C30）自重為主要荷載。如圖2所示。

圖2 I45b 工字鋼受力圖示

為簡便計(jì)算，以上荷載均按照均布荷載考慮，以I45b工字鋼受力情況分析確定縱梁均布荷載q 值和橫梁均布荷載p 值。

①I45 工字鋼自重G1：

I45b 工 字 鋼：I =33759cm4，E =2.1 ×105MPa，W =1500.4cm3，Sx=887.1cm3每米重87.45kg，腹板厚b=13.5mm。

②砼自重G2：

計(jì)算可知砼體積為48.3m3，C35 鋼筋混凝土ρ=2600kg/m3；則

G2 =48.3×2600×10/1000=1256kN

③人員及設(shè)備自重G3：

查《路橋施工計(jì)算手冊》荷載按照2.5kN/m2來確定；則G3 =75kN

④振搗動(dòng)荷載G4：

按《橋規(guī)》附錄D 振搗砼產(chǎn)生的荷載為2kN/m2，故取G4 =60kN

⑤傾倒混凝土沖擊荷載G5

對于底模取G5=0kN（混凝土側(cè)厚度大于1.0m）

⑥模板自重G6：

底模面積A1=1.6×15=24m3，單位質(zhì)量為75kg/m2；

側(cè)模面積A2=1.8×15×2+1.8×2×2=61.2m2，單位質(zhì)量為105kg/m2；

則：G6=（24×75+105×61.2）×10/1000=82.3kN

⑦橫梁工字鋼G7：

查型鋼表可知，I16 工字鋼每延米重量為20.5kg，共需要25 根。

則G7=20.5×4×25×10/1000=20.5kN

荷載分項(xiàng)系數(shù)：靜荷載為1.2，活荷載為1.4 可得：

G=1.2×（G1+G2+G6+G7）+1.4×（G3+G4+G5）

=1.2×（ 29.733+1255.8+82.3+20.5）+1.4×（75+60）=1855kN

荷載均布在兩側(cè)I45 工字鋼上，由查《路橋施工計(jì)算手冊》得：

q=1855/2/15=62KN /m（貝雷梁均布荷載）

P=（G-1.2×29.733）/25/1.552=46.9KN/m（分配梁均布荷載）

3.2.2 橫梁驗(yàn)算

縱向工字鋼采用雙I45b 工字鋼，承受載荷為均布載荷62kN/m，計(jì)算模型如圖3 所示。

圖3 支架受力力矩圖

通過表1 結(jié)果分析，采用雙I45b 工字鋼作為大橫梁，強(qiáng)度、剛度均能滿足要求。

表1 支架受力計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.2.3 抱箍計(jì)算

各材料或構(gòu)件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值如下：

Q235 鋼：f=215MPa（抗拉、抗壓、抗彎），fv=125MPa（抗剪）

角焊縫：ft=125MPa（抗拉、抗壓、抗剪）

10.9 級M30 螺栓預(yù)拉力查《建筑施工手冊》知預(yù)拉力為P=355kN。

抱箍直徑1.4m，面板14mm 厚鋼板，法蘭盤20mm 厚鋼板

支座a 點(diǎn)荷載均由抱箍跟圓形砼柱之間的摩擦力來承擔(dān)，即摩擦力F。

鋼與砼之間的摩擦系數(shù)按較安全的0.3 考慮（抱箍跟砼柱之間考慮土工布墊），由F=μN(yùn) 可得，砼柱受到抱箍的正壓力

因此，抱箍單位面積上受到的壓強(qiáng)：

鋼抱箍對墩柱產(chǎn)生的正壓力遠(yuǎn)小于墩柱砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度，墩柱砼能承受1.41MPa 正壓力。

抱箍鋼板間的拉力F，通過積分的方式求得，計(jì)算模型見圖4。

圖4 鋼抱箍計(jì)算模型示意圖

采用14mm 厚鋼板、500mm 高度的單個(gè)鋼抱箍滿足要求！

為保證結(jié)構(gòu)安全，現(xiàn)場采取雙抱箍。

抱箍設(shè)計(jì)時(shí)，高強(qiáng)螺栓只考慮承受拉力，不受剪力。為保證結(jié)構(gòu)安全，高強(qiáng)螺栓在計(jì)算上僅考慮內(nèi)側(cè)兩排螺栓受力，外排螺栓不參與受力計(jì)算。

螺栓孔大小為φ32mm，一個(gè)10.9 級M30 高強(qiáng)螺栓設(shè)計(jì)預(yù)拉力，允許最大預(yù)拉力值

兩個(gè)半抱箍之間的拉力F=493.6kN，按9 顆10.9 級M30 高強(qiáng)螺栓考慮，單顆承受拉力為F螺栓=滿足要求！

20mm 厚法蘭鋼板抗剪計(jì)算：

法蘭鋼板厚20mm，在螺栓預(yù)緊后承壓，需計(jì)算法蘭鋼板的剪應(yīng)力。

M30 螺栓六角形螺帽e=50.85mm, 其螺帽外周長為152.55mm，法蘭鋼板承受的的最大剪應(yīng)力為：

τ=1.5τ平均=×1000=18MPa＜fv=120MPa，滿足要求！

4 鋼抱箍架空支架安裝注意事項(xiàng)

①梁施工時(shí)，必須保證墩柱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%以上，方可進(jìn)行蓋梁施工。

②利用柱頂設(shè)計(jì)高程（內(nèi)外立柱高差不等）反推算出鋼抱箍頂面高程，反推距離為：千斤頂高度（包括支墊鋼板厚度及工作行程）+承重梁工鋼I56a+縱向分配梁工鋼I14工鋼+底模板厚度

③抱箍安裝之前，采用模板打磨機(jī)對墩身四周抱箍安裝范圍進(jìn)行打磨，打磨厚度控制在3mm 左右，以便增大摩擦系數(shù)。抱箍與立柱之間加墊6mm 左右的膠皮，增加彼此的摩阻力，抱箍安裝前必須檢查箍內(nèi)抗滑橡膠皮是否完好。

5 安全保證措施

①電器設(shè)施要經(jīng)常性檢查，配電柜及開關(guān)箱應(yīng)安裝漏電保護(hù)器，要接零接地、一機(jī)一閘。②吊裝前選用符合要求的鋼繩、吊鉤、吊具并對其進(jìn)行檢查；派專人正確指揮，指揮人員佩戴袖標(biāo)和異聲哨；嚴(yán)禁施工人員在起重作業(yè)半徑內(nèi)活動(dòng)并派人看守；加強(qiáng)對起重司機(jī)的安全教育培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守“十不吊”原則。6 級以上大風(fēng)嚴(yán)禁吊裝作業(yè)。③合理驗(yàn)算承載力，上設(shè)置限重標(biāo)志，嚴(yán)格控制鋼筋、鋼構(gòu)件、設(shè)備堆放重量。④惡劣天氣嚴(yán)禁任何高空作業(yè)或高壓線下作業(yè)；根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，當(dāng)惡劣氣候來臨前，做好模板固定措施、撤離轉(zhuǎn)移臨時(shí)設(shè)備等，做好施工現(xiàn)場人員及有關(guān)設(shè)備、設(shè)施的撤離、轉(zhuǎn)移及加固工作，確保人、機(jī)、設(shè)施的安全。

6 結(jié)束語

通過采用鋼抱箍架空支架的施工方法，從而很好的解決了在軟弱地質(zhì)區(qū)域高速公路門式墩蓋梁施工的難題，不但保證了施工質(zhì)量保證了蓋梁的外觀和線性。由于支架受力直接作用于已完成的橋墩立柱上，使得支架受力明確可靠，確保了支架施工安全。而且避免了對軟弱地質(zhì)的改良，大大降低了施工措施費(fèi)用。此方法為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。