公路橋梁大跨度蓋梁抱箍施工技術(shù)研究

摘要：公路橋梁大跨度蓋梁施工面臨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、荷載大、施工精度要求高等挑戰(zhàn)，基于此，以侯家坪大橋右幅3號(hào)墩大跨度蓋梁施工為實(shí)例，對(duì)抱箍設(shè)計(jì)的施工荷載、鋼帶對(duì)混凝土的應(yīng)力、鋼帶內(nèi)應(yīng)力、牛腿螺栓受力等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與驗(yàn)算，并詳細(xì)介紹了大跨度蓋梁抱箍施工工藝流程及施工注意事項(xiàng)，以期為類似橋梁大跨度蓋梁施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：蓋梁；抱箍法；施工荷載；鋼帶；牛腿螺栓

0" "引言

對(duì)于高墩大跨度蓋梁施工而言，傳統(tǒng)的鋼管支架、門式支架施工方式暴露出諸多弊端，諸如安全與質(zhì)量方面的隱患頻發(fā)、工程進(jìn)度拖沓、施工成本高昂等。而抱箍法施工技術(shù)的出現(xiàn)，為解決這些問(wèn)題提供了新的途徑。

抱箍法施工具有諸多優(yōu)勢(shì)，與預(yù)埋扁擔(dān)梁、預(yù)埋牛腿的方法相比，其使用抱箍在混凝土墩柱施工時(shí)不必考慮預(yù)埋件的布置，可避免傳統(tǒng)施工方法中預(yù)埋件位置不準(zhǔn)確帶來(lái)的麻煩。抱箍可以重復(fù)利用，且不需搭設(shè)腳手架，施工方便，有利于節(jié)約資金。在柱徑不變的工況下，抱箍的支撐位置可以隨上部蓋梁支承體系隨意調(diào)整。抱箍上搭設(shè)工作平臺(tái)、安裝底模均不受墩位處地質(zhì)狀況的影響，尤其適合地面地質(zhì)情況較差的河道、山坡等地的蓋梁施工。

1" "工程概況

S32臨夏-積石山項(xiàng)目侯家坪大橋，位于臨夏市積石山縣寨子溝鄉(xiāng)侯家坪村，橫跨村內(nèi)一條沖溝及村道，橋梁全長(zhǎng)247m。大橋右幅3號(hào)墩門架墩因跨村道而設(shè)計(jì)，橋墩下部結(jié)構(gòu)為門架墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁基均按摩擦樁設(shè)計(jì)，樁基長(zhǎng)度34m，直徑2m。墩高24.5m，墩柱直徑1.8m。蓋梁長(zhǎng)度12m，凈跨8.2m，寬2.2m，高2m。橋墩高度較高，跨度較大，為此蓋梁模板及支撐施工技術(shù)措施是施工重點(diǎn)。

2" "抱箍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖，蓋梁采用抱箍法施工，其中墩柱直徑為1.8m，蓋梁尺寸為11.65m×2.2m×1.6m?，F(xiàn)場(chǎng)抱箍加工尺寸高0.75m，直徑1.8m，抱箍鋼帶厚度10mm。

2.1" "施工荷載

蓋梁設(shè)計(jì)的混凝土量為38.24m3，鋼筋骨架為7.566t，鋼筋混凝土的平均密度按2.5t/m3計(jì)，經(jīng)計(jì)算得到蓋梁質(zhì)量為38.24×2.5=95.6t。根據(jù)模板設(shè)計(jì)圖，模板按照120kg/m2計(jì)算，計(jì)算得到其質(zhì)量為11t。

工字鋼采用45b，共用2根，每根長(zhǎng)12m，按1m質(zhì)量87.485kg計(jì)算，得到其質(zhì)量為87.485×12×2=2.1t。

按照混凝土施工工序最多需要作業(yè)人員10人計(jì)算，計(jì)算得到施工荷載為10人自身質(zhì)量+混凝土動(dòng)載+振搗力=1.9t。

蓋梁混凝土施工總荷載計(jì)算為95.6+11+2.1+1.9=110.6t，取施工安全系數(shù)為1.2，則施工安全荷載為132.72t。根據(jù)施工荷載及現(xiàn)場(chǎng)施工布置，抱箍受力考慮為均布荷載，則單個(gè)抱箍受力為132.72/2=66.36t。

2.2" "鋼帶對(duì)混凝土的應(yīng)力

鋼帶對(duì)墩柱的壓應(yīng)力σ1計(jì)算公式為：

式中：μ為摩阻系數(shù)，取0.35；B為鋼帶寬度；π為500mm；D為立柱直徑，為1800mm；K為荷載安全系數(shù)，取1.2；G為作用在單個(gè)抱箍上的荷載，為663.6kN；[σc]為混凝土立柱抗壓強(qiáng)度容許值；?c為混凝土立柱軸心抗壓強(qiáng)度，立柱混凝土標(biāo)號(hào)為C30，取21MPa。σ1＜[σc]，滿足要求[1]。

2.3" "鋼帶內(nèi)應(yīng)力

鋼帶內(nèi)應(yīng)力σ2計(jì)算公式為：

式中：δ為鋼板厚度，取10mm；D為立柱直徑，取1800mm。

查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017—2003），厚度≤16mm的Q235鋼抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值?為215MPa，σ2＜?，滿足要求。

2.4" "牛腿螺栓受力

2.4.1" "牛腿螺栓抗拉承載力

牛腿腹板采用10顆10.9級(jí)M24高強(qiáng)螺栓，螺栓直徑為24mm。

鋼帶所受拉力F計(jì)算公式為：

式中：A為M24螺栓的有效截面積，取5000mm2。

單個(gè)螺栓所受拉力N為36.22kN。查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017—2003）中10.9級(jí)M24螺栓預(yù)拉力P為225kN，則其設(shè)計(jì)拉力Nt=0.8P=180kN。N＜Nt，滿足要求[2]。

2.4.2" "牛腿螺栓抗剪承載力

作用在單個(gè)牛腿的豎向荷載為71.5t，螺栓連接方式為雙剪結(jié)合[3]，經(jīng)計(jì)算得到單排螺栓所受的豎向總荷載為44.7kN，單個(gè)螺栓所受剪力為22.35kN。

螺栓截面為圓形，故其截面所受的最大切應(yīng)力τmax計(jì)算為：

螺栓的許用切應(yīng)力[τ]為：

式中：Q為單個(gè)螺栓所受剪力；Ae為M24螺栓的有效面積，取353mm2；σs為材料的屈服極限，10.9級(jí)螺栓的屈服極限為940MPa；n為安全系數(shù)，靜載n取2.5。τmax＜[τ]，滿足條件。

2.4.3" "終擰扭矩

緊固螺栓時(shí)，要按照鋼板容許應(yīng)力控制緊固力，考慮2倍的安全系數(shù)，緊固力P取206.4×2=412.8kN，每個(gè)螺栓緊固力Pc為51.6kN。

查《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50—2011），終擰扭矩Tc計(jì)算公式為：

式中：Tc為終擰扭矩，單位為N·m；K為高強(qiáng)度螺栓連接副的扭矩系數(shù)平均值，其取值范圍為0.11～0.15，考慮最不利取值0.15；Pc為高強(qiáng)度螺栓的施工預(yù)拉力，單位為kN；d為高強(qiáng)度螺栓公稱直徑，取24mm。

施工時(shí)的螺栓扳手以50cm計(jì)算，則緊固單顆螺栓的緊固力為371.5N，人工用力腳踩即可滿足要求。

根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)驗(yàn)算所得可知，該抱箍滿足施工要求，可用于蓋梁支撐。

3" "大跨度蓋梁抱箍施工技術(shù)

3.1" "測(cè)量放樣

測(cè)量人員對(duì)右幅3號(hào)墩兩墩柱中心點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量定位，放出縱橫軸線，對(duì)墩頂高程進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量過(guò)程中，必須有橋梁主管和技術(shù)人員參加，測(cè)量數(shù)據(jù)需書面交底勞務(wù)隊(duì)相關(guān)人員，并由測(cè)量人員、橋梁技術(shù)負(fù)責(zé)人及勞務(wù)隊(duì)負(fù)責(zé)人共同簽字。

3.2" "鋼管支撐柱施工

支撐柱基礎(chǔ)尺寸為1m×1m或φ100mm的鋼筋混凝土基礎(chǔ)，深度埋置地面以下需大于1m，并在基礎(chǔ)中預(yù)埋錨固螺栓，螺栓埋置深度不小于50cm。鋼管支撐柱采用直徑為500mm、壁厚不小于6mm的鋼管分4節(jié)設(shè)置，其中1～3節(jié)為6～8m，第4節(jié)為1m。在其他直徑1.8m墩柱蓋梁施工中，未采取鋼管支撐柱措施，本橋墩因高度及跨度原因，采用增設(shè)鋼管支撐柱確保施工安全可靠。

3.3" "抱箍設(shè)計(jì)與安裝

3.3.1" "抱箍設(shè)計(jì)加工

每個(gè)墩柱抱箍為雙層（2個(gè)），抱箍高度75cm，直徑1.8m，抱箍鋼帶厚度10mm。抱箍由定點(diǎn)廠家生產(chǎn)加工，其他直徑1.8m墩柱蓋梁每個(gè)墩柱采用一個(gè)抱箍施工。在本橋3號(hào)墩蓋梁施工中，抱箍采用雙抱箍以增強(qiáng)施工的安全性和可靠性。

3.3.2" "安裝與緊固

3.3.2.1" "安裝

安裝前，要準(zhǔn)確測(cè)量、標(biāo)記抱箍頂高程[4]。抱箍頂高程=蓋梁底高程-底模厚度-方木高度-工字鋼高度-沙筒高度。將抱箍分為2個(gè)半圓形鋼板，在連接板上設(shè)置3道加勁肋，然后用高強(qiáng)度螺栓豎向連接2個(gè)半圓形鋼板。同時(shí)在抱箍?jī)?nèi)粘貼橡膠墊，以增大摩擦系數(shù)。

將抱箍安裝在墩柱上，調(diào)整好位置，確保抱箍與墩柱緊密貼合。再在抱箍?jī)蓚?cè)牛腿上設(shè)置砂筒，砂筒內(nèi)填充抗壓強(qiáng)度好的干沙。然后在砂筒上部安裝工字鋼（或貝雷片），立柱每側(cè)各一根，工字鋼之間設(shè)置對(duì)拉螺栓，以提高側(cè)向抗傾覆穩(wěn)定性。

在安裝抱箍時(shí)，要不斷進(jìn)行高程的復(fù)核和調(diào)整。使用水平儀等測(cè)量工具，對(duì)抱箍的各個(gè)位置進(jìn)行高程測(cè)量，一旦發(fā)現(xiàn)偏差，要及時(shí)通過(guò)調(diào)整螺栓的預(yù)緊力或砂筒的高度來(lái)糾正。同時(shí)，要注意抱箍在安裝過(guò)程中的穩(wěn)定性，避免因外力干擾導(dǎo)致高程發(fā)生變化。

3.3.2.2" "緊固

螺栓緊固順序應(yīng)遵循從中間向兩端逐步擰緊的原則。先將中間的螺栓擰緊，然后依次向兩端擰緊螺栓。在擰緊螺栓過(guò)程中，要使用扭力扳手，確保螺栓的預(yù)緊力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，要注意檢查抱箍與墩柱之間的貼合度，如有不貼合地方，應(yīng)及時(shí)調(diào)整螺栓的預(yù)緊力，確保抱箍與墩柱之間產(chǎn)生足夠的摩擦力。

3.3.2.3" "檢查

抱箍安裝完成后，要對(duì)抱箍體系的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查。檢查內(nèi)容包括抱箍的高程是否準(zhǔn)確、螺栓是否緊固、工字鋼的側(cè)向抗傾覆穩(wěn)定性是否良好等，只有在抱箍體系穩(wěn)定可靠的情況下，才能進(jìn)行后續(xù)的施工。

3.4" "工字鋼施工

直徑1.8m墩柱蓋梁工字鋼采用Ⅰ45b工字鋼，每根長(zhǎng)12m，共2根，廠家對(duì)直徑1.8m墩柱蓋梁工字鋼進(jìn)行了荷載應(yīng)力計(jì)算。本橋3號(hào)墩蓋梁工字鋼采用Ⅰ50b雙層工字鋼，每根長(zhǎng)16m，共4根，工字鋼的型號(hào)及數(shù)量的加大可提高施工的安全性和可靠性。

3.5" "模板施工

模板采用整體式組合鋼模，由定點(diǎn)廠家加工生產(chǎn)，廠家對(duì)模板的結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行計(jì)算，在底模鋪設(shè)前做好圍欄的防護(hù)措施。

3.6" "混凝土澆筑施工

3.6.1" "澆筑方式

混凝土采取廠站集中拌制，運(yùn)輸距離約1km。保證車輛的連續(xù)運(yùn)輸，以保證混凝土的正常供應(yīng)。混凝土的入模澆筑采用汽車起重機(jī)吊斗的輸送方式?，F(xiàn)場(chǎng)采用25t汽車起重機(jī)，吊斗容積為2m3，混凝土每斗吊量為1.5m3。

3.6.1" "澆筑要點(diǎn)

在混凝土澆筑過(guò)程中，要嚴(yán)格控制澆筑工藝。按照從中間向兩端對(duì)稱澆筑的原則，分層進(jìn)行澆筑，嚴(yán)格控制每層澆筑厚度為400mm，避免出現(xiàn)過(guò)厚或過(guò)薄的情況。同時(shí)，要加強(qiáng)振搗，采用插入式振搗棒進(jìn)行振搗時(shí)，振搗時(shí)間為25～30s，插入深度為下層混凝土50～100mm，使混凝土內(nèi)部的空氣充分排出，有效地保證了混凝土的質(zhì)量，達(dá)到內(nèi)實(shí)外光的效果。

混凝土澆筑過(guò)程中，要密切關(guān)注抱箍高程的變化?；炷临|(zhì)量和澆筑沖擊力可能會(huì)使抱箍產(chǎn)生微小的沉降，施工人員應(yīng)在澆筑過(guò)程中適時(shí)進(jìn)行高程監(jiān)測(cè)，如有必要，可在澆筑完成后進(jìn)行高程微調(diào)，確保蓋梁的高程符合設(shè)計(jì)要求。

3.6.1" "養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后，要立即覆蓋塑料薄膜和土工布進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d。養(yǎng)護(hù)期間定期灑水，確?；炷帘砻媸冀K處于濕潤(rùn)狀態(tài)，保證混凝土的強(qiáng)度和耐久性[5]。要注意防止混凝土表面受到損傷，如避免重物撞擊、防止日曬雨淋等。

3.7" "監(jiān)測(cè)與檢查

3.7.1" "抱箍狀態(tài)監(jiān)測(cè)

在整個(gè)施工過(guò)程中，要定期對(duì)抱箍的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括檢查抱箍是否有松動(dòng)、變形的跡象，螺栓是否有松動(dòng)或斷裂的情況。可以通過(guò)觀察、儀器測(cè)量（如應(yīng)變片測(cè)量抱箍的應(yīng)變）等方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.7.2" "其他部件檢查

要檢查模板、鋼筋、支撐等部件的狀態(tài)，如檢查模板是否有漏漿、變形的情況，鋼筋是否有移位等情況。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，要立即停止施工，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。

3.8" "拆除

拆除工作要按照合理的順序進(jìn)行，一般先拆除模板，再拆除抱箍。模板拆除時(shí)，要先拆側(cè)模，后拆底模。拆除過(guò)程中要注意保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)，防止造成損傷。

拆除作業(yè)多為高處作業(yè)，施工人員要系好安全帶，在拆除現(xiàn)場(chǎng)周圍設(shè)置警戒區(qū)域，防止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入。在拆除模板和抱箍時(shí)，要使用合適的工具，防止工具掉落傷人。對(duì)于拆除后的模板和抱箍，要及時(shí)清理、吊運(yùn)至指定地點(diǎn)存放，避免在施工現(xiàn)場(chǎng)堆積，造成安全隱患。

4" "結(jié)論

本文結(jié)合公路橋梁大跨度蓋梁施工，開(kāi)展了蓋梁抱箍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算，詳細(xì)介紹了公路橋梁大跨度蓋梁施工工藝流程。文中所述抱箍施工方案較安全可靠，不僅縮短了工期，降低了施工成本，而且保證了蓋梁的施工質(zhì)量，達(dá)到預(yù)期的目的和效果。

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