淺談橋梁圓柱墩安全措施應(yīng)用

中圖分類號：TV 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-925X(2011)07-0087-02

摘要：分析橋梁圓柱墩的安全措施控制要點(diǎn)，介紹了鋼模受力計算和纜風(fēng)系統(tǒng)的計算，并結(jié)合工程實(shí)踐，例舉了施工應(yīng)用中的計算方法。

關(guān)鍵詞：橋梁 圓柱墩 安全 措施應(yīng)用

1、引言

在橋梁施工中常用到圓柱墩施工，因采用定型鋼模，工藝成熟，大家往往忽視了對其每次施工高度模板受力和纜風(fēng)繩受力計算，發(fā)生了不少安全問題。例如每次施工高度過高，聯(lián)接螺栓間隔安裝，導(dǎo)致鋼模脹模或鋼模因螺栓斷裂倒塌；纜風(fēng)繩直徑過小，地錨不穩(wěn)定，導(dǎo)致纜風(fēng)作用失效，整體鋼模傾斜，甚至倒塌。因此有必要對圓柱墩施工的安全措施作系統(tǒng)的計算和要求。

2、鋼模的受力計算

2．1鋼模一般結(jié)構(gòu)分析

圓柱墩墩身鋼模一般分兩半設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度1.5m，總體結(jié)構(gòu)形式為采用小槽鋼加勁面板。面板采用6㎜厚普通鋼板，面板豎向加勁肋采用8×100mm厚的扁鋼，間距30㎝，模板板塊之間的連接面采用δ12×100㎜鋼板制作。豎向連接面等間距布設(shè)φ18㎜螺栓孔；上下節(jié)間水平連接面等間距布設(shè)φ18㎜螺栓孔和φ20㎜定位銷孔，定位銷孔處鋼板底面焊接一個3㎝高鋼套筒。如φ1.8m圓柱墩身模板見圖所示。

2．2計算參數(shù)

1、各種材料的設(shè)計控制值采用《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》JTJ025-86，Q235鋼材軸向應(yīng)力為140MPa，彎曲應(yīng)力145MPa，剪應(yīng)力85MPa。螺栓采用8.8級A級或者B級普通螺栓抗拉強(qiáng)度驗算。

2、振搗對垂直面模板取4KPa。

3、混凝土初凝時間T=7小時（實(shí)測），澆筑速度5小時完成9m的高度，即混凝土澆筑速度V=1.8m/h，混凝土坍落度16cm。

2．3模板計算

模板計算荷載主要是澆注混凝土對模板產(chǎn)生的側(cè)壓力。

1、最大側(cè)壓力計算

混凝土作用于模板的側(cè)壓力，根據(jù)測定，隨混凝土的澆筑高度而增加，當(dāng)澆筑高度達(dá)到某一臨界時，側(cè)壓力就不再增加，此時的側(cè)壓力即位新澆筑混凝土的最大側(cè)壓力。側(cè)壓力達(dá)到最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓頭。通過理論和實(shí)踐，可按下列二式計算，并取其最小值：

式中 F------新澆筑混凝土對模板的最大側(cè)壓力（KN/m2）

γc------混凝土的重力密度（kN/m3）取25kN/m3

t0------新澆混凝土的初凝時間（h），可按實(shí)測確定，t0=7

V------混凝土的澆灌速度（m/h）；取1.8m/h

h------混凝土有效壓頭高度（m）；

β1------外加劑影響修正系數(shù)1.2，不摻外加劑時取1；

β2------混凝土塌落度影響系數(shù)，當(dāng)塌落度小于30mm時，取0.85；50—90mm時，取1；110—150mm時，取1.15。

=0.22×25×7×1.2×1.15 × =71.3kN/m2

h=1.53+3.8 V/T=1.53+3.8×1.8÷28（T為混凝土入模溫度）=1.8m

=25×1.8=45kN/m2

取二者中的較小值，F(xiàn)=45kN/m2作為模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值，并考慮傾倒混凝土產(chǎn)生的水平載荷標(biāo)準(zhǔn)值4 kN/m2，分別取荷載分項系數(shù)1.2和1.4，則作用于模板的總荷載設(shè)計值為：

q=45×1.2+4×1.4=59.6kN/m2

壓力荷載見圖1所示：

圖 1 荷載布置示意圖

2、模板取一半計算，因一半和另一半連接時是螺栓連接。通過計算，豎向螺栓最大受力13.9KN。

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》8.8級普通粗制螺栓抗拉強(qiáng)度=

400Mpa、抗剪強(qiáng)度 =320Mpa；M18螺栓牙具牙高為2.5mm，有效應(yīng)力截面As=192mm2，不考慮螺紋截面為A=132.7 mm2

則M18螺栓螺栓設(shè)計拉力值P=Aδ=(9-2.5)2×π×400×0.7=37.2KN

設(shè)計拉力值T=Aτ=(9-2.5)2×π×320×0.7=30.7KN

結(jié)論：模板連接螺栓安全系數(shù)=37.2/13.9=2.67＞2，各種材料應(yīng)力值均小于允許應(yīng)力值故該種模板強(qiáng)度安全可靠。

3、風(fēng)纜系統(tǒng)受力計算

3．1、纜風(fēng)繩受力驗算

受力計算見圖

通過分析得到墩柱模板收到風(fēng)荷載作用是風(fēng)纜繩受力狀態(tài)處于A/B兩種模式之間，受到風(fēng)荷載作用極大值為A或B狀態(tài)，針對上述兩種情況計算如下：

參照J(rèn)TG D60-2004基本風(fēng)速以涪陵1/50取值為V10=22.4m/s為例，

架設(shè)期橋梁k0=0.75，風(fēng)載阻力系數(shù)查表4.3.＜5.8且墩柱高寬比為13.75故k1=0.9，該地出去山區(qū)毗鄰縣城，地形類型屬于D類，考慮陣風(fēng)影響k3=0.85，k2=0.79，k5=1.7。模板的高度為12m，澆筑10.5m混凝土。

計算圖示

根據(jù)上述荷載添加建立MIDAS CIVIL計算模型，通過A、B兩個方向施加Wd均布面荷載得到計算結(jié)果如下：

依照GB/T 20118—2006選用單股鋼絲繩結(jié)構(gòu)為1×19的，公稱直徑為10mm的鋼絲繩最小破斷拉力為83.2KN。施工中所采用纜風(fēng)繩承受的最大拉力值為13.7KN，按最小值比的到鋼絲繩安全系數(shù)n=83.2/13.7=6.07，故結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及安全性均能滿足要求。

結(jié)論：圓形鋼模為對稱結(jié)構(gòu)，故通過A、B兩面可以得出對稱部分。通過以上計算得，纜風(fēng)繩的強(qiáng)度符合設(shè)計及規(guī)范要求，纜風(fēng)繩布置數(shù)量及布置方式合理可靠。

3．2 錨固計算

纜風(fēng)繩地錨根據(jù)施工周邊實(shí)際地形情況進(jìn)行錨固，周邊沒有樁系梁及承臺時候在周圍巖體預(yù)埋Φ22螺紋鋼筋，參照根據(jù)GB50007-2002，6.7.5，L錨固筋埋深l≥35d=770mm（本計算書取800mm計算），條件不具備則在預(yù)定位置埋設(shè)L50×5角鋼。

式中：

錨桿的周長u，=69mm；

錨桿孔的直徑D=50mm，周長u，=175mm；

取錨桿錨固段嵌入巖層中的有效錨固長度h=800mm；

錨桿和水泥砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度特征值f=1.0MPa；

水泥砂漿和混凝土與巖石間的粘結(jié)強(qiáng)度特征值f=0.5MPa；

拉風(fēng)纜繩錨桿為臨時結(jié)構(gòu)取 ζ=1.0經(jīng)驗系數(shù)。

錨桿的錨固力：

砂漿錨體的錨固力：

故錨桿受力滿足要求。R1

故橋位區(qū)風(fēng)纜錨固深度入巖80cm以上即可滿足受力，考慮地表2m厚覆蓋土體，錨桿長度采用總長3.5m。

4、結(jié)束語

隨著我國高速公路事業(yè)的快速發(fā)展，圓柱墩施工的廣泛應(yīng)用，安全施工的重要性也日益突出，而圓柱墩施工安全措施的重點(diǎn)是模板受力計算、施工高度合理控制，纜風(fēng)系統(tǒng)的布置。作為施工、監(jiān)理人員要掌握其驗算方法以及施工控制要點(diǎn)，首先由施工方上報相關(guān)安全方案及計算，由監(jiān)理方對其進(jìn)行嚴(yán)格的復(fù)核，以用于指導(dǎo)施工，確保施工安全。

參考文獻(xiàn)：

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[2路橋集團(tuán)第一公路工程局．JTJ 041-2000 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2000．

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[5]GB/T 20118—2006.《一般用途鋼絲繩》．

[6]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊.第三版．

作者簡介：

[1]李幸，現(xiàn)為重慶市交通工程監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司助理工程師。

[2]馮梅，現(xiàn)為重慶市交通工程監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司助理工程師。