鋼抱箍架空支架在高速公路墩身蓋梁施工中的應用

顏彬彬YAN Bin-bin

（中鐵十二局集團國際工程有限公司，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常會遇到施工區域地質軟弱或地形復雜的情況，若在此情況下對雙柱墩蓋梁采用滿堂式支架進行施工則需對支架區域地質進行改良或對復雜的地形進行改造，該方法不但使得施工措施費用大大增加，而且支架沉降變形不可控制，尤其是當蓋梁支架較高時，滿堂式支架也會存在較大的安全風險。此時鋼抱箍架空支架的優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，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，而且避免了對軟弱地質的改良，大大降低了施工措施費用。通過現場實際使用，該類型支架在清遠至云浮高速公路蓋梁施工中取得很好的效果。

1 工程概況

清遠至云浮高速公路六標設計起點K57+650，終點K71+400，主線線路全長13.75km。設計車速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、路基防護及排水、橋梁、隧道及涵洞工程。該標段內雙柱蓋梁最長長度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 方案經濟性對比

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

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護強度達到規定要求后，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，則每個蓋梁支架基礎處理費用約2.3 萬元，該項目共計有164 個雙柱墩，則支架基礎總費用約377 萬元。若采用鋼抱箍支架，則不但節省了地基處理費用，而且可采用多套支架同時進行作業，不但大大減少了施工措施費用，而且也加快了施工進度，因此選擇方案二更加經濟。

3 蓋梁鋼抱箍架空支架設計

3.1 鋼抱箍架空支架設計結構

雙柱墩蓋梁支架由抱箍, 抱箍頂設置砂箱, 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，單側使用9 個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10.9 級M30*120螺栓。蓋梁底模安裝完畢后，利用底分配梁預留出的空間搭設蓋梁操作平臺，并安裝安全護欄，護欄高度不小于1.5m。詳見圖1。

圖1 鋼抱箍架空支架立面結構設計圖

3.2 鋼抱箍架空支架受力驗算

3.2.1 荷載分析

根據現場施工實際情況，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人員及設備自重G3：

查《路橋施工計算手冊》荷載按照2.5kN/m2來確定；則G3 =75kN

④振搗動荷載G4：

按《橋規》附錄D 振搗砼產生的荷載為2kN/m2，故取G4 =60kN

⑤傾倒混凝土沖擊荷載G5

對于底模取G5=0kN（混凝土側厚度大于1.0m）

⑥模板自重G6：

底模面積A1=1.6×15=24m3，單位質量為75kg/m2；

側模面積A2=1.8×15×2+1.8×2×2=61.2m2，單位質量為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

荷載分項系數：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I45 工字鋼上，由查《路橋施工計算手冊》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，計算模型如圖3 所示。

圖3 支架受力力矩圖

通過表1 結果分析，采用雙I45b 工字鋼作為大橫梁，強度、剛度均能滿足要求。

表1 支架受力計算結果統計表

3.2.3 抱箍計算

各材料或構件的強度設計值如下：

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 螺栓預拉力查《建筑施工手冊》知預拉力為P=355kN。

抱箍直徑1.4m，面板14mm 厚鋼板，法蘭盤20mm 厚鋼板

支座a 點荷載均由抱箍跟圓形砼柱之間的摩擦力來承擔，即摩擦力F。

鋼與砼之間的摩擦系數按較安全的0.3 考慮（抱箍跟砼柱之間考慮土工布墊），由F=μN 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：

鋼抱箍對墩柱產生的正壓力遠小于墩柱砼設計強度，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，計算模型見圖4。

圖4 鋼抱箍計算模型示意圖

采用14mm 厚鋼板、500mm 高度的單個鋼抱箍滿足要求！

為保證結構安全，現場采取雙抱箍。

抱箍設計時，高強螺栓只考慮承受拉力，不受剪力。為保證結構安全，高強螺栓在計算上僅考慮內側兩排螺栓受力，外排螺栓不參與受力計算。

螺栓孔大小為φ32mm，一個10.9 級M30 高強螺栓設計預拉力，允許最大預拉力值

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

20mm 厚法蘭鋼板抗剪計算：

法蘭鋼板厚20mm，在螺栓預緊后承壓，需計算法蘭鋼板的剪應力。

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

①梁施工時，必須保證墩柱混凝土強度達到設計強度的85%以上，方可進行蓋梁施工。

②利用柱頂設計高程（內外立柱高差不等）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，采用模板打磨機對墩身四周抱箍安裝范圍進行打磨，打磨厚度控制在3mm 左右，以便增大摩擦系數。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抗滑橡膠皮是否完好。

5 安全保證措施

①電器設施要經常性檢查，配電柜及開關箱應安裝漏電保護器，要接零接地、一機一閘。②吊裝前選用符合要求的鋼繩、吊鉤、吊具并對其進行檢查；派專人正確指揮，指揮人員佩戴袖標和異聲哨；嚴禁施工人員在起重作業半徑內活動并派人看守；加強對起重司機的安全教育培訓，嚴格遵守“十不吊”原則。6 級以上大風嚴禁吊裝作業。③合理驗算承載力，上設置限重標志，嚴格控制鋼筋、鋼構件、設備堆放重量。④惡劣天氣嚴禁任何高空作業或高壓線下作業；根據天氣預報，當惡劣氣候來臨前，做好模板固定措施、撤離轉移臨時設備等，做好施工現場人員及有關設備、設施的撤離、轉移及加固工作，確保人、機、設施的安全。

6 結束語

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區域高速公路門式墩蓋梁施工的難題，不但保證了施工質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的改良，大大降低了施工措施費用。此方法為后續類似施工提供了借鑒和參考。