浅谈盖梁施工的几种支撑体系

浅谈盖梁施工的几种支撑体系

路建设指挥部   224007）

摘要：通过对盖梁施工不同支撑方法的比较，结合工程实际应用，从影响工程质量、进度、费用的不同侧面入手，提出新的施工方法。
关键词：盖梁；支撑体系；抱箍法；工程应用

近年，公路桥梁中有不少桥梁的下部结构采用简单的刚架结构，即桥梁的下部基础为两根或多根桩基础，墩身为两根圆柱墩，桩间系梁联结（或不设系梁），墩顶盖梁联结。例如，已经建成的京福高速公路大黄山特大桥、邵店镇沭河大桥，以及正在兴建中的京杭运河特大桥、高水河特大桥、润扬大桥南北引桥等，均是采用这种结构。在这些桥梁的盖梁施工中，采用了支架法、横穿型钢法、预埋钢板法、抱箍法等等施工方法，有成功经验也有失败的教训。下面就这些施工方法的优缺点从施工质量、工期和费用影响等方面进行一些简单的探讨。

1、横穿型钢法
在墩柱内预先埋设预留孔，在孔中穿入型钢并锁定型钢，由型钢支撑支架、模板及整个盖梁的重量。如图1所示。

这种体系的优点是，支架、模板及整个盖梁的重量通过型钢传至墩柱，由墩柱承受，传力途径简单明确，不存在支架下沉的问题。但这种体系的缺点也是明显的，在墩柱内埋设留预孔，影响墩柱的外观质量，其处理不但费工费时而且还很难领人满意；再次，这种体系一般不易取得监理、设计部门及业主的认同。因此，这种体系现已较少采用。

2、预埋钢板法
在墩柱中预埋钢板，拆模后在预埋钢板上焊接钢支撑，由它来承受支架、模板及整个盖梁的重量。如图2所示。

这种体系的优点与前一种体系一样，支架、模板及整个盖梁的重量通过钢支撑及预埋钢板传至墩柱，由墩柱承受，传力途径简单明确，不存在支架下沉的问题而且也不用破坏钢模。这种体系的缺点是，第一，预埋钢板要消耗大量钢材，很不经济；第二，钢支撑的焊接工作是相当大，对焊接质量的要求也比较高，而且盖梁施工完后要对墩柱外观进行处理，不但费工费时而且还较难保证质量。故这种体系只在迫不得已的情况下采用。
　　　　　　　　3、支架法　　
采用支架法施工，这是目前用得较多的一种方法。支架可用万能杆件也可采用钢管支架搭设。盖梁施工的所有临时设施重量及盖梁重量均由支架承受，直接传到地面。这种方法的优点是，第一，支架的形式及高低可根据墩周围的地形和墩柱的高度等随机变化，方法灵活；第二，不用在墩柱上设置预埋件，不会对墩柱外观造成影响。但这种方法也有不少缺点，第一，支架法施工对地基的承载力要求比较高　，一般均要求对地基进行压实，对软土地基还需要浇筑砼地坪。因此，对地基的处理要花费较多人力物力。如果对地基的处理稍有不慎，即可造成支架整体下沉，严重影响盖梁的施工质量。第二，墩柱较高时，必须对支架进行预压以消除非弹性变形，这需要消耗大量人力物力。第三，由于墩柱高度的变化而调整底模高度；对于钢管支架，从经济上讲都是不合算的，而且还要大量不必要的人力。第四，墩柱较高时，支架庞大，需要巨额投入而且安装支架费时耗力。第五，水中施工无系梁桥墩时，支架法很难用得上。由此可知，支架法施工虽然方便灵活，但该法有其自身固有的缺点，在施工时尤需注意支架的稳定性、非弹性变形及地基沉降等方面的问题。

4、抱箍法
其力学原理：是利用在墩柱上的适当部位安装抱箍并使之与墩柱夹紧产生的最大静摩擦力，来克服临时设施及盖梁的重量。如图3所示。
抱箍法的关键是要确保抱箍与墩柱间有足够的摩擦力，以安全地传递荷载。下面就此问题进行讨论。
4．1　抱箍的结构形式
抱箍的结构形式涉及箍身的结构形式和连接板上螺栓的排列。
4．1．1　箍身的结构形式
抱箍安装在墩柱上时必须与墩柱密贴，这是个基本要求。由于墩柱截面不可能绝对圆，各墩柱的不圆度是不同的，即使同一墩柱的不同截面其不圆度也千差万别。因此，为适应各种不圆度的墩身，抱箍的箍身宜采用不设环向加劲的柔性箍身，即用不设加劲板的钢板作箍身。这样，在施加预拉力时，由于箍身是柔性的，容易与墩柱密贴。
4．1．2　连接板上螺栓的排列
抱箍上的连接螺栓，其预拉力必须能够保证抱箍与墩柱间的摩擦力能可靠地传递荷载。因此，要有足够数量的螺栓来保证预拉力。如果单从连接板和箍身的受力来考虑，连接板上的螺栓在竖向上最好布置成一排。但这样一来，箍身高度势必较大。尤其是盖梁荷载很大时，需要的螺栓较多，抱箍的高度将很大，将加大抱箍的投入，且过高的抱箍也会给施工带来不便。因此，只要采用厚度足够的连接板并为其设置必要的加劲板，一般均将连接板上的螺栓在竖向上布置成两排。这样做在技术上是可行的，实践也证明是成功的。因此，抱箍采用如图4所示的结构形式。
4．2　连接螺栓数量的计算
抱箍与墩柱间的最大静摩擦力等于正压力与摩擦系数的乘积，即F=f×N
式中　F－抱箍与墩柱间的最大静摩擦力；
　　　N－抱箍与墩柱间的正压力；
　　　f－抱箍与墩柱间的静摩擦系数。
而正压力N与螺栓的预紧力是对平衡力，根据抱箍的结构形式，假定每排螺栓个数为n，则螺栓总数为4 n，若每个螺栓预紧力为F1，则抱箍与墩柱间的总正压力为N＝4×n×F1。
对于抱箍这样的结构，为减少螺栓个数，可采用材质为45号钢，直径30mm的大直径螺栓或M27高强度螺栓。但采用M27高强度螺栓有两个缺点：一是高强度螺栓经过一次加力松弛循环后一般不能再用，这与抱箍需多次重复使用的要求不相符；再次安装抱箍时需更换新螺栓，加大了投入；二是市场上没有M27高强度螺栓，必须到专门的厂家购买，不能满足随时更换的要求。因此，一般均采用材质45号钢的M30大直径螺栓。每个螺栓的允许拉力为[F]＝As×[σ]
式中As　—螺栓的横截面积，As＝πd2/4
[σ]—钢材允许应力。对于45号钢，[σ]＝2000kg/cm2。
于是，[F]＝[σ]πd2/4＝2.0×3.14×32/4=14.13 t；取F1＝14 t
钢材与混凝土间的摩擦系数为0.3～0.4，取f＝0.3
抱箍与墩柱间的最大静摩擦力为F＝f×N＝f×4×n×F1＝0.3×4×n×14=16.8n
若临时设施及盖梁重量为G，则每个抱箍承受的荷载为Q＝G／2。
取安全系数为λ＝2，则有Q＝F／λ即G／2＝16.8n/2；n=0.06×G
故可取n为整数。
可见，抱箍法从理论上是完全可行的。
4．3　抱箍法施工的注意事项
4．3．1　抱箍结构上应注意的问题
（1）箍身应有适当强度和刚度，以传递拉力、摩擦力并支承上部结构重量，可采用厚度为10mm～20mm的钢板。
（2）由于抱箍连接板是直接承受螺栓拉力的构件，要有足够的强度和刚度，根据理论计算及实践经验，以采用厚度为24mm～30mm的钢板为宜。
（3）由于抱箍连接板上螺栓按双排布置，外排螺栓施压时对箍身产生较大的偏心力矩，对箍身传力有不利影响，因此，螺栓布置应尽可能紧凑，以刚好能满足施工及传力要求为宜。
（4）为加强抱箍连接板的刚度并可靠地传递螺栓拉力，在竖直方向上，每隔2～3排螺栓应给连接板设置一加劲板。
4．3．2　施工中应注意的问题
（1）抱箍与墩柱间的正压力是由连接螺栓施加的，螺栓应首先进行预紧，然后再用经校验过的带响板手进行终拧。预紧及终拧顺序均为先内排后外排，以使各螺栓均匀受力并确保螺栓的拉力值。
（2）浇筑盖梁混凝土时，由于抱箍受力后产生变形，螺栓的拉力值会发生变化。因此，在浇筑盖梁的全过程中应反复对螺栓进行复拧，即每浇筑一层混凝土均应对螺栓复拧一次。
综上所述，只要采取适当措施，抱箍法是完全可行的。抱箍法有很多优点，第一，抱箍法是临时荷载及盖梁重量直接传给墩柱，对地基无任何要求；第二，抱箍的安装高度可随墩柱高度变化，不需要额外的调节底模高度的垫木或分配梁；第三，抱箍法适应性强，不论水中岸上、有无系梁，只要是圆形墩柱就可采用；第四，抱箍法节省人力物力是显而易见的，因此从经济上讲是最合算的；第五，抱箍法不会破坏墩柱外观，而且抱箍法施工时支架不存在非弹变形，不用进行预压。

5、工程应用
正在修建扬州西北绕城高速公路京杭运河特大桥西岸引桥墩柱直径1.4m，中心距7.2m；盖梁长12.0m，宽1.7m，高1.6m，混凝土量31.2m3，墩柱平均高8.0m；跨度30m，最大纵坡2％。引桥共48个墩柱，24个盖梁。盖梁施工共采用4套底模2套侧模，共需4套支撑设备。最初拟定的方案为支架法。支架为满堂支架，平均每个支架高8m，长14.4m，支架宽4.8m，经计算得知，如用万能杆件，每套支架需杆件约13T，横向分配梁需方木约2 m3，纵向分配梁需方木为2.1m3；支架基底硬化砼共需约40 m3，此外，每拼装一个支架至少 4d，且支架法需要进行预压，至于消耗的人工就更不用说了。后改为抱箍法，考虑模板、支架及临时荷载，施工时每套抱箍的总负荷G约为100t，于是n=Num(0.03×G+1)= Num(0.03×100+1)= Num(4)=4。实用中每排螺栓个数为4，抱箍总高度500mm。每套支撑设备包括两根工字钢和两个抱箍，其中工字钢重2.4t，两个抱箍重0.8t，一套支撑设备共重3.2t；纵向分配梁与支架法相同：4个工人1d即可安装1个支架；节省了大量投资，缩短了施工周期。两种施工方法材料及工期对比见表1。

表1　　　两种施工方法材料及工期对比
对比内容     　施工方法
    　支架法　     “抱箍”法
一个盖梁施工周期　　　　     12 d     9 d
全部盖梁支撑万能杆件(租赁)　　     52 t     0
设备所有钢材(其中工字钢租赁)　           12.8t
基础硬化砼     40 m3     0
分配梁方木     16.4m3     8.4 m3
盖梁支撑设备投入的资金     4.1万元     2.7万元

6、总结
　　通过上面的分析可知，抱箍法具有施工简单，适应性强，节省投资，施工周期短等优点。由于其他支撑体系的优点抱箍法都有，而其它支撑体系的缺点抱箍法几乎都没有。因此，抱箍法是值得大力推广的盖梁施工支撑体系。