盖梁剪力销法施工技术
2013-08-22冯德生
冯德生，向 伟
（1.重庆交通大学 土木建筑学院，重庆 400074；2.四川建筑职业技术学院，四川 德阳 618000）
支架法、抱箍法和剪力销法是桥梁盖梁施工中常用的几种支撑体系。其中剪力销法支撑体系不仅施工相对简便，对地面承载力无要求，节约大量材料，降低施工成本，缩短工期，而且能够承受较大荷载，特别适合于大体积高墩盖梁的施工。
1 工程概述
龙河大桥位于重庆市石柱县，全长576m，为直线桥，其下部结构设计为变截面三柱式实心墩＋大体积钢筋混凝土盖梁。墩柱最大高度53.5m，盖梁设计尺寸为24.9m×2.2m×2.0m，计C30混凝土104.5m3，属高墩大体积盖梁，见图1。
2 支撑系统的设计及施工方法
2.1 剪力销法盖梁施工工艺
图1 盖梁结构（单位：m）
预留孔→横穿圆钢棒→纵梁工字钢吊装→横梁工字钢安装→施工放样→盖梁底模板安装→支撑体系预压→盖梁钢筋绑扎→盖梁侧模板安装→密封性检查→浇筑混凝土→拆除模板。
2.2 支撑结构
盖梁采用木制底模及侧模，侧模外侧绑扎方木条以增强其局部稳定性，底模铺设在间距为0.3m的I20a＃工字钢横梁上，底模与工字钢横梁之间用密排钢管做垫层，工字钢横梁长度为3m，以便在盖梁两侧设置施工作业平台。
横梁下采用4根13.5m长的I63a＃工字钢做承托梁，承托梁与横梁之间用楔形木块拼成的长方体做垫块，以调节底模横坡至设计标高。承托梁搁置在横穿墩柱的圆钢棒上，由钢棒将盖梁施工时的所有荷载传给墩柱。两侧墩柱上钢棒直径140mm，中间墩柱上的钢棒直径为160mm，其分别用Φ160mm、Φ180mm PVC管预留圆形孔洞。剪力销法的支撑结构如图2所示。
图2 支撑结构纵截面
2.3 墩柱顶部预留孔洞
墩柱分别采用Φ160mm、Φ180mm PVC管预留圆形孔洞，孔洞中心距盖梁底约108cm。为便于钻孔安装PVC管，在墩柱预留孔洞处采用木模，PVC管与模板间的空隙填塞海绵，以防止漏浆。
PVC管安装时严格按施工设计图进行测量定位，为防止PVC管在浇筑砼时位置发生移动，采用Φ12mm圆钢制成17cm×17cm、19cm×19cm的“井”字架进行固定，“井”字架每50cm设一道并与墩柱钢筋焊接牢固。墩柱砼浇筑完成后，每隔20min左右转动一次PVC管，避免PVC管与混凝土粘结而不能抽出，待混凝土终凝后抽出PVC管，形成孔洞。
PVC管安装与墩柱主筋和箍筋的安设位置相冲突，施工时稍微改动了主筋和箍筋的位置，并采用监理工程师同意的措施对钢筋进行加强，以免改变墩柱受力状态。
2.4 横挑梁
用长3m的Φ140mm、Φ160mm的45＃热轧圆钢棒分别横穿两侧及中间墩柱孔洞作横挑梁，支撑I63a＃工字钢承托梁。在孔洞与圆钢棒之间的空隙打入木塞，以防止圆钢棒转动。采用塔吊进行圆钢棒的安装。
2.5 承托梁
由图2可知，承托梁承受荷载的两端悬臂长度为3.4m，中间两跨长度均为9.05m，总长度达24.9m。工字钢标准长度最大为12m，如果将其焊接至24.9m，则会造成焊接部位受力复杂且因其重量太大不易吊装及运输。盖梁两侧混凝土重量较中间小，本工程采用4片12m标准I63a＃工字钢分别加焊了1.5m，并在焊接部位进行了局部加强。在用塔吊吊设承托梁时，将其焊接部位搭在盖梁外侧，如图2所示。中间墩柱处工字钢左右各两片紧挨着搭在横挑梁上，如图3（左）所示。盖梁左右承托梁之间采用长2.4m的Φ12mm螺杆进行连接，螺杆间距为7m。
图3 支撑结构横截面（左侧为中间支撑处，右侧为两端支撑处）
2.6 横 梁
横梁采用I20a＃工字钢，间距0.3m，长度为3m。横梁上密铺钢管及底模。
在工字钢横梁两端每隔0.9m焊接Φ22mm钢筋1根，长度为50cm。将长度1.2mΦ28mm空心钢管套在钢筋上作立柱，立柱用3道水平长钢管连接，间距为40cm，形成防护栏。防护栏与模板之间的横梁上铺设竹架板作为施工平台，竹架板与横梁采用铁丝绑扎牢靠。防护栏杆及施工平台挂设细目安全网，以确保施工安全。
3 支撑系统的设计受力检算
3.1 各材料力学参数
1）I63a工字钢、I20a工字钢：
2）45＃热轧圆钢棒
3.2 受力检算中取用的结构每延米容重
1）木模板取0.5kN／m2；I63a＃工字钢、I20a＃工字钢等模板支架及栏杆取5kN／m。
2）新浇筑的混凝土容重取24.5kN／m3。
3）盖梁每一立方米混凝土的钢筋容重取1.5 kN／m3（该桥工程设计图中盖梁每一立方米混凝土的钢筋平均容重为1.4kN／m3）。
4）活载。
①施工人员及振动棒等施工设备取2.5 kN／m2。②振捣混凝土时对水平模板产生压力，取2 kN／m2。
5）盖梁荷载效应组合。将以上荷载合并，盖梁施工每延米容重G＝132.4kN。因为盖梁的两侧高度为1m，所以其每延米容重为中间盖梁的一半。盖梁施工时桥墩正上方的重量是直接施加在桥墩上的，因此在圆钢棒处只计算盖梁两侧超出桥墩的20cm钢筋混凝土和模板容重。将盖梁施工每延米容重分三类，按体积比例分别计算各部分每延米容重：
6）在盖梁荷载效应组合下一片承托梁每延米支撑容重（q1、q2、q3之间的每延米容重按线性内插求得）如图4所示。
图4 一片承托梁每延米支撑容重
图4中，q1＝66.2kN／m，q2＝33.1kN／m，q3＝6.0kN／m，q4＝（q1＋q3）／2＝36.1kN／m。
q1，q2，q3，q4分别代表图4所示位置处一片承托梁每延米支撑容重。不计挡块的重量，这对支撑体系的计算是偏安全的。
3.3 承托梁受力验算
承托梁采用长度为13.5m的I63a＃工字钢，上铺设I20a＃工字钢及底模，承受模板传来的荷载及自身重量。将其受力简化为受线性荷载，跨度为12.95m的简支梁（见图4）。计算得出两侧桥墩处每片承托梁对钢棒压力为454.1kN，中间桥墩处每片承托梁对钢棒压力为250.6kN；I63a工字钢的最大弯矩为537.9kN·m，最大剪力为298.9kN／m。
1）弯曲正应力强度校核：工字钢的弯曲正应力小于容许正应力，满足设计要求。
2）弯曲剪应力强度校核：
工字钢的弯曲剪应力小于容许剪应力，满足设计要求。
3）I63a＃工字钢在圆钢棒处及自身焊接处的腹板双面焊有加劲肋，见图2，以加强其局部稳定性。
4）2片承托梁之间采用长2.4m的Φ12mm螺杆进行连接，螺杆间距为7m。等截面工字钢简支梁受压翼缘的长度l与宽度b之比为11.1，小于13，因此，可不计算承托梁的整体稳定性。
工字钢的挠度小于容许挠度值，满足设计要求。
3.4 钢棒受力验算
两侧桥墩处每片承托梁对钢棒压力为454.1 kN，中间桥墩处每片承托梁对钢棒压力为250.6kN。
3.4.1 两侧桥墩处钢棒受力检算
1）弯曲正应力强度校核
钢棒的弯曲正应力小于容许正应力，满足设计要求。
2）弯曲剪应力强度校核钢棒的弯曲剪应力小于容许剪应力，满足设计要求。
3.4.2 中间桥墩处钢棒受力检算
在实际施工过程中，由于工字钢交错搭在圆钢棒上，外侧承托梁距桥墩的距离比理想值偏大，计算中取1.1的扩大系数。
1）弯曲正应力强度校核：
钢棒的弯曲正应力小于容许正应力，满足设计要求。
2）弯曲剪应力强度校核：
钢棒的弯曲剪应力小于容许剪应力，满足设计要求。
3.5 横梁受力验算
横梁采用长度为3m的I20a＃工字钢，上铺设钢管及底模，承受模板传来的荷载。将其受力简化为受均布线性荷载，跨度为2.2m的简支梁。两桥墩之间有16根横梁，均布荷载
1）弯曲正应力强度校核：
工字钢的弯曲正应力小于容许正应力，满足设计要求。
2）弯曲剪应力强度校核：
工字钢的弯曲剪应力小于容许剪应力，满足设计要求。
3）横梁刚度校核：
工字钢的挠度小于容许挠度值，满足设计要求。
4 注意事项
4.1 设计检算注意事项
1）根据施工条件及机械配置合理考虑冲击荷载，注意各种荷载考虑全面。
2）中间桥墩处钢棒受力检算时，要考虑交叉的承托梁之间的缝隙，外侧承托梁距桥墩的距离比理想值偏大，计算中可取1.1的扩大系数。
3）预留穿心棒的孔洞位置要设计准确，充分考虑模板、工字钢等结构尺寸，并仔细复核确保无误。
4.2 施工注意事项
1）预留孔直径比圆钢棒直径大1～2cm，预埋位置准确，特别注意高程控制。
2）剪力销与墩柱接触部位，在剪力销下部混凝土内预埋钢筋，防止混凝土局部破坏。
3）浇筑盖梁前，要楔紧剪力销与预留孔洞之间的缝隙。
4）安装模板时，注意盖梁横坡的设置。
5）盖梁底模安装完成后，按梁重的1.2倍进行堆载预压，堆积过程中观察支撑体系的变化，预压48h后测量支撑系统的弹性下沉量，以此设置模板预拱度，并在施工后根据施工实际情况进行调整，确保盖梁满足设计要求。
6）浇筑盖梁混凝土时，严格控制浇筑速度，并加强监控，随时测量纵梁、横梁及支架体系的变形。
7）拆除支撑体系时，应先拆除侧模板，待盖梁混凝土达到一定强度后再拆掉底模板及纵梁等。
8）拆除支架体系后，要用同标号微膨胀性混凝土将预留孔浇筑密实，并进行表面修整。
5 结束语
1）安全合理性。结合施工条件对支撑体系进行受力验算，证明了剪力销法施工方案是安全可行的。在施工过程中根据支撑体系的预压，使得施工更加合理，盖梁线性平稳，满足横坡要求。
2）实用性。通过合理利用剪力销、I63a＃工字钢作受力支架体系，较好地解决了龙河大桥三柱式高墩盖梁施工困难的问题，施工效果良好。
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