盖梁抱箍法无支架施工技术要点研究

2022-10-17涂伟标常心煜

交通世界 2022年27期

涂伟标，常心煜

（1.江西省公路桥梁工程有限公司，江西南昌 330029；2.江西省交通工程集团有限公司，江西南昌 330003）

0 引言

在桥梁无支架施工过程中，常见的盖梁支撑技术主要有满堂支架法、抱箍法、钢棒托架法等，其中，满堂支架法是高速公路盖梁施工的传统工艺，在我国桥梁建设规模不断扩大的过程中，满堂支架法的技术弊端不断显现。满堂支架法必须先对支架处地基加固处理，所使用支架量大，施工成本较高；而钢棒托架法虽能克服满堂支架法需要大量支架的弊端，但必须在盖梁结构上预留孔洞，插打钢棒，完工后再采用适宜的材料填补预留孔，施工过程繁琐，且不利于桥梁美观。为此，桥梁工程设计及建设人员在不断探索新的工艺技术。抱箍法无支架施工工艺主要在墩柱适当部位安装抱箍，并借助抱箍和墩柱夹紧过程中产生的静摩擦力[1]，达到支承临时设施及盖梁的目的。与传统满堂支架工艺相比，既节省材料及材料周转时间，又能大幅减少机械安装拆除工作量，从而加快施工进度。

1 工程概况

某高速公路S10 合同段高架桥起讫桩号K241+040—K242+026，长986m，宽34.5m，设计为双向六车道，上部主要为20m的预应力混凝土宽幅空心板、后张法预应力混凝土箱梁和预应力混凝土现浇箱梁结构；下部为直径1.2m 和1.3m 的柱式墩结构；盖梁均采用钢筋混凝土结构，截面尺寸包括200cm×160cm 和160cm×150cm 两种，对应的盖梁结构自重为162t 和94t。该桥梁墩柱外观要求较高，故无法采用墩柱预留孔穿钢棒法施工工艺，如通过安装预压支架来消除非弹性变形，必将增加处理成本，且影响工期。经过多方论证，最终决定采用盖梁抱箍无支架施工技术。

2 技术原理

在盖梁施工过程中采用半圆形钢带将墩柱抱紧，并将牛腿焊接于钢带两端，在牛腿上架设盖梁底模承重横梁，盖梁、模板结构自重及施工荷载全部由上下钢带抱紧墩柱过程中所产生的摩擦力承担。盖梁抱箍法无支架施工技术能有效克服满堂支架对地基承载力要求高、牛腿预留孔倾斜、影响墩柱美观等技术劣势。在地面安装抱箍与盖梁底模板，并通过滑轮组或手拉葫芦沿墩柱提升就位。底模拆除过程中，抱箍下落至一定高度后便可作为修补盖梁底部缺陷的脚手架，能简化盖梁底模拆除操作工序。抱箍法无支架施工工艺对于所有圆柱墩盖梁均较为适用[2]。

抱箍法主要采用高强螺栓和连接板等结构将两段半圆形钢带拧紧在墩柱上形成抱箍及静摩擦力，根据物理学中的摩擦力公式，钢带与墩柱间正压力N与摩擦系数μ的乘积即为最大静摩擦力值F，只要确保钢带和墩柱间静摩擦力值足够大，便能安全支撑起墩柱上部荷载。

采用盖梁抱箍施工技术，只需要适当处理原地面，使其便于搭设脚手架即可，无需进行原地面加固处理。盖梁抱箍施工技术是抱箍和贝雷梁的组合应用，与满堂支架耗费大量钢管材料搭设承重支架相比，抱箍法无需搭设承重钢管支架。最后，满堂支架必须从地基加固处理开始，逐层搭设，耗时耗力，而盖梁抱箍技术只需拆除贝雷梁和抱箍，操作简便，周转快。

3 抱箍箍身设计

3.1 抱箍箍身结构设计

抱箍支承作用主要来自抱箍箍身和墩柱间的摩擦力，所以，抱箍能否与墩柱紧密贴合就成为盖梁抱箍施工的关键。考虑到墩柱截面并非正圆形，抱箍必须采用柔性设计，不得增设环向加劲板，并进行箍身受力分析，通过计算确定出抱箍钢板高度、厚度等尺寸以及加劲板厚度、焊缝长度等参数取值。施工过程中应使抱箍内径超出墩柱截面直径1cm，并将厚度为5mm的橡胶衬带垫衬于抱箍箍身和墩柱表面之间。钢抱箍设计荷载见表1。

表1 钢抱箍设计荷载

3.2 高强螺栓分布

钢带所承受的正压力传递过来的拉应力主要由高强螺栓承受，为此高强螺栓必须拧紧，以便产生足够拉应力。该桥梁盖梁抱箍采用M24 高强连接螺栓，须通过足够数量螺栓确保其预应力。若仅考虑抱箍箍身和连接板受力，则应将连接板上螺栓竖向布置成一排，如此一来必将增加箍身高度，特别是当盖梁荷载较大、所需螺栓较多的情况下，抱箍高度的增大将加大材料投入，增加施工成本。为此，应采用厚度足够的连接板并增设加劲板，在连接板上竖向布置两排螺栓，以避免抱箍高度增大而可能带来的问题。此外，外排螺栓施压过程中，抱箍所承受的偏心距较大[3]，应尽量避免螺栓稀疏布设，并从里至外依次拧紧，确保全部高强螺栓均匀受力。

3.3 抱箍法的可行性分析

本桥梁抱箍施工使用45#钢材质M30 直径螺栓，盖梁抱箍施工前，必须先计算螺栓用量及尺寸。施工过程中各螺栓所承受的拉力最大值按式（1）确定：

式中：F1为螺栓拉力最大值（kN）；As为螺栓截面积（m2）；σ为钢材应力允许值（MPa），45#钢允许应力取2 000kg/cm2。

南京外秦淮河、运粮河、内秦淮河表层沉积物中碱性磷酸酶活性分布如图1所示。由图1可见，南京城市河流表层沉积物中APA在各采样点分布各有不同。3个河段的平均APA分布表现为：外秦淮河(10 214.9 mg·kg-1·h-1)

经计算，各螺栓所承受的拉力最大值为14.13t，取整数为14t，将其代入摩擦力公式（2）：

若每排螺栓数量为n，则结合抱箍结构设计，螺栓总数应为4n。钢材与混凝土摩擦系数取值在0.3～0.4之间，本工程取0.3，所以盖梁抱箍和墩柱间静摩擦力最大值应为16.8n。当盖梁及其余施工机具总重量为G，则单个抱箍箍身所承担的荷载值为Q=G/2，代入荷载计算公式（3）：

式中：λ为安全系数，取1.3；代入后便有n=0.15G，n可以取整数。

以上分析表明，盖梁抱箍法在理论上具备可行性。

4 施工技术要点

将墩柱顶混凝土浮浆全部凿除，并将表面冲刷干净，直至露出新鲜坚实的混凝土结构，为墩柱和盖梁混凝土牢固连接提供保证。

4.1 承重抱箍安装

安装于墩柱上的抱箍必须紧密贴合墩柱，考虑到墩柱截面并非绝对圆形，即使同一墩柱，不同截面圆曲率也并不相同，所以本桥梁应采用不设环向加劲的柔性抱箍箍身，以便在预应力施加的过程中使抱箍与墩柱紧密贴合。通过厚度为15mm 的钢板在抱箍和墩身竖向相接面增设两道竖向加劲肋，间距不超出50mm。为提高抱箍与墩柱的贴合效果及摩擦力，还应通过万能胶将厚度为8mm 的橡胶垫粘贴于柱抱内壁。抱箍结构主要由厚度12mm、高500mm 的钢板制作，各抱箍均包括两个半圆形钢箍，在墩柱上安装钢箍后两个半圆相接面之间存在50mm 空隙，通过高强螺栓连接两个半圆形钢箍且挤压紧密后空隙才能消除。

4.2 盖梁模板制作

以厚度至少为6mm 的钢板加工成的钢模作为盖梁模板，在成品交付时必须检验验收并抽样试拼装。保证模板各部件尺寸及安装位置，并具备足够的强度和稳定性，能支承各项施工荷载，在施工期间不发生变形；模板接缝应严密，相邻模板交接面间隙应控制在2mm 以内，避免漏浆；模板内表面应顺直、平整光滑，安装前应全面清理模板表面并涂刷脱模剂。

4.3 测量放样及立模

盖梁抱箍施工前必须通过全站仪采用三角交会法在墩柱顶部侧放出墩柱中心点，以此确定立柱中心偏位；还应采用垂球进行倾斜度测量，如果测量结果均符合设计要求，则应以两立柱中心连线为立模过程中底板横向中线[4]。

在立模前搭设支架，并抄实支架和底板。立模前均匀涂刷模板隔离剂，并按照底模→侧模→端模的次序立模。完成钢筋安装后将两侧模板和端板合并，检查各部位连接情况，并按照《公路桥涵施工技术规范》（JTG／T 3650—2020）具体要求检查模板竖直度、长、宽、高及相邻模板表面高差等，保证其各项参数取值均符合规范要求。

模板及支撑结构均不应存在松动及跑模现象，并应保证拼缝严密，避免漏浆；模板内壁必须清洁平整，表面平整度应控制在5mm 以内，标高偏差允许值为±10mm，轴线偏位应控制在±10mm 以内，相邻模板表面高低差不超出2mm。当一块或数块模板单独竖立，或是竖立大体积模板时，必须增设临时支撑，并保证其上下支顶牢固。操作过程中必须搭设脚手架及工作平台。待模板整体合龙后，及时通过拉杆斜撑牢固固定，并不得将模板支撑固定于脚手架结构上。模板拆除过程中，应按照与立模相反的次序分段进行，避免留下悬挂或松动模板。拆模不得双层进行，高度超出3m 的模板要通过绳索拉住或借助起吊设备拉紧后缓慢放下。

4.4 钢筋制安

该桥梁盖梁钢筋骨架由车间加工，现场绑扎焊接。盖梁钢筋使用前必须进行各项指标检测，并清理锈蚀尘土，保持洁净。在钢筋场将盖梁钢筋整体绑扎成型，并严格按规范焊接，主筋焊接应避开跨中距弯矩最大的位置。通过吊车将加工成型的钢筋吊起后放置于铺装完成的盖梁底板处，在横纵向按照1.2m 间距设置垫块。

钢筋材料表面不得存在裂纹、断裂等现象，受力钢筋成型长度偏差应不超出±10mm，弯起钢筋尺寸偏差应控制在±20mm。钢筋绑扎过程中必须确保扎丝紧固，避免发生移动、折断、滑动等问题，保证成型后的钢筋骨架牢固稳定，以防止在钢筋骨架安装及混凝土浇筑过程中发生松动和变形。钢筋骨架长度和宽度允许偏差分别为±10mm 和±5mm，接头单面焊接长度不小于10d，双面焊接长度不小于5d。

4.5 混凝土浇筑及养生

4.5.1 施工机械及原材料

本桥梁盖梁施工机械主要包括HNT90/H 拌和站、25t和50t轮胎吊车、8m³混凝土运输车、200GF 发电机、BX1-500A 型电焊机、TB2-32 数控双机头钢筋弯曲机、GQ40 钢筋切断机、钢筋调直机等。混凝土混合料所用原材料包括水泥、河砂、碎石料等：（1）河砂为细度模数2.3～3.0、硬质、含泥量小于3%、云母含量小于2%、轻物质含量及硫化物小于1%的中砂，通过比色法进行每批河砂有机质含量检验，各项指标取值均合格后才能使用；（2）碎石料采用粒径0.5～2.0cm、硬质、洁净的石料，针片状颗粒含量不大于15%，含泥量小于1%；（3）水泥使用普通硅酸盐水泥，且进场后必须对水泥的标号、品种、性能等分批次检验，拌和使用前复检。

4.5.2 混凝土加工

定期检测骨料含水率，并根据实际含水量调整拌和用水量。在拌和机内放入的首盘混凝土原材料应覆盖拌和筒内壁且不降低拌和物含浆量。拌和完成的混凝土混合料应在拌和站与浇筑施工地点分别取样检测坍落度、混合料保水性和黏聚性等性能。

4.5.3 混凝土浇筑及振捣

混凝土浇筑采用分层法，根据盖梁横断面斜向分段、水平分层连续浇筑，浇筑次序应从立柱顶位开始依次向中间和两边摊开。混凝土浇筑过程中通过振动棒分层振捣，层厚应控制在30～40cm 以内，振捣器应快插慢拔，以防出现空洞，且振捣器必须保持垂直，插入深度应保持在50～100cm，振捣器端部必须有一部分插入前层混凝土中，以增强上下混凝土层的结合程度。振捣器不应紧贴模板振捣，会引发模板变形，并降低混凝土外观质量。

盖梁底模板及支架均应待混凝土设计强度达到75%后拆除，拆模前还应经过监理工程师同意，以防止因拆模时机及操作不当损坏混凝土表面或棱角。混凝土浇筑结束后应在其表面覆盖麻袋或草袋、洒水养护，覆盖过程中应避免污染或损坏混凝土表面；对于混凝土表面存在模板的情况下，应在养护期间保持模板湿润。养护时间一般为7d，并应根据环境温度、湿度等适当调整养护时间。

钢筋混凝土不得存在蜂窝、麻面、露筋及裂缝等病害，且外观应光滑平整，色泽均匀一致，钢筋混凝土承台尺寸偏差应控制在设计范围内，盖梁长宽尺寸允许偏差为±20mm，顶面高程误差为±10mm；轴线偏位应不超出10mm。