穿心钢棒法在盖梁（柱间系梁）施工中的技术应用

周斌

摘要 缀板格构式立柱支架法及贝雷叠合梁支架法、满堂脚手架法、钢抱箍法、穿心钢棒法是盖梁施工过程中的几种常用的支架形式，文章对以上支架形式及它们的优缺点进行对比分析，并以四川省广安市武胜县下礼安渡口改公路桥工程项目盖梁施工作为背景，对穿心钢棒法的施工方法、建模和受力进行详细分析，论证了穿心钢棒法适用于高墩、变截面盖梁（柱间系梁）施工。

关键词 穿心钢棒法；盖梁（柱间系梁）；施工方案

中图分类号 TV672.3文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）03-0051-03

0 引言

在桥梁施工中，针对不同类型的盖梁及施工高度，需要采用不同的盖梁支架形式，这样既能降低施工成本，又能加快施工进度，还能保证施工安全。该文介绍了几种盖梁支架的特点及优缺点，并结合实际案例对穿心钢棒法在变截面高墩盖梁施工中的应用进行分析。

1 工程概况

武胜县下礼安渡口改公路桥工程位于武胜县礼安镇下礼安渡口，项目起点位于礼安镇东西关水电站南侧，与现状沿江路（X021，桩号K24+162）顺接，终点与嘉陵江以东的越江村现状路相接，线路全长0.648 km。其中主桥采用（76+142+76）m连续刚构，桥面宽度为12 m，引桥采用5×30 m简支T梁。

2 盖梁、柱间系梁概况

该项目3#～8#墩涉及的柱间系梁、盖梁施工，3#墩柱间系梁尺寸为（4.5×1.3×1.6）m、4#—5#柱间系梁尺寸为（6.5×1.1×1.4）m、3#墩盖梁尺寸为（12×3.4×2.2）m、4#～7#墩盖梁尺寸为（12×2×1.7）m、8#墩盖梁尺寸为（12×2×1.7）m。

3 盖梁施工方案比选

3.1 缀板格构式立柱及贝雷叠合梁支架法

通过钢管立柱底部，采用法兰盘与承台预埋螺栓连接[1]。钢管安装前，先用全站仪对平面控制点位置进行精确放样。钢管分段吊装，空中竖向连接。钢管两端焊接法兰盘。钢管立柱通过法兰盘栓接。主承重梁使用国产321贝雷片，利用叠合梁原理，双层双排布置，考虑端部悬臂端荷载较小，下层每端可减少一张贝雷片。贝雷梁中心线必须与钢管柱和钢砂筒的中心线在同一竖直面上，以避免钢管柱偏心受力。贝雷梁施工时先在地面拼装，检查合格后再采用25 t汽车式起重机整体吊装就位，两側贝雷片要使用定型刚性吊架作为横向连接。主纵梁上铺设横向分配梁，在横向分配梁上铺设盖梁底模。优点是承载力高、稳定性好，缺点是施工难度大、成本高。

3.2 满堂脚手架法

满堂脚手架法是对场地进行平整碾压后，在保证地基承载力设计要求基础上，其后浇筑混凝土垫层，垫层上设置通长枕木，在枕木上安装底托，其上搭设钢管脚手架。优点是满堂脚手架线性调整非常灵活，在变截面、低高度盖梁施工过程中优势非常明显。缺点是满堂脚手架法材料用量大，对地基要求高，不适宜高墩盖梁施工。

3.3 钢抱箍法

“双”抱箍设计，即一个小抱箍和一个大抱箍。小抱箍的设计理念为轻巧、方便，主要为大抱箍提供支撑平台，便于标高调整，为盖梁标高控制提供有力保障。大抱箍设计是盖梁后期施工支撑点。

墩柱上定位抱箍时，先根据盖梁底的设计标高减去支撑体系到抱箍顶面的施工高度，即为大抱箍的顶面标高，用全站仪放出抱箍顶面标高并做好标注。钢抱箍内壁设置一层土工布，以增加抱箍与墩柱间的摩擦力，同时保护成品墩柱不受损坏。

主梁采用双拼贝雷片加工，贝雷片之间用专用贝雷螺栓进行栓接，连接后用贝雷销进行固定，主梁加工好后，吊装到预先安装好的抱箍上。贝雷片安装好后，再进行分配梁安装，分配梁为I20a工字钢，单根长度4 m，间距500 mm。

优点是受力明确，施工速度快、成本低。缺点是需对抱箍进行专门设计。

4 穿心钢棒法

该项目盖梁（柱间系梁）采用穿心钢棒法进行施工。钢棒采用Ф120 mmQ235圆钢，然后将双拼I20a工字钢横梁安装到圆钢扁担上，并用对拉螺栓固定工字钢，位于穿心棒附近的每根I20a工字钢均需设置12 mm厚度的4道加劲肋板，对拉螺栓采用Ф22精轧螺纹钢，间距1 m。双拼I20a放置千斤顶上，每个支点设置2个千斤顶作为支撑，千斤顶与工字钢之间采用钢筋进行连接固定。千斤顶上放置600H型钢（3#盖梁使用双拼600H型钢），600H型钢上面顺桥向按照间距40 cm布置I20a工字钢。I20a工字钢上铺设托架根底模。作业平台底板利用I20a分配梁加长段，其上铺设木板，护栏立杆采用48×3.5 mm钢管，栏杆之间采用扣件连接，护栏立杆焊接在I20工字钢上，立杆高度不小于1.5 m，间距1 m，水平杆间距0.5 m，底部脚踢板高度20 cm，用安全绿挂设防护。

盖梁（柱间系梁）穿心钢棒法支撑体系如图1所示。

5 建模及受力分析

5.1 盖梁方案说明

（1）盖梁方案基本情况：盖梁长度12 m、宽3.4 m、高1.7 m，混凝土方量为84.9 m?，墩柱边长2 m。

（2）模板、支撑结构：①侧模、端模、底模均为钢模，面模厚度为5 mm，背肋采用8 mm槽钢。②盖梁底模下采用工20a作为横梁，间距0.4 cm。横梁放置在600H型钢上，H型钢为受力主梁。③600H型钢下部放置千斤顶，千斤顶上放置双拼20a型工字钢，工字钢下部设置直径10 cm穿心钢棒（3#盖梁采用12 cm穿心钢棒）。

5.2 荷载计算

模板支架自重：

盖梁底面积：A=（12?3.2）×3.4=29.92 m2。

（1）盖梁组合钢模板及连接件重量为13 t；组合钢模板自重G=150 kN。

（2）I20a工字钢。按照40 cm间距布置，要31根工字钢，每根长6 m。

I20a工字钢自重G工20上=31×4.5×27.929×9.8/1 000=38.18 kN。

（3）600H型钢。每个盖梁设置2道，单根长12 m。

工字钢自重G600H=2×12×106×9.8/1 000=24.93 kN。

（4）I20a工字钢，需要6根工字钢，每根长为12 m。

I20a工字钢自重G工20下=6×12×27.929×9.8/1 000=19.71 kN。

（5）新浇筑混凝土、钢筋的重力：

G盖梁=84.9×26=2 207.4 kN。

（6）施工人员及施工设备、施工材料等荷载。根据《路桥施工计算手册》表8-1，施工人员、施工料具运输、堆放荷载取2.5 kN/m2，冲击荷载取6 kN/m2（含振捣混凝土产生的荷载）。

5.3 荷载组合

根据《路桥施工计算手册》表8-5，1、2类荷载分项系数为r=1.2；3、4类荷载分项系数为r=1.4。

5.3.1 纵向槽钢力学计算荷载组合

计算槽钢时，可简化为单跨简支梁的计算模型，槽钢承受上部传递的均布荷载，槽钢间距为0.2 m，计算跨度为0.4 m。

（1）计算强度时承受的线荷载：线荷载q=P×0.2=[（4.26+73.8）×1.2+（2.5+6）×1.4]×0.2=21.11 kN/m。

（2）计算刚度时承受的线荷载：q=P×0.2=（6.76+57.23）×1.2×0.2=18.73 kN/m。

5.3.2 横向工钢力学计算荷载组合

计算横向工钢受力时，可简化为单跨简支梁的计算模型，I20a工字钢承受上部传递的均布荷载，工字钢长为6 m，间距为0.4 m，两支点跨度2.2 m。

（1）计算强度时承受的线荷载：线荷载q=P/（31×2.2）=（2 207.4+127.4）×1.2/（31×2.2）+（2.5+6）×0.4×1.4=45.84 kN/m。

（2）计算刚度时承受的线荷载：线荷载q=P/（31×2）=（2 207.4+127.4）×1.2/（31×2.2）=41.08 kN/m。

5.3.3 纵向H型钢力学计算荷载组合

计算纵向H型钢受力时，可简化为两端悬臂的单跨简支梁的计算模型，2根600H型钢承受上部传递的均布荷载，工字钢长为12 m，间距为2.2 m，两支点跨度6.5 m。

（1）计算强度时承受的线荷载：线荷载q=P/（2×12）=（2 207.4+127.4+50.91）×1.2/（2×12）+（2.5+6）×1.4×

1.1=132.38 kN/m。

（2）计算刚度时承受的线荷载：q=P/（2×12）=（2 207.4+127.4+50.91）×1.2/（2×12）=119.3 kN/m。

5.3.4 I20a工字钢力学计算荷载组合

I20a工字钢受力：Q=[（2 207.4+127.4+50.91+24.23）×1.2+（2.5+6）×1.4×29.92]/4=812.0 kN/m。

5.3.5 穿心钢棒力学计算荷载组合

直径10 cm穿心钢棒受力：Q=[（2 207.4+127.4+50.91+24.23+15.6）×1.2+（2.5+6）×1.4×29.92]/4=816.67 kN/m。

5.4 力学验算

5.4.1 纵向槽钢验算

强度、刚度验算：

最大容许正应力：

满足强度要求。

最大挠度：

满足刚度要求。

5.4.2 横向工钢验算强度、刚度验算

最大容许正应力：

满足强度要求。

最大挠度：

满足刚度要求。

5.4.3 纵向H型钢验算强度、刚度验算

最大容许正应力：

满足强度要求。

最大挠度：

满足刚度要求。

5.4.4 I20a工字钢验算

满足要求。

5.4.5 穿心钢棒验算

满足要求。

6 盖梁支架预压

为了确保支架施工安全，消除支架的非弹性变形，获取弹性变形参数，得出压重与支架本身的变形关系，保证施工质量和安全，从而对支架进行加载试验。

6.1 项目盖梁预压荷载流程

准备工作—预压荷载计算—预压检测及辅助设备配置—分级加载（观察工字钢挠度变化量）—预压荷载数据分析。

6.2 布荷原则

（1）该次预压采用施工重量的1.2倍，以消除支架的非弹性变形。

（2）加载时从跨中向两侧对称进行，预制块必须按照盖梁底模尺寸堆放，并保证受力均等，一层堆放完成，保证稳定情况下再堆放下一层。

6.3 施工準备

预压荷载前采用自卸车将混凝土预制块装运至现场，吊车、测量队现场待命。

6.4 预压荷载计算

预压最大荷载为1.2倍盖梁自重。

6.5 预压加载

预压加载过程分4级进行，依次施加的荷载为施工荷载的60%、80%、100%、120%，加载时从跨中向两侧对称进行。

6.6 预压观测

（1）在主梁上面布设4个观测点，位置分别在两墩柱之间1/2主梁上。

（2）每级加载完成后，连续72 h沉降量平均值小于5 mm时再进行下一级加载或在24 h内不间断观测，沉降量不超过1 mm时，方可进行一次性卸载。

6.7 卸载

人工配合吊车吊运混凝土预制块均匀卸载，卸载时两侧要求对称、均衡、同步卸载，卸载完成后记录好观测值。

6.8 数据整理

在各预测时段对所观测的各点数据进行收集整理分析，确定盖梁的预拱度。

7 结束语

该文结合四川省武胜县下礼安渡口改公路桥工程盖梁（柱间系梁）实际情况，编制详细施工方案，通过受力分析，验证穿心钢棒法在盖梁（柱间系梁）施工中技术应用的可行性。该方案有着受力体系明确、施工速度快、施工成本低、适用范围广等优点，特别是在高墩、方墩盖梁（柱间系梁）施工中优势特别明显。

参考文献

[1]《钢结构设计手册》编辑委员会. 钢结构设计手册（上册）（第三版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社， 2004.