高墩大体积大跨度盖梁无落地支架施工技术

■程 勇 ■中铁十一局集团第五工程有限公司，重庆市 400037

1 工程概况

楼房沟特大桥是川陕交通主干道广陕高速公路的组成部分，大多数桥墩高度为30米～40米，且为双柱整幅式结构。整幅式盖梁长度24.1m，跨度14.2m，净跨12m，高度2.5m，为C40预应力混凝土结构，重约235t;双柱为圆柱，直径为2.2m。此型盖梁具有高墩、大跨度、大体积的特点，选用安全可靠而又经济性较好的平台支架系统是盖梁施工的关键。

2 盖梁施工平台支架的设计

2.1 方案概述

盖梁如采用满堂落地支架需要大量材料，投入大，稳定性不易控制，占用机耕道和河道。故采用无落地支架施工技术。

利用已施工完毕的圆柱作为竖向承重结构，在墩柱适当位置分别设置上下两个钢抱箍，下抱箍用于斜撑构件的支撑，上抱箍和斜撑用于搭设工字钢横梁，再于工字钢横梁上铺设方木作为垫梁，来搭设施工平台。如图所示。

图1 盖梁支架系统示意图(图中尺寸以cm计)

2.2 主横梁和斜撑的设计

主横梁由2榀工字钢横梁构成，单侧横梁长24m，由2根12m的工字钢采用高强螺栓连接而成。斜撑采用双槽钢口对口对焊形成的方钢，共计16根。通过受力分析来选择工字钢和槽钢的型号。

2.2.1 荷载计算

(1)盖梁自重:

盖梁体积为90.4m3，长24.1m;C40钢筋砼容重:26KN/m3，盖梁自重26×90.4=2350KN，

q=2350/24.1=97.5KN/m

(2)模板自重:侧模和底模按6mm厚的钢模板(78KN/m3)，平台宽度按5m计算，加上固定构件荷载为:

q=5KN/m

(3)方木支撑:q=4.5KN/m

(4)工字钢自重:保守估计采用Ⅰ50C工字钢，单位重量为109kg/m，两侧总长28.1m，

q=2.2KN/m

(5)人员机械荷载:q=1.4KN/m

(6)砼振捣荷载:q=2.8KN/m

总荷载:q总=97.5+5+4.5+2.2+1.4+2.8=113.4KN/m

盖梁自重、模板支架系统自重、人员和振捣荷载总计为 q=113.4KN/m

2.2.2 横梁的计算

在下抱箍处加两道斜撑，支点在1/3跨度处，如下图所示的A、C、D、F处，B、E为抱箍支撑点。受力模型按5跨连续梁计算，即:

图2 盖梁支撑受力模型

其中最大弯矩在支点B处，为负弯矩:Mmax=－0.105ql2=－0.105×113.4×4.732= －266.4KN·m

跨内最大弯矩在AB和EF跨中:MAB=MEF=－0.078×113.4×4.732=198KN·m

最大剪力在支座B处:Qmax=－0.606×113.4×4.73=325KN

为保证施工的安全性，取1.7的安全系数，工字钢弯曲许用内力［σ］取215N/mm2，则单侧工字钢所需要的最小抗弯截面系数:Wx=266.4×1000×1.7×0.5/215=1053cm3

查询计算手册，结合工程实际情况，选用40b工字钢。

验算剪应力，查表得Sx=671.2cm3，Ix=22781cm4，腹板厚度tw=12.5mm，弹性模量E=2.1×105Mpa

QmaxSx/2Ix·tw=38.3Mpa＜125N/mm2剪应力满足要求。

2.2.3 斜撑的计算

针对单根斜撑进行受力计算，考虑斜撑受轴向压力而破坏的情况。

支座A、F处的反力:R=0.394×113.4×4.73=211.3KN

支座D、C处的反力:R=0.974×113.4×4.73=522.4KN钢材轴向许应力取215Mpa

选取钢材最小截面A=562×1.414×10/215=40cm2

查表宜选取2根不小于20a槽钢作为斜撑，实际选择22a的槽钢。

2.3 抱箍的设计

(1)抱箍螺栓数目的确定

采用M24高强螺栓，8.8级，单个M24高强螺栓的预紧力［F］=225KN，钢材与砼的摩擦系数μ取0.3，螺栓的传力接触面数目n=1，安全系数k取1.7。单个抱箍的产生的最大摩擦力等效为支座反力。按照极端情况，所有盖梁自重由两个抱箍去承担，考虑到其它施工荷载，乘1.2的系数。

盖梁体积为90.4m3，C40钢筋砼容重取26KN/m3，则

单个抱箍产生的最大摩擦力N=26×90.4×1.2/2=1410KN

验算螺栓的抗剪:

单个螺栓承受的抗剪力:Nj=N/m=38.5＜［NL］抗剪满足要求。

(2)抱箍钢板高度

理论上来说，抱箍螺栓在竖向方向排列成1排为最有利情况，但是必定使抱箍体高度增加。本抱箍按每侧18个螺栓，竖向3排排列。螺栓中心间距的容许范围为3d～12d，螺栓中心至构件边缘距离的容许范围为1.5d～4d。d为螺栓孔直径，取28mm。则高度H取值为60cm较合适。

(3)螺栓所需终拧力矩

螺栓连接处的扭矩系数平均值，k取0.13，

力臂L1，M24螺栓取0.015m

每个螺栓的终拧扭矩R=kN1L1=254.7N·m

(4)抱箍钢板厚度

在抱箍高度H确定的情况下，可根据抱箍体钢板的极限破坏应力来确定抱箍钢板的厚度t。

考虑到抱箍和砼的摩擦，抱箍体面板承受螺栓的拉力:P=18Nl－18Nlμ=1645KN

抱箍体钢板的纵向截面积:S1=Ht

抱箍体拉应力σ=P/S1＜［σ］=140Mpa时，满足抗拉要求。

抱箍体剪应力:

当 τ=(N /2)/2S1＜［τ］=85Mpa，满足抗剪要求

取钢板厚度取t=2cm。

3 支架和平台的安装

支架和平台的安装通过塔吊或吊车来配合进行。首先进行抱箍的安装，抱箍安装完后再进行工字钢横梁的吊装，然后安装斜撑及斜撑之间的剪刀撑。支架安装后，进行浇筑平台的搭设。在横梁上设置方木作为垫梁，上铺盖梁底模。

支架和平台正式使用之前，必须进行加载预压，进行平台安全性和支架变形的检测。通过前面的计算分析，可知理论上横梁的最大挠度仅有0.5cm，但是考虑到实际施工的各项因素，实际的施工预拱度应结合预压的参数结果来确定。

4 总结

采用本方案进行同类桥墩盖梁的施工，具有取材方便，结构简单合理，安全可靠，施工简便等特点。相对于满堂支架法，在施工成本和安全性上有显而易见的优势。同贝雷架等其它无落地支架法相比，在经济性和安全性上也具有一定的优势。

［1］周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］罗建华.西汉高速公路桥梁独柱盖梁双抱箍法施工［J］.交通科技.2008(2).