盖梁钢棒法在金科大桥施工中的应用

彭 博

(广东珠三角城际轨道交通有限公司，广东 广州 510000)

1 工程概况

国道G359灵山沙坪至大塘公路(钦州段)位于广西壮族自治区钦州市灵山县、钦北区境内，路线在钦州沙坪镇金塘村、关坪岭附近与黎钦铁路交叉，该铁路为电气化复线铁路，采用分离式立交桥上跨该铁路。桥梁上部结构采用5 m×40 m后张法预应力混凝土简支T梁，下部结构采用桩柱式墩台，基础均采用桩基础，桥面净宽7.5 m，桥梁全宽8.5 m，桥梁全长208 m。本桥梁工程施工墩柱共计8个，墩柱为圆形柱式墩，墩柱直径为1.8 m，高度7.5～13.9 m。盖梁4片，盖梁尺寸为2.4 m×1.8 m(宽×高)。本桥平面分别位于直线(起始桩号:K7+226.5，终止桩号:K7+405.132)和缓和曲线(起始桩号：K7+405.132，终止桩号：K7+434.5)上，纵断面位于R=2 400 m的竖曲线上。

2 工程概况

2.1 满堂支架法

(1)支架搭设方式、范围、高度可以根据现场情况灵活调整。(2)施工所产生的所有荷载均由支架承受，施工前后对墩柱外观不产生影响。缺点:(1)对地基承载力要求较高，必要时需进行地基处理，如地基处理不当，可能引起支架沉降，从而引起一系列质量安全事故，存在一定的安全隐患。(2)当为高大模板时，一是支架基础须适当扩宽加长，以满足架体稳定性要求，需投入更多的人力物力；二是须对满堂排架采取静载试验以消除非弹性变形。预压试验投入资源较多，且耗时较长。(3)当墩柱处于江河或者水塘中时，现场地基情况往往无法满足支架搭设要求。从以上几个方面可以看出，该方法只在基础较好的情况下可行，且随着盖梁高度的增加，施工难度、成本及工序时长都会相应增加。该工程拟建桥墩处虽地势较为平坦，但基本为农田，地基承载力明显不满足要求，需进行地基处理。故排除该方案[1]。

2.2 抱箍法

(1)抱箍法是将临时荷载及盖梁重量直接传给墩柱，对地基承载力无任何要求。(2)抱箍安装高度适应性强。(3)抱箍法适用于任何地形，只需墩柱为圆形即可。(4)较满堂支架法而言，人材机投入较少，经济效益好。(5)抱箍法不会破坏墩柱外观，而且施工时支架不存在非弹变形。缺点是：所有的荷载全靠抱箍与墩柱握裹产生的摩擦力来承受，具有一定的风险，故需在施工前进行预压试验。

2.3 钢棒法

钢棒法原理是在墩柱内埋设预留孔，在孔内穿钢棒，再在钢棒上搭设模板，所有的施工荷载均由钢棒承担。钢棒法与抱箍法一样，可以适应任何地质条件及墩柱高度，缺点是在墩柱内埋设预留孔时，会给墩柱浇筑增加一道工序，并带来一定的难度。且盖梁施工完成后，需对桥墩上形成的孔洞进行二次浇筑，对墩柱外观质量有一定的影响。

因当地同期施工的桥梁工程盖梁施工选用抱箍法出现了质量安全事故，经通过方案比选，业主一致认为钢棒法最安全，可避免施工质量安全事故。故选用该工法进行施工[2]。

3 构件选型及施工流程

3.1 构件选型

根据工程实际情况进行计算分析，对盖梁施工各部分构件进行选型：墩柱预埋钢棒选用Φ90 mm型，主梁选用I45b工字钢，次梁选用I16工字钢(间距0.5 m布置)。

3.2 施工流程

(1)支架搭设

由于支架在盖梁施工中仅用于钢棒安装及工人上下使用，不承受盖梁及钢模板等应力，故对支架应力不予验算，盖梁施工前支架已搭设完成。

(2)测量放样

墩柱施工前根据盖梁顶部标高及各构件高度(千斤顶38 cm，I56工字钢56 cm，I16工字钢16 cm)，反推出钢棒埋设标高距离盖梁底面为1.1 m，提前在墩柱相应标高位置预埋钢棒孔洞。墩柱施工完成后，再前用仪器进行线路中线及盖梁轴线的放样，为模板安装提供依据。

(3)钢棒安装

安装前，先把钢棒的标高以上位置的墩柱施工脚手架拆除，为主、次梁假设提供工作面，也为吊装提供便利条件。吊装施工前先在脚手架上搭设脚手板，为安装模板及横向支撑提供操作平台。用人工在墩顶进行辅助定位安装，加快施工进度。安装完成后，采用挂尺的方法把地面标高引到墩柱上，对钢棒标高进行复核。如果钢棒标高与方案存在细微偏差，则采取千斤顶来控制调节。

(4)施工构件主梁

将I56b工字钢安装在钢棒上用作主梁用，为防止钢棒滚动，在千斤顶底座安装U型卡座，为防止主梁侧向倾覆，用5根Ф25对拉螺杆均匀对穿主梁腹板，对拉螺杆外包钢管进行支撑。两根主梁安装好后，在上方按间隔0.5 m依次安装次梁，本桥盖梁长度为8～10 m不等，故次梁根数按20根计取。

(5)模板及钢筋安装

本桥模板均选用模板厂制作的定型钢模。次梁安装完成后，将底模安装到位，底模安装时在跨中按要求进行起拱。底模安装后，及时用全站仪和水准仪对模板的平面位置及标高进行复核，要求平面误差不应大于±10 mm，标高误差不应大于±5 mm。

盖梁骨架钢筋笼整体吊装时，为了防止钢筋笼在吊装时弯曲变形，吊装前用长方木纵向贯穿钢筋笼，与主筋绑扎牢固，吊绳拴紧在方木上起吊钢筋笼。就位要准确,确保钢筋保护层厚度误差不大于5 mm。

钢筋吊装后，各单位复核无误后，即可进行侧模安装。安装前需对模板均匀涂刷脱模剂，为保证施工质量，模板接缝处要做防漏浆处理。完成后，对模板的尺寸及位置进行复核，无误后再对支撑、拉杆的稳固性进行检查[3]。

(6)混凝土浇注

浇注前，应再次对各部位尺寸、稳固件、预埋件等进行复核，全部符合设计要求后方可浇注混凝土。混凝土采用罐车运输、泵车泵送入模。浇筑过程中，振捣作业应按章进行，不漏振，器具不能触碰预埋件及钢筋模板等，防止构件变形。

(7)拆模及养护

混凝土浇完24 h后即可拆除侧模，模板脱落时要用缆风绳控制模板移位，防止模板在空中扭转撞到盖梁，做好成品保护；拆模后立即用土工布或薄膜覆盖养护。待同养试块强度或现场回弹仪测定混凝土强度达到设计强度的90%以上后，才能拆除底模。

4 受力分析计算

本桥平面分别位于直线和缓和曲线上，纵断面位于竖曲线上。四号墩位于直缓点附近，该墩盖梁长度为全桥最长、自重最大，故以该墩盖梁为对象进行受力验算分析。

4.1 结构自重计算分析

(1)盖梁总自重

G=(钢筋+混凝土)×9.8/1 000=(38.1×2 500+964.8+205.1+3 638.8)×9.8/1 000=980.58 kN

均布荷载：q1=980.58/9.266=105.83 kN/m

(2)组合模板均布荷载

组合模板及连接件取0.95 kN/m2，侧模及底模共61 m2。

组合模板均布荷载：q2=(0.95×61)/9.266=6.25 kN/m

(3)工字钢均布荷载

I16工字钢，4 m长一根，间距0.5 m，共20根。

I16工字钢均布荷载：q3=(4×20×20.513×9.8)/26/1 000=0.618 kN/m

(4)工字钢

I56b工字钢共两根，两根间距1.8 m

共重=2×11×115.108 kg=2 532.4 kg

工字钢=2 532.4×9.8/1 000=24.82 kN

(5)施工荷载

小型机械、堆放荷载：q5=2.5 MPa

振捣混凝土产生的荷载：q6=2 kPa

盖梁自重及支架自重均按恒载考虑组合系数1.2，施工活荷载按活载考虑系数1.4。

4.2 受力计算及验算

(1)次梁(I16工字钢)受力验算

I16工字钢分布在墩柱两侧的I56b的工字钢上，两工字钢紧贴墩柱，墩柱直径为1.8 m，故I16工字钢分布梁计算跨径取1.8 m，工字钢全长4 m，分布梁的两端各悬臂1.1 m，悬臂有利于跨中受力，故不计悬臂部分[4]。

I16工字钢截面面积：A=2 613 mm2

截面抵抗矩：w=141×103mm3

截面惯性矩：I=1 130×104mm4

弹性模量：E=2.06×103MPa

钢材采用Q235钢，抗拉、抗压、抗剪强度设计值[σ]=215 MPa

荷载计算：q=1.2×(q1+q2)+1.4×(q5+q6)=1.2×(105.83+6.25)+1.4×(2.5+2)=140.8 kN/m

I16工字钢分布架设间距为0.5 m，则单根承受：0.5×q=70.4 kN

盖梁底宽2.4 m，则单根均布荷载

q=20.4/2.4=29.33 kN/m

[σ]=M/W=(11.88/141)×103=84 MPa<[215 MPa]

(2)主梁(I56b工字钢)受力验算

盖梁自重及施工荷载等由I16工字钢分布梁传递给I56b工字钢主梁，根据I16工字钢排布特点，上部荷载按均布荷载考虑，两根I56b工字钢按墩柱轴线对称布置，故每根均承担一半的荷载，I56b工字钢布置在钢棒上，故计算跨径为两柱墩中心的间距，两边按外伸悬臂计算[5]。

2根I56b工字钢横向间距为1.8 m。

X轴惯性矩为Iz=68 500×104mm4

X轴抗弯截面模量：Wx=1 450×103mm3

弹性模量：E=2.1×105MPa

钢材采用Q235钢，抗拉、抗压、抗剪强度设计值[σ]=215 MPa

I56b工字钢荷载=141.5 kN/m

I56b工字钢设两根，对称布置，单根承受q=0.5×141.5=70.75 kN/m，计算跨径5.383 m跨中弯矩

由结构图跨中弯矩：MMAX=ql2/8-qa2/2=0.125×70.75×5.383 2-0.5×70.75×2.8082=-22.66 kN·m

σmax=Mmax/W=-22.66/2 450×103mm3=9.2 MPa<215 MPa

悬臂端点挠度

f=qal3(6a2/l2+3a3/l3-1)/24EI=70.75×2.808×5.3833×(6×2.8082/5.3832+3×2.8083/5.3833-1)/(24×2.1×105×103×68 500×104×10-12)=0.000 3 m<[f]=2.808/400=0.007 02 m 满足要求

(3)钢棒受力验算

钢棒采用Φ90 mm高强钢棒

截面面积为:A=3.14×452=63 583 mm2

惯性矩为：I=πd4/32=3.14×904/32=6 438×104mm4

截面模量为：w=πd3/32=7.15×104mm3

抗剪强度设计值为：[t]=125 MPa

钢棒为悬臂结构模型，工字钢紧贴墩柱，故只考虑受剪，上部荷载均匀分布给4个支点。

荷载计算

q=1.2×(q1+q2+q3+q4)+1.4×(q5+q6)=1.2(105.83+6.25+0.618+24.82)+1.4×(2.5+2)=171.32 kN/m

Q=(171.32×11+58.66)/4=486 kN

t=Q/A=486×1 000/63 685=76.4 MPa<[t]=125 MPa满足要求

5 结 论

本工程在盖梁施工过程中，通过方案比选，选用钢棒法进行施工，方案通过了相关专家的评审，并在实践中证明该工法具有适应性强、施工简单、节约投资、安全高效等优点。希望钢棒法在类似公跨铁桥梁工程中能得到广泛推广。