公路橋蓋梁施工抱箍設(shè)計(jì)

席 聰 任德順 郭玉旭

(1.中建八局發(fā)展建設(shè)有限公司，山東 青島 266000; 2.青島交通工程監(jiān)理咨詢(xún)有限公司，山東 青島 266000; 3.山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 251010)

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

省道219起于青新高速平度南互通立交南，向南利用現(xiàn)有老路穿何家店村、雙柳樹(shù)村，與省道310平交，跨越白沙河，在申戈莊附近偏離老路另辟新線(xiàn)，在蘭底公路站南回到老路后，沿老路繼續(xù)南行，與310平交，向南跨越引黃濟(jì)青水渠，止于平度高密界，路線(xiàn)全長(zhǎng)20.42 km。省道309與省道219交叉存在錯(cuò)牙交錯(cuò)問(wèn)題，與省道219共線(xiàn)長(zhǎng)度約680 m，結(jié)合此次改建對(duì)省道309進(jìn)行局部改線(xiàn)，消除錯(cuò)牙交錯(cuò)。路線(xiàn)起點(diǎn)與現(xiàn)狀309銜接，在蘭底公路站南向西行進(jìn)，跨越清水河(交叉角度37°)，在馬辛莊村南向西北方向行進(jìn)，在海青鐵路橋橋東約260 m并入省道309，路線(xiàn)長(zhǎng)約1.8 km。

1.2 橋梁概述

省道219改擴(kuò)建工程引黃濟(jì)青公路橋梁采用左右幅分離斷面，利用原橋主體結(jié)構(gòu)為橋梁右半幅，新建左半幅橋梁。新建半幅橋面凈寬15.25 m，橋梁全長(zhǎng)45.06 m。上部工程為4×10 m預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支板梁，下部工程為樁基立柱蓋梁，其中鋼筋混凝土蓋梁尺寸為23.97 m×1.6 m×1.3 m，C40混凝土47.8 m3，重120 t，由4個(gè)圓柱墩支撐，直徑1.1 m，高3.5 m～3.6 m，橋梁平面設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

1.3 橋址區(qū)工程地質(zhì)特征

橋址區(qū)在勘探深度范圍內(nèi)自上而下分為如下6個(gè)工程地質(zhì)層，具體如下：

③-2層粉土：灰黃色，稍濕，稍密，土質(zhì)不均勻，粘性差，含砂礫，表層見(jiàn)碎石及少量植物根系。平均1.92 m。

③-1層粉質(zhì)土：黃褐色夾灰白色，硬塑，土質(zhì)不均勻，砂礫含量高，干強(qiáng)度及韌性中等，見(jiàn)較多鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑最大約8 cm，局部呈灰褐色，含少量有機(jī)質(zhì)。平均5.73 m。

⑤-1-1層全風(fēng)化泥巖：棕紅色，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造基本破壞，取芯為土柱狀，局部夾強(qiáng)風(fēng)化碎塊，錘擊易碎，取芯率約90%。平均11.63 m。

⑤-1-2層強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：棕紅色夾灰色，泥砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，主要礦物成分為黏土礦物，局部夾強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層，取芯呈柱狀，錘擊聲悶易斷，取芯率約95%。平均35.23 m。

⑤-1-3層中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：棕紅色，泥砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，主要礦物成分為黏土礦物，夾泥質(zhì)砂巖層，取芯呈柱狀，錘擊聲悶易斷，取芯率約98%。該層未穿透。

2 蓋梁抱箍設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目場(chǎng)地處于軟土地帶，基底承載力較差，支架現(xiàn)澆施工難度比較大，經(jīng)技術(shù)人員充分討論，蓋梁混凝土澆筑擬采用鋼抱箍法施工。

抱箍設(shè)計(jì)：模板下工字鋼支撐于抱箍牛腿上，蓋梁長(zhǎng)23.97 m，墩柱4根，設(shè)計(jì)抱箍高度76 cm，分為上下兩個(gè)，每個(gè)由兩塊半圓鋼板制成，采用8.8級(jí)12顆M24高強(qiáng)螺栓連接，鋼板厚度10 mm，牛腿寬35 cm。為保護(hù)墩柱與抱箍間的摩擦力，之間夾5 mm厚的白橡膠。

1)蓋梁底模承重設(shè)計(jì)：抱箍上于墩柱兩側(cè)設(shè)置28#b工字鋼承重主梁兩排，上鋪設(shè)10×10方木，間距按30 cm，方木上布置5×5方鋼作為蓋梁模板的分布肋，間距按15 cm控制。

2)蓋梁模板采用壁厚1.4 cm大塊木膠板現(xiàn)場(chǎng)拼裝，經(jīng)測(cè)算，蓋梁側(cè)模板面積29.86 m2×2；重0.896 t；端模板面積1.04 m2×2，重0.03 t；底模板36.13 m2，重0.542 t；模板共重1.468 t。

3)施工平臺(tái)及防護(hù)欄桿：底模下方木兩端懸臂挑出，上鋪1.4 cm厚松木板，作為施工工作面，欄桿采用φ48 mm的鋼管搭設(shè)，在橫梁上每隔2 m設(shè)置一道1.5 m高的鋼管立柱，豎向間隔0.5 m設(shè)一道橫桿，掃地桿離平臺(tái)面30 cm。鋼管之間采用扣件連接，并掛設(shè)安全防護(hù)網(wǎng)。

3 抱箍受力驗(yàn)算

3.1 荷載分析

最不利條件下，蓋梁底板面積為(23.97-1.996×2)×1.6=31.96 m2。

1)蓋梁混凝土及鋼筋自重：

G=47.8 m3×26 kN/m3=1 242.8 kN，

q1=1 242.8 kN/31.96 m2=38.89 kN/m2；

2)模板及加固體系自重：

G1=1.468×9.8=14.39 kN，

q2=14.39 kN/31.96 m2=0.45 kN/m2；

3)方木及方鋼管重量：

蓋梁長(zhǎng)度23.97 m，橫向作業(yè)平臺(tái)寬度1 m，共25.97 m，方木共87根。共重：G2=87根×0.1 m×0.1 m×3.0 m/根×6 kN/m3=15.66 kN；

蓋梁寬度1.6 m，方鋼管共11根。共重G3=11根×23.97 m×0.039 kN/m=10.33 kN;

4)Ⅰ28#b工字鋼自重：

工字鋼采用Ⅰ28#b普通熱軋工字鋼，標(biāo)準(zhǔn)為47.888 kg/m，每個(gè)蓋梁共采用104 mⅠ28#b工字鋼。則工字鋼總重G4=104×47.888×9.8/1 000=48.81 kN;

5)抱箍自重：

抱箍鋼板厚度10 mm，抱箍與墩柱接觸面積為2.62 m2，重約270 kg×2，則抱箍自重為G5=540×9.8/1 000×4=21.16 kN;

6)混凝土傾倒及振搗的沖擊荷載：

根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》，沖擊荷載取2 kN/m2,G6=2×31.96=63.92 kN；

7)施工機(jī)具及人員荷載：根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》，施工人員、機(jī)具荷載取0.25 t/m2，即2.5 kN/m2，G7=2.5×31.96=79.9 kN。

3.2 橫梁荷載組合

1)計(jì)算橫梁方木受力時(shí)，按均布荷載進(jìn)行計(jì)算，橫梁上的總荷載：

Q總=G+G1+G3+G6+G7=1 242.8+

14.39+10.33+63.92+79.9=1 411.34 kN/m；

橫梁采用間距0.3 m的方木，則作用在單根橫梁上的荷載：

Q單=Q總/23.97×0.3=

1 411.34/23.97×0.3=17.66 kN/m。

作用在橫梁上的均布荷載為q1=17.66/1.6=11.04 kN/m。

2)橫梁受力：

橫梁的彈性模量:E=10×103MPa;

滿(mǎn)足要求。

3.3 縱梁荷載組合

1)計(jì)算Ⅰ28#b工字鋼受力時(shí)，按工字鋼上均布荷載進(jìn)行計(jì)算(蓋梁受力范圍23.97 m)，即：

q=(1 242.8+14.39+15.66+10.33+

63.92+79.9)/(4×23.97)=14.89 kN/m。

2)計(jì)算抱箍受力時(shí)，按抱箍與混凝土面的摩擦力抵抗以上所有集中荷載為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，即：

Q單=(G+G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7)/4=

(1 242.8+14.39+15.66+10.33+48.81+

21.16+63.92+79.9)/4=374.24 kN。

3)縱梁受力驗(yàn)算：

正應(yīng)力檢算:

Ⅰ28b工字鋼截面面積A=60.97 cm2=0.006 097 m2。

工字鋼梁受力荷載如圖2所示。

均布荷載q=14.89 kN/m。

P1=P2=P3=P4=14.89×23.97/4=89.23 kN。

根據(jù)力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)圖，可計(jì)算工字鋼梁的彎矩，如圖3所示。

M1=M7=-ql2/2=-14.89×2.9862/2=-66.38 kN·m；M3=M5=P1×l-ql2/2=89.23×6-14.89×(2.986+6)2/2=-65.79 kN·m；M2=M6=ql2/2-P1L=14.89×(2.986+3.01)2/2-89.23×3.01=0.922 3 kN·m；M4=P1×(6+3)+P2×3-ql2/2=89.23×9+89.23×3-14.89×(2.986+6+3)2/2=1.18 kN·m；

Ⅰ28b工字鋼截面特性為：Wx=534.4 cm3，Ix=7 481 cm4，E=210 GPa，則：

124.21 MPa<[σ]=170 MPa。

滿(mǎn)足受力要求。

3.4 抱箍受力驗(yàn)算

3.4.1 荷載計(jì)算

每個(gè)蓋梁按墩柱設(shè)置4個(gè)雙抱箍，承受上部荷載，由上面的計(jì)算可知，支座反力為：

Q單=452.69 kN。

以最大值為抱箍體需承受的豎向壓力N進(jìn)行計(jì)算，該值即為抱箍體產(chǎn)生的摩擦力。

3.4.2 抱箍受力計(jì)算

1)螺栓數(shù)目計(jì)算。

抱箍體需承受的豎向壓力由8.8級(jí)M24高強(qiáng)螺栓的承受的剪力產(chǎn)生，根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》公式12-72及表12-15、表12-16可知，M24高強(qiáng)螺栓的允許承載力為：

為保證安全，取每套墩柱的抱箍高強(qiáng)螺栓連接數(shù)量為24顆。則每個(gè)螺栓提供的抗剪力為P=Q/m=374.24/24=15.59 kN<46.32 kN，因此能承擔(dān)所要求的荷載。

2)螺栓軸向受拉計(jì)算。

混凝土與鋼抱箍之間設(shè)置一層5 mm厚橡膠，摩擦系數(shù)μ=0.4，抱箍產(chǎn)生的壓力Pb=374.24/0.4=935.6 kN，抱箍的壓力由24根M24高強(qiáng)螺栓拉力產(chǎn)生，即每根螺栓拉力為N1=Pb/24=38.98 kN<[S]=113 kN。

滿(mǎn)足受力要求。

3)螺栓需要的力矩。

由螺帽壓力產(chǎn)生的反力矩為：

M1=μ1N1L1=0.15×38.98×0.015=0.087 7 kN·m。

螺栓爬升角產(chǎn)生的反力矩M2為(升角為10°)：

M2=(μ1N1cos10°+N1sin10°)L2=(0.15×38.98×

cos10°+38.98×sin10°)×0.011=0.137 8 kN·m。

M=M1+M2=0.225 5 kN·m=22.55 kg·m，因此要求螺栓扭緊力矩大于22.55 kg·m。

4)抱箍體的應(yīng)力計(jì)算。

抱箍壁受拉產(chǎn)生拉應(yīng)力：

拉力：P1=24×38.98=935.52 kN。

抱箍壁采用面板δ=10 mm的鋼板，抱箍高度為0.76 m。

抱箍縱向截面積：S1=0.01×0.76=0.007 6 m2。

滿(mǎn)足受力要求。

以上經(jīng)檢算，橋墩蓋梁所設(shè)計(jì)抱箍滿(mǎn)足施工要求。

4 結(jié)語(yǔ)

軟土地基橋梁蓋梁施工可采用抱箍施工方法，施工前需進(jìn)行嚴(yán)密受力計(jì)算，具體施工實(shí)踐中，就需要嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求，科學(xué)控制每一個(gè)施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量。此外，抱箍施工施工質(zhì)量易受到其他因素影響，需結(jié)合工程實(shí)際，制定相應(yīng)質(zhì)量保證措施，嚴(yán)格控制并提升蓋梁施工質(zhì)量。