穿心鋼棒法在蓋梁（柱間系梁）施工中的技術應用

周斌

摘要 綴板格構式立柱支架法及貝雷疊合梁支架法、滿堂腳手架法、鋼抱箍法、穿心鋼棒法是蓋梁施工過程中的幾種常用的支架形式，文章對以上支架形式及它們的優缺點進行對比分析，并以四川省廣安市武勝縣下禮安渡口改公路橋工程項目蓋梁施工作為背景，對穿心鋼棒法的施工方法、建模和受力進行詳細分析，論證了穿心鋼棒法適用于高墩、變截面蓋梁（柱間系梁）施工。

關鍵詞 穿心鋼棒法；蓋梁（柱間系梁）；施工方案

中圖分類號 TV672.3文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）03-0051-03

0 引言

在橋梁施工中，針對不同類型的蓋梁及施工高度，需要采用不同的蓋梁支架形式，這樣既能降低施工成本，又能加快施工進度，還能保證施工安全。該文介紹了幾種蓋梁支架的特點及優缺點，并結合實際案例對穿心鋼棒法在變截面高墩蓋梁施工中的應用進行分析。

1 工程概況

武勝縣下禮安渡口改公路橋工程位于武勝縣禮安鎮下禮安渡口，項目起點位于禮安鎮東西關水電站南側，與現狀沿江路（X021，樁號K24+162）順接，終點與嘉陵江以東的越江村現狀路相接，線路全長0.648 km。其中主橋采用（76+142+76）m連續剛構，橋面寬度為12 m，引橋采用5×30 m簡支T梁。

2 蓋梁、柱間系梁概況

該項目3#～8#墩涉及的柱間系梁、蓋梁施工，3#墩柱間系梁尺寸為（4.5×1.3×1.6）m、4#—5#柱間系梁尺寸為（6.5×1.1×1.4）m、3#墩蓋梁尺寸為（12×3.4×2.2）m、4#～7#墩蓋梁尺寸為（12×2×1.7）m、8#墩蓋梁尺寸為（12×2×1.7）m。

3 蓋梁施工方案比選

3.1 綴板格構式立柱及貝雷疊合梁支架法

通過鋼管立柱底部，采用法蘭盤與承臺預埋螺栓連接[1]。鋼管安裝前，先用全站儀對平面控制點位置進行精確放樣。鋼管分段吊裝，空中豎向連接。鋼管兩端焊接法蘭盤。鋼管立柱通過法蘭盤栓接。主承重梁使用國產321貝雷片，利用疊合梁原理，雙層雙排布置，考慮端部懸臂端荷載較小，下層每端可減少一張貝雷片。貝雷梁中心線必須與鋼管柱和鋼砂筒的中心線在同一豎直面上，以避免鋼管柱偏心受力。貝雷梁施工時先在地面拼裝，檢查合格后再采用25 t汽車式起重機整體吊裝就位，兩側貝雷片要使用定型剛性吊架作為橫向連接。主縱梁上鋪設橫向分配梁，在橫向分配梁上鋪設蓋梁底模。優點是承載力高、穩定性好，缺點是施工難度大、成本高。

3.2 滿堂腳手架法

滿堂腳手架法是對場地進行平整碾壓后，在保證地基承載力設計要求基礎上，其后澆筑混凝土墊層，墊層上設置通長枕木，在枕木上安裝底托，其上搭設鋼管腳手架。優點是滿堂腳手架線性調整非常靈活，在變截面、低高度蓋梁施工過程中優勢非常明顯。缺點是滿堂腳手架法材料用量大，對地基要求高，不適宜高墩蓋梁施工。

3.3 鋼抱箍法

“雙”抱箍設計，即一個小抱箍和一個大抱箍。小抱箍的設計理念為輕巧、方便，主要為大抱箍提供支撐平臺，便于標高調整，為蓋梁標高控制提供有力保障。大抱箍設計是蓋梁后期施工支撐點。

墩柱上定位抱箍時，先根據蓋梁底的設計標高減去支撐體系到抱箍頂面的施工高度，即為大抱箍的頂面標高，用全站儀放出抱箍頂面標高并做好標注。鋼抱箍內壁設置一層土工布，以增加抱箍與墩柱間的摩擦力，同時保護成品墩柱不受損壞。

主梁采用雙拼貝雷片加工，貝雷片之間用專用貝雷螺栓進行栓接，連接后用貝雷銷進行固定，主梁加工好后，吊裝到預先安裝好的抱箍上。貝雷片安裝好后，再進行分配梁安裝，分配梁為I20a工字鋼，單根長度4 m，間距500 mm。

優點是受力明確，施工速度快、成本低。缺點是需對抱箍進行專門設計。

4 穿心鋼棒法

該項目蓋梁（柱間系梁）采用穿心鋼棒法進行施工。鋼棒采用Ф120 mmQ235圓鋼，然后將雙拼I20a工字鋼橫梁安裝到圓鋼扁擔上，并用對拉螺栓固定工字鋼，位于穿心棒附近的每根I20a工字鋼均需設置12 mm厚度的4道加勁肋板，對拉螺栓采用Ф22精軋螺紋鋼，間距1 m。雙拼I20a放置千斤頂上，每個支點設置2個千斤頂作為支撐，千斤頂與工字鋼之間采用鋼筋進行連接固定。千斤頂上放置600H型鋼（3#蓋梁使用雙拼600H型鋼），600H型鋼上面順橋向按照間距40 cm布置I20a工字鋼。I20a工字鋼上鋪設托架根底模。作業平臺底板利用I20a分配梁加長段，其上鋪設木板，護欄立桿采用48×3.5 mm鋼管，欄桿之間采用扣件連接，護欄立桿焊接在I20工字鋼上，立桿高度不小于1.5 m，間距1 m，水平桿間距0.5 m，底部腳踢板高度20 cm，用安全綠掛設防護。

蓋梁（柱間系梁）穿心鋼棒法支撐體系如圖1所示。

5 建模及受力分析

5.1 蓋梁方案說明

（1）蓋梁方案基本情況：蓋梁長度12 m、寬3.4 m、高1.7 m，混凝土方量為84.9 m?，墩柱邊長2 m。

（2）模板、支撐結構：①側模、端模、底模均為鋼模，面模厚度為5 mm，背肋采用8 mm槽鋼。②蓋梁底模下采用工20a作為橫梁，間距0.4 cm。橫梁放置在600H型鋼上，H型鋼為受力主梁。③600H型鋼下部放置千斤頂，千斤頂上放置雙拼20a型工字鋼，工字鋼下部設置直徑10 cm穿心鋼棒（3#蓋梁采用12 cm穿心鋼棒）。

5.2 荷載計算

模板支架自重：

蓋梁底面積：A=（12?3.2）×3.4=29.92 m2。

（1）蓋梁組合鋼模板及連接件重量為13 t；組合鋼模板自重G=150 kN。

（2）I20a工字鋼。按照40 cm間距布置，要31根工字鋼，每根長6 m。

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

（3）600H型鋼。每個蓋梁設置2道，單根長12 m。

工字鋼自重G600H=2×12×106×9.8/1 000=24.93 kN。

（4）I20a工字鋼，需要6根工字鋼，每根長為12 m。

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

（5）新澆筑混凝土、鋼筋的重力：

G蓋梁=84.9×26=2 207.4 kN。

（6）施工人員及施工設備、施工材料等荷載。根據《路橋施工計算手冊》表8-1，施工人員、施工料具運輸、堆放荷載取2.5 kN/m2，沖擊荷載取6 kN/m2（含振搗混凝土產生的荷載）。

5.3 荷載組合

根據《路橋施工計算手冊》表8-5，1、2類荷載分項系數為r=1.2；3、4類荷載分項系數為r=1.4。

5.3.1 縱向槽鋼力學計算荷載組合

計算槽鋼時，可簡化為單跨簡支梁的計算模型，槽鋼承受上部傳遞的均布荷載，槽鋼間距為0.2 m，計算跨度為0.4 m。

（1）計算強度時承受的線荷載：線荷載q=P×0.2=[（4.26+73.8）×1.2+（2.5+6）×1.4]×0.2=21.11 kN/m。

（2）計算剛度時承受的線荷載：q=P×0.2=（6.76+57.23）×1.2×0.2=18.73 kN/m。

5.3.2 橫向工鋼力學計算荷載組合

計算橫向工鋼受力時，可簡化為單跨簡支梁的計算模型，I20a工字鋼承受上部傳遞的均布荷載，工字鋼長為6 m，間距為0.4 m，兩支點跨度2.2 m。

（1）計算強度時承受的線荷載：線荷載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）計算剛度時承受的線荷載：線荷載q=P/（31×2）=（2 207.4+127.4）×1.2/（31×2.2）=41.08 kN/m。

5.3.3 縱向H型鋼力學計算荷載組合

計算縱向H型鋼受力時，可簡化為兩端懸臂的單跨簡支梁的計算模型，2根600H型鋼承受上部傳遞的均布荷載，工字鋼長為12 m，間距為2.2 m，兩支點跨度6.5 m。

（1）計算強度時承受的線荷載：線荷載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）計算剛度時承受的線荷載：q=P/（2×12）=（2 207.4+127.4+50.91）×1.2/（2×12）=119.3 kN/m。

5.3.4 I20a工字鋼力學計算荷載組合

I20a工字鋼受力：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 穿心鋼棒力學計算荷載組合

直徑10 cm穿心鋼棒受力：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 力學驗算

5.4.1 縱向槽鋼驗算

強度、剛度驗算：

最大容許正應力：

滿足強度要求。

最大撓度：

滿足剛度要求。

5.4.2 橫向工鋼驗算強度、剛度驗算

最大容許正應力：

滿足強度要求。

最大撓度：

滿足剛度要求。

5.4.3 縱向H型鋼驗算強度、剛度驗算

最大容許正應力：

滿足強度要求。

最大撓度：

滿足剛度要求。

5.4.4 I20a工字鋼驗算

滿足要求。

5.4.5 穿心鋼棒驗算

滿足要求。

6 蓋梁支架預壓

為了確保支架施工安全，消除支架的非彈性變形，獲取彈性變形參數，得出壓重與支架本身的變形關系，保證施工質量和安全，從而對支架進行加載試驗。

6.1 項目蓋梁預壓荷載流程

準備工作—預壓荷載計算—預壓檢測及輔助設備配置—分級加載（觀察工字鋼撓度變化量）—預壓荷載數據分析。

6.2 布荷原則

（1）該次預壓采用施工重量的1.2倍，以消除支架的非彈性變形。

（2）加載時從跨中向兩側對稱進行，預制塊必須按照蓋梁底模尺寸堆放，并保證受力均等，一層堆放完成，保證穩定情況下再堆放下一層。

6.3 施工準備

預壓荷載前采用自卸車將混凝土預制塊裝運至現場，吊車、測量隊現場待命。

6.4 預壓荷載計算

預壓最大荷載為1.2倍蓋梁自重。

6.5 預壓加載

預壓加載過程分4級進行，依次施加的荷載為施工荷載的60%、80%、100%、120%，加載時從跨中向兩側對稱進行。

6.6 預壓觀測

（1）在主梁上面布設4個觀測點，位置分別在兩墩柱之間1/2主梁上。

（2）每級加載完成后，連續72 h沉降量平均值小于5 mm時再進行下一級加載或在24 h內不間斷觀測，沉降量不超過1 mm時，方可進行一次性卸載。

6.7 卸載

人工配合吊車吊運混凝土預制塊均勻卸載，卸載時兩側要求對稱、均衡、同步卸載，卸載完成后記錄好觀測值。

6.8 數據整理

在各預測時段對所觀測的各點數據進行收集整理分析，確定蓋梁的預拱度。

7 結束語

該文結合四川省武勝縣下禮安渡口改公路橋工程蓋梁（柱間系梁）實際情況，編制詳細施工方案，通過受力分析，驗證穿心鋼棒法在蓋梁（柱間系梁）施工中技術應用的可行性。該方案有著受力體系明確、施工速度快、施工成本低、適用范圍廣等優點，特別是在高墩、方墩蓋梁（柱間系梁）施工中優勢特別明顯。

參考文獻

[1]《鋼結構設計手冊》編輯委員會. 鋼結構設計手冊（上冊）（第三版）[M]. 北京：中國建筑工業出版社， 2004.