預埋鐵盒子型鋼支撐蓋梁平臺的設計及應用研究

耿嘉慶 黃進森

摘要：文章結合廣西飛龍大橋工程實踐，介紹了預埋鐵盒子型鋼支撐在該項目蓋梁施工應用的主要優(yōu)勢。通過預埋鐵盒子，采用雙拼工字鋼型鋼懸挑支撐進行蓋梁施工平臺的設計及安裝，施工簡便、可縮短工期，材料周轉率高，提供了安全的施工平臺，社會效益和經濟效益明顯。

關鍵詞：蓋梁施工；預埋鐵盒子；型鋼懸挑支撐

中圖分類號：U445.4? ? 文獻標識碼：A

女意編號：1673-4874（2024）04-0116-03

0 引言

山區(qū)公路經過山嶺重丘地段，為跨越高深峽谷，高墩橋梁的設計也越來越多。而蓋梁施工需要進行支承，模板定位困難，調節(jié)困難大，高空作業(yè)空間小，危險性高。為此，本文結合廣西某在建工程項目的高墩橋梁的蓋梁施工，與傳統(tǒng)抱箍法［1］、預埋鋼板法、穿心鋼棒法［2］等在施工便易性、經濟性及安全性等方面進行對比，設計出一種在墩柱上預埋的鐵盒子，通過雙拼工字鋼插入鐵盒子進行固定后，可形成懸臂支撐作用，是一種便捷、材料使用率高、施工進度快、作業(yè)困難小、安全風險系數(shù)較低的施工方式。

1 工程概況

飛龍大橋是廣西某在建項目的控制性工程，總長940 m，主橋橋跨設計為（100+185+185+100）m的波形鋼腹板連續(xù)剛構橋結構，主橋總長為570 m。

其中5號和9號為過渡墩，采用C40混凝土墻式墩，單幅墩身斷面尺寸7.0 m×2.5 m，5號過渡墩墩身高度20.18 m，9號過渡墩墩身高度20.98 m。柱頂蓋梁寬3.5 m，長12.1 m，高4.026 m，混凝土強度等級為C40，單個蓋梁混凝土方量129 m3。如圖1所示。

2 蓋梁施工方法對比研究

現(xiàn)在施工中常用的高墩蓋梁施工方法有抱箍法、預埋鋼板法、穿心鋼棒法，與本文的預埋鐵盒子方法在特點及適用范圍的對比詳見表1。

由表1可知，在蓋梁施工中，抱箍法適應性較差，一般只適用于圓柱墩；預埋鋼板法高空焊接作業(yè)多，焊接要求高。而預埋鐵鋼盒子法和穿心鋼棒法通過雙拼工字鋼和鋼棒支撐承受蓋梁支架平臺重量，施工簡便，高空作業(yè)較少，安全可靠，適用性最好。

3 支撐平臺設計對比

3.1 設計思路

支撐平臺主要構成為平臺下支撐、升降支座、貝雷架、分配梁等組成。平臺下支撐選擇穿心鋼棒法和預埋鐵盒子法。

穿心鋼棒法是在端柱上提前預留孔洞，安裝蓋梁支撐平臺前在孔洞中穿入高強鋼棒作為承力，通過鋼棒支撐承受蓋梁支架平臺重量。預埋鐵盒子法則是在墩柱上提前預埋鐵盒子，通過雙拼工字鋼直接插入預埋鐵盒子內，起到支承作用。

3.2 支撐平臺模型

根據(jù)支撐平臺設計的詳細尺寸，對支撐平臺的下支撐、貝雷架、分配梁等內部構造進行Midas Civil有限元建模。如圖2、圖3所示。

3.3 支撐荷載

設計支撐平臺的荷載主要包含施工荷載、支撐模板平臺荷載和混凝土荷載。混凝土自重按26 kN/m3計算。施工荷載的取值應參考國標《建筑結構荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）。

3.4 荷載組合

荷載組合（強度）=1.2×結構自重+1.2×澆筑混凝土自重+1.4×混凝土澆筑荷載。

荷載組合（變形）=1×結構自重+1×澆筑混凝土自重+1×混凝土澆筑荷載。

3.5 受力計算結果

3.5.1 穿心鋼棒支撐平臺

由表2可以看出：

（1）蓋梁澆筑混凝土的施工時，20 mm鋼棒支撐受到最大組合應力為177.5 MPa，低于國內現(xiàn)行的Q235標準鋼材構件215 MPa的最大設計強度要求；最大剪應力24.4 MPa，低于國家Q235標準鋼材125 MPa的最大抗剪強度設計值要求；最大變形為0.446 mm，小于2L/400=0.75 mm，構件強度滿足要求。

（2）蓋梁澆筑混凝土的施工時，此時貝雷橫梁單元受到最大組合應力，最大值為298.9 MPa，小于貝雷片構件材料設計強度305 MPa；最大剪應力119.5 MPa，小于貝雷片構件材料最大抗剪強度設計值175 MPa。最大變形為0.446 mm，小于L/400=14.42 mm，貝雷梁各構件強度滿足要求。

（3）蓋梁澆筑混凝土的施工時，此時工字鋼分配梁單元受到最大組合應力為164.5 MPa，低于國內現(xiàn)行的Q235鋼材構件215 MPa的最大設計強度要求；最大剪應力41.3 MPa，低于國家Q235標準鋼材125MPa的最大抗剪強度設計值要求。最大變形為0.446 mm，小于L/400=7.19 mm，說明構件強度滿足要求。

3.5.2 預埋鐵盒子型鋼支撐平臺

由表3可以看出：

（1）蓋梁澆筑混凝土的施工時，此時27b雙拼工字鋼型鋼支撐受到最大組合應力，最大值為186.4 MPa，低于《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）關于Q235標準鋼材構件215 MPa的最大設計強度要求；最大剪應力117.4 MPa，低于《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）關于Q235標準鋼材125 MPa的最大抗剪強度設計值要求；最大變形為0.358 mm，小于《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）中2L/400=0.75 mm的最大變形設計值要求，各構件強度滿足要求。

（2）蓋梁澆筑混凝土的施工時，此時貝雷橫梁單元受到最大組合應力，最大值為293.7 MPa，小于《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）中貝雷片構件材料305 MPa的最大設計強度值要求；最大剪應力117.2 MPa，小于《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）中貝雷片構件材料175 MPa的最大抗剪強度設計值要求。最大變形為0.358 mm，小于《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）中L/400=14.42 mm的最大變形設計值要求，貝雷梁各構件強度滿足要求。

（3）蓋梁澆筑混凝土的施工時，此時工字鋼分配梁單元受到最大組合應力為158.4 MPa，低于《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）關于Q235鋼材構件215 MPa的最大設計強度要求；最大剪應力41.3 MPa，低于《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）關于Q235標準鋼材125 MPa的最大抗剪強度設計值要求。最大變形為0.358 mm，小于《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）中L/400=7.19 mm最大變形設計值要求，構件強度滿足要求。

3.6 設計對比結論

如下頁表4所示，通過穿心鋼棒法和預埋鐵盒子法的設計對比可知，兩種設計受力滿足規(guī)范要求。在使用材料方面，預埋鐵盒子支撐，單個懸臂支撐重量0.17 t，一個蓋梁施工需使用鋼材1.02 t；鋼棒支撐，一個孔洞需要鋼棒1.36 t，一個蓋梁施工需要使用鋼材4.08 t。從材料使用量方面，使用預埋鐵盒子支撐可節(jié)約大量材料，且單個支撐材料預埋鐵盒子型鋼支撐重量小，更便于安裝，提高施工效率和安全性，綜合分析，使用預埋鐵盒子型鋼支撐方案最優(yōu)。

4 施工應用

預埋鐵盒子支撐平臺應用于飛龍大橋5#、9#墩，根據(jù)各部件的設計圖紙，鐵盒子可在現(xiàn)場根據(jù)設計尺寸加工，懸挑型鋼、貝雷架、工字鋼分配梁及底模操作平臺等在施工現(xiàn)場進行拼裝。如圖5、圖6所示。

4.1 預埋型鋼盒子支撐加工及安裝

根據(jù)各部件的設計圖紙，鐵盒子可在現(xiàn)場根據(jù)設計尺寸加工。根據(jù)單節(jié)墩身高度，在施工最后一節(jié)墩身時需要預埋鐵盒子，盒子底部距離墩頂?shù)奈恢酶鶕?jù)整個支架的高度確定。鐵盒子采用1 cm厚的鋼板加工成長500 mm，寬160 mm，高400 mm的盒子進行預埋。墩身施工時，在剪力槽頂部布置3層12 mm鋼筋網(wǎng)片，鋼筋布置間距為10 cm×10 cm，網(wǎng)片層間距5 cm。墩身主筋與盒子沖突時，需對主筋進行隔斷處理，隔斷主筋與盒子進行焊接，再通過門子筋連接上下兩端，確保主筋不受影響。

采用汽車吊對型鋼支撐進行吊裝，吊裝預定位置后，直接將型鋼插入預埋鐵盒子內，通過鋼板填塞鐵盒子與型鋼支撐的縫隙，再進行焊接固定。

4.2 貝雷梁安裝

貝雷架根據(jù)設計尺寸在施工現(xiàn)場地面組裝，組裝完成后采用汽車吊整體起吊安裝，貝雷架設置4個吊點，位于梁端向內1/5處。為方便后期蓋梁模板的拆除，在型鋼支撐與貝雷架之間安裝升降支座，同時通過升降支座調整支架標高，確保標高符合高度要求。

4.3 分配梁安裝

貝雷架安裝完成后，順橋向鋪設工字鋼分配梁，分配梁采用汽車吊吊裝，人工配合調整間距。

4.4 模板系統(tǒng)安裝

蓋梁模板采用組合鋼模并用槽鋼加強固定，待分配梁安裝完畢后開始架設底模，用吊車配合人工把底模拼裝安裝就位，局部采用楔形塊或者鋼板進行支墊，側面模板采用支撐架進行加固，待測量人員對底模高程復測后無誤后固定。

4.5 鋼筋安裝

蓋梁鋼筋安裝在地面設置胎架，在地面將在鋼筋加工廠加工完成的骨架片焊接拼裝成蓋梁的整體骨架，焊縫長度保證＞5d（鋼筋直徑）；采用單面焊時，焊縫長度保證＞10d，蓋梁骨架拼裝完成后再采用汽車吊吊裝至蓋梁底模進行安裝。

4.6 混凝土澆筑及養(yǎng)生

蓋梁混凝土澆筑使用汽車吊配合吊斗澆筑混凝土。混凝土應按一定厚度、順序和方向分層澆筑，每層厚度不超過30 cm。每層混凝土振搗時，振搗棒插入下層混凝土5～10 cm，保證上下層混凝土銜接良好。振搗棒移動間距控制在30 cm，最大不能超過其作業(yè)半徑的1.5倍，每一處振動完畢后應邊振動邊緩慢地提出振搗棒；混凝土振搗時振搗棒與模板應保持5～10 cm的距離。每個部位必須振動密實，密實的標志是混凝土停止下沉，不再冒氣泡。混凝土在終凝后及時覆蓋棉氈或無紡土工膜等覆蓋物保溫養(yǎng)生，使混凝土的強度繼續(xù)正常地增長。

5 結語

通過對抱箍法、預埋鋼板法、穿心鋼棒法及預埋型鋼盒子法的綜合對比，預埋型鋼盒子法在蓋梁施工的應用更具有優(yōu)勢。通過預埋鐵盒子型鋼支撐蓋梁平臺的設計及應用，采用雙拼工字鋼型鋼懸挑支撐方式，在蓋梁施工時可快速完成支撐平臺的安裝，提高了蓋梁施工效率，材料周轉率高，縮短工期的同時節(jié)省了材料使用，提供了安全的施工平臺，社會效益和經濟效益顯著。

參考文獻

［1］劉結華，李 璋，楊 堅.跨公路橋梁高墩柱蓋梁抱箍法設計與應用［J］.工程與建設，2022，36（3）：803-805.

［2］羅 恒，王英俊．淺談蓋梁的幾種施工方法［J］.交通科技，2009（S1）：29-31.

作者簡介：耿嘉慶（1991—），碩士，工程師，主要從事橋梁工程施工工作。