瞿金瑋，葉炳麟，魯劉磊

(1.江西省九江市武寧縣交通運輸局;2.暨南大學理工學院)

1 工程概況

工程為武漢市三環(huán)線南環(huán)段(青菱-野芷)工程青菱立交-勝利村B標高架橋，橋梁全長1 475 m(墩號0#～58#)，下部結構為兩根φ1.2 m圓柱式橋墩，基礎為兩根φ1.2 m鉆孔灌注樁，橋墩與鉆孔灌注樁之間采用承臺連接，承臺之間設有高為1.2 m、平面尺寸5.3×1.2 m 系梁。帽梁高1.4 m、平面尺寸12.5×2 m ，墩柱間距7.5 m，兩端中心懸臂2.5m，每個帽梁自重為89.75 t(其中0#帽梁自重103.5 t)。帽梁數(shù)量共計118個，柱平均高度為7.5 m，其混凝土設計強度等級均為 C30。

2 施工方案比選

目前，高架橋帽梁常用施工方法主要有鋼抱箍、滿堂支撐、門式支架和穿洞法四種?，F(xiàn)對這四種施工方法進行比較，從經(jīng)濟性(含工期)(見表1)、可操作性(見表2)和安全性(見表3)三個方面入手，分析其在實際工程中的效果，具體參見表1、表2、表3。

臺班 易損耗 平均每個2 滿堂支撐 16 1 3 門式支架 16 1臺班 易損耗 需要1 000元4 穿洞法 16 1臺班 易損耗 0在同條件下，鋼抱箍比其它三種可提前1 d。

1 鋼抱箍支撐 此工法施工簡單、操作方便，適應性較廣(與以下三種工法相比，其為首先考慮對象)，且使用工具主要是扭矩扳手。2 滿堂支撐 此工法施工煩瑣，耗工費時，周轉材料數(shù)量較多;且對地基承載力有強制性要求、且支架搭設完后需預壓。3 門式支架 此工法除對地基承載力有強制性要求外;其在水中、交通通行地段等也受到嚴重約束。4 穿洞法 此工法容易破壞受力結構物、影響結構物外觀質量。

通過表1、表2、表3的比對分析，相較其它三種方法，鋼抱箍支撐顯示了其獨特的優(yōu)越性：第一，經(jīng)濟性：在地基處理和消耗工日方面，每個帽梁可節(jié)省1 360元(人工費按定額30元/工日)，標段共118個帽梁，合計金額達118 360元(不含原材料損耗費用);在同等條件下，每個帽梁可以提前1 d完成，全橋帽梁總工期可提前118 d。第二，可操作性：鋼抱箍施工技術簡單，操作方便，且本標段墩柱結構尺寸均統(tǒng)一，實用性強。第三，安全性：鋼抱箍支架安全性高于其他三種工法。

表3 安全性對比

因此，本工程擬采用鋼抱箍支撐施工技術。

3 鋼抱箍式支架支撐體系

其原理是在墩柱上適當部位安裝兩塊半圓形的抱箍，并通過在抱箍耳托板上設置一定數(shù)量的螺栓，施擰產(chǎn)生預拉力聯(lián)結緊固，使之與墩柱抱緊后產(chǎn)生的最大靜摩擦力來平衡施工臨時荷載及帽梁自重。即關鍵是要確保抱箍與墩柱之間有足夠的摩擦力，以確保施工安全。

3.1 鋼抱箍的結構形式

抱箍的結構形式由兩個半圓定型抱箍拼裝而成，在半圓口兩側焊接與起彎點切線成90°的抱箍耳，然后利用螺栓通過抱箍耳將兩個半圓形抱箍連接在一起，再在螺栓之間焊接加焊角鋼，確保承受一定荷載后而不發(fā)生扭曲。抱箍高度由抱箍耳上的螺栓個數(shù)決定。

3.2 鋼抱箍的設計

3.2.1 鋼抱箍受力分析

鋼抱箍主要受三個力的作用：(1)螺栓對抱箍的預拉力。(2)鋼抱箍對墩柱的正壓力及墩柱對鋼抱箍反作用力。(3)上部荷載F(工字鋼及帽梁自重、施工荷載等)。

通過設計資料可計算出上部荷載作用的力F=559.6 kN，其主要由鋼抱箍與墩柱之間摩擦力f來平衡，因此，當 f≥K ×F=951.32 kN(K 為安全系數(shù)，取 K=1.7)時，鋼抱箍在F作用下不會產(chǎn)生向下滑動，即為安全結構。

3.2.2 連接螺栓數(shù)量的計算

鋼抱箍與墩柱之間摩擦力f的計算公式為

式中：f為抱箍與墩柱間的最大靜摩擦力;μ為抱箍與墩柱間的摩擦系數(shù)，鋼材與混凝土間的摩擦系數(shù)為0.3～0.4，取μ=0.3;N為抱箍與墩柱間的正壓力;N=n×F1(其中n為螺栓個數(shù)，F(xiàn)1為每個螺栓預拉力)。

現(xiàn)場施工中使用的螺栓一般不采用高強螺栓，原因：(1)經(jīng)過一次加力松弛循環(huán)后不能再使用;(2)市場上一般購買不到所需要的規(guī)格產(chǎn)品，必須到廠家直接訂購。如果采用高強螺栓會加大施工投入并帶來極大麻煩，所以一般采用材質45號鋼的M30大直徑螺栓。

每個螺栓的允許拉力為

式中：As為普通螺栓的橫截面積，As=πd2/4;［σ］—鋼材允許應力。對于45號鋼，［σ］=2 000 kg/cm2。

由公式(2)可計算得

再代入(1)式可得，f=μ×N=0.3×140n=42n

由于 f≥951.32 kN，計算得出：n≥22.65，即螺栓數(shù)量為23個，但螺栓個數(shù)必須是偶數(shù)，所以取螺栓數(shù)量為24個。根據(jù)螺栓數(shù)量，可擬定鋼抱箍高度為800 mm，每側布置兩排螺栓，每排均為6個，每個螺栓間距均按等距布置。

3.2.3 鋼抱箍厚度選定

鋼抱箍在螺栓被擰緊的狀態(tài)下，其豎直截面承受拉應力，其受力模型如圖1。

圖1 鋼抱箍力學模型

式中：A0為鋼抱箍截面計算面積;σ為鋼材抗拉強度設計值，MPa，為 215 MPa;N為鋼抱箍受到螺栓預拉力，kN，140 kN/個，即 N=12×140 kN=1 680 kN。

由公式(3)可得：A0=1 680/215=7 813.95 mm2

因為鋼抱箍高為800 mm，計算得出抱箍厚度 δ=9.8 mm，取 δ=10 mm。

通過上述計算，擬定鋼抱箍結構形式：高為800 mm，抱箍耳寬度為200 mm，并在每個抱箍耳上設置6個豎向雙排孔，再利用M30普通螺栓使兩個半圓形抱箍緊抱墩柱，螺栓從抱箍耳兩端部向中間等距布置。并在抱箍耳轉角內(nèi)側、在螺栓與螺栓之間加焊角鋼，其連接采用角焊縫。確保抱箍耳受力時不會發(fā)生扭曲變形。加工成形后應確保抱箍周長比墩柱周長小40 mm(即拼裝完后，抱箍耳每側之間的間距為20 mm)，同時應在抱箍外側設三個吊點，便于吊裝。相關布置尺寸示意圖詳見圖2。

3.3 鋼抱箍局部不利位置驗算

(1)抱箍耳剪應力計算

一個抱箍受到的作用力為F，則每個抱箍耳受到的作用力為F/2，可根據(jù)公式(4)計算出垂直焊縫長度方向的剪應力值

所以，鋼抱箍受力截面積的計算公式為

式中：τf為垂直于焊縫長度方向應力值;he為角焊縫的有效寬度，取0.7hf;hf為較小焊縫尺寸，本例取8 mm;lw為焊縫長度，實際焊縫長度減10 mm;V為即為F/2。

圖2 鋼抱箍相關布置尺寸示意圖

則由公式(4)可算得

(2)平行焊縫長度方向應力值

抱箍耳在螺栓作用下產(chǎn)生力由抱箍耳和焊縫來承擔：

(3)在τf和σ1共同作用下，角焊接強度由下式驗算

式中：βt為正面焊縫強度增大系數(shù)，取1.22;ff為角焊縫強度設計值，取200 MPa。

將已知量代入公式(5)中，得

經(jīng)驗算，鋼抱箍受力最不利位置均滿足要求?？梢姡鯏M定鋼抱箍尺寸是安全可行的。

4 鋼抱箍支架帽梁的施工

(1)鋼抱箍進場時，應對其半徑、周長、焊接外觀質量等進行嚴格檢查。在投入使用之前，必須通過試驗并達到一定的安全系數(shù)(不小于規(guī)范要求值)后才能確定使用。試驗方法：先澆筑一個高約1.0～1.5 m的試驗墩柱，待同條件養(yǎng)護試件強度達到設計強度75%后，將鋼抱箍安裝在試驗墩柱上，采用扭矩法擰緊螺栓。在鋼抱箍耳下部兩側各放置一臺150 t的液壓千斤頂。千斤頂與油壓表泵連接好后，同時打開兩個油泵閥門，使千斤頂同時作用于鋼抱箍，通過油壓表的讀出千斤頂作用于鋼抱箍力的大小，當鋼抱箍開始滑動時記下油表讀數(shù)，計算出力的大小。即可得出鋼抱箍承受力的極限荷載。

(2)鋼抱箍安裝時，根據(jù)帽梁底設計標高、工字鋼高度等反算出鋼抱箍安裝在墩柱上的標高，然后用水準儀將標高準確放到墩柱上，并作好識別標志。

(3)鋼抱箍安裝前，應在鋼抱箍內(nèi)用萬能膠粘貼約2 mm厚的橡膠墊，以增加鋼抱箍與柱子之間的摩擦，且能防止拆鋼抱箍時墩柱外表受到撞傷或磨損。但在拆除抱箍后，應及時清除橡膠墊留下黑印，避免影響墩柱外觀質量。

(4)鋼抱箍安裝時，在地面上只拼裝成形，然后利用鋼絲繩穿過吊裝點，將鋼抱箍吊到墩柱標志線上，再采用扭矩法或扭角法進行施擰螺栓。本工程采用扭矩法。

(5)將兩根I50a工字鋼安放在抱箍耳上，再用拉桿將工字鋼拉緊，并緊靠墩身，防止向外側傾覆。

(6)在I50a工字鋼上鋪設小工字鋼(或小方木)，避免帽梁底模變形，然后再在小工字鋼(或小方木)安裝底模。

(7)底模安裝完后，應進行復測其標高，如果滿足設計及施工技術規(guī)范要求，方可進行下道工序施工，否則應采取相應措施進行調整。

(8)帽梁鋼筋籠吊裝及模板安裝、砼澆筑。

(9)模板拆除：先拆除帽梁外模，后底模。拆除底模時，先松開抱箍螺栓和工字鋼拉桿，利用導鏈將I50a工字鋼和帽梁困綁在一起，然后慢慢放松導鏈，通過工字鋼及以上的自重，將抱箍壓下(或直接采用汽車吊)。

5 抱箍法施工的注意事項

(1)安裝抱箍前，為防止墩柱砼被擠壓變形，墩柱同條件養(yǎng)護試件強度必須達到設計值的75%后，方可進行安裝。

(2)抱箍拆除時，應在帽梁同條件養(yǎng)護試件強度達到設計值的75%后進行。

(3)施擰螺栓時一定要到位。檢查時，復核兩抱箍耳之間的間距是否小于20 mm(即設計值)。

(4)焊接操作人員必須具有上崗證。在焊接前必須做焊接試件，試件合格后，方可正式焊接。

(5)在抱箍設計加工時，焊條最好采用E50型(確保焊縫強度)。

6 結論

工法在武漢市三環(huán)線南環(huán)段B標高架橋運用時，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。利用此工法施工簡便，不需地基處理，現(xiàn)場易清理，材料不易損失，便于管理，特別是在高墩施工或在水、淤泥中、城市施工等更能顯示出其優(yōu)越性。在施工過程中很少影響道路、河道等交通，有利于快速、安全和文明施工，具有很好的推廣應用價值。

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［1］路橋集團第一公路工程局.公路橋涵施工技術規(guī)范(JTJ 041-2000)［S］.北京：人民交通出版社，2000.

［2］鐵道部科學研究院.鐵路鋼橋高強度螺栓連接施工規(guī)定(TBJ 214-1992)［S］.北京：中國鐵道部出版社，1992.

［3］石治峰.抱箍+貝雷梁現(xiàn)澆箱梁支架施工技術及受力計算［J］.山西交通科技，2011，(6).