摘要近年来,桥梁的下部结构均向简单的桩柱体系方向发展,桩与柱间或柱与柱间以系梁联结(或不设系梁),墩顶以盖梁或帽梁联结。在盖梁施工中,常采用钢梁法,支架法,预埋钢板法,抱箍法等支撑方法。下面就这些支撑方法做一些简单的探讨。

关键词桥墩;盖梁;施工;支撑体系

0引言

近年来不少高速公路桥梁的下部结构采用简单的刚架结构,即桥梁下部基础为多根桩基础,墩身为2根圆柱,墩顶采用盖梁联结。在这些桥墩的盖梁施工中,其支撑体系类型很多,如钢梁法、支架法、预埋钢板焊接三角形钢支撑法、抱箍法等等。各类支撑体系类型在施工中既有成功的经验也有失败的教训。下面就这些支撑体系使用中的优缺点进行简单的探讨。

1钢梁法

1)钢梁法就是在墩柱顶部适当部位按预先设计预留若干个孔,待墩柱混凝土达到一定强度后在孔中插入型钢并将其固定,由这些型钢支撑盖梁的模板支架、施工活荷载及整个盖梁的自量,采用的型钢类型、规格根据施工设计确定。2)这种支撑体系的优点是:①支架、模板、施工活荷载及整个盖梁的自重通过型钢传至墩柱,由墩柱承受整个荷载,传力途径简单明确,不存在支架不均匀沉降的问题;②适合于高桥墩盖梁的施工;③对木材需要量小。其观是:①在墩柱内设留预孔,不仅对墩柱结构造成一定的损伤和削弱,而且影响墩柱的外观质量,后期处理费工费时;②这种体系一般不易取得监理、设计及业主的认同。因此,这种体系现已较少采用。

2预埋钢板法

在墩柱中预埋钢板,拆模后在预埋钢板上焊接钢支撑,由它来承受支架,模板,整个盖梁的重量及各种施工荷载。

图1预埋钢板法立面示意图

图2支架法立面示意图

3支架法

采用支架法的施工这是目前用的最多的的一种方法。支架可用万能杆件也可采用钢管支架搭设,盖梁施工的所有临时设施重量及盖梁重量均由支架承受,直接传到地面.这种方法的优点是:1)支架的形式及高低可根据墩周围的地形和墩柱的高度等随机变化,方法灵活;2)不用在墩柱上设置预埋件,不会对墩柱外观造成影响。但这种方法也有不少缺点:1)支架法施工对地基的承载力要求比较高,一般均要求对地基进行压实,对软土地基还需要换填后浇筑砼或砼预制块。因此,对地基的处理要花费较多人力物力,如果对地基的处理不当,可造成支架整体下沉或不均匀下沉,严重影响盖梁的施工质量。2)墩柱较高时,必须对支架进行预压以消除非弹性变形和弹性变形,这需要消耗大量人力物力,不经济。3)由于墩柱高度的变化而调整底模高度,必须设置预拱度;对于钢管支架,从经济上考虑是不合算的,而且还要大量不必要的人力。4)墩柱较高时,支架庞大,需要巨额投入而且安装支架费时耗力。5)水中施工无系梁桥墩时,支架法很难适用。由此可知,支架法施工虽然方便灵活,但该法有其自身固有的缺点,在施工时尤需注意支架的稳定性,非弹性变形及地基沉降等方面的问题。

4抱箍法

抱箍法是在墩柱上部的适当部位安装抱箍并使之与墩柱夹紧产生的最大静摩擦力,来平衡盖梁施工的静荷载、活荷载及其自重。抱箍法的关键是要确保抱箍与墩柱间有足够的摩擦力,以安全地传递荷载。如图3所示。

图3抱箍法立面、剖面示意

4.1抱箍的结构形式

1)抱箍的结构形式包括箍身的结构形式和连接板上螺栓的排列。抱箍是由2个半圆型的钢板,通过其连接板上的螺栓连接在一起,安装后使钢板与墩身密贴,使其能够承受一定的荷载而不变形,箍板的高度由其连接板上螺栓的个数决定。2)箍身的结构形式:抱箍在墩柱上安装后必须与墩柱密贴,这是基本要求。由于墩柱截面不可能绝对圆,各墩柱的不圆度是不同的,即使同一墩柱的不同截面其不圆度也有差别。因此,为适应各种不圆度的墩身,抱箍的箍身宜采用不设环向加劲的箍环板。这样,在安装中施加环向预紧力时,箍身容易与墩柱密贴。3)抱箍连接板上螺栓的排列:抱箍上的连接螺栓,其预紧力必须能够保证抱箍与墩柱间的摩擦力能可靠地传递荷载。所以,要有足够数量的螺栓来保证预紧力。如果单从连接板和箍身的受力来考虑,连接板上的螺栓在竖向上最好布置成一排。但这样一来,箍身高度势必较大。尤其是盖梁荷载很大时,需要的螺栓较多,抱箍会很高,将加大抱箍的投入,且过高的抱箍也会给施工带来不便。因此,一般均将连接板上的螺栓在竖向上布置成两排。抱箍的结构形式如图4所示。

图4抱箍结构形式

4.2抱箍受力情况分析

抱箍与墩柱间的最大静摩擦力F等于正压力N与摩擦系数的乘积,即F=F×N。而正压力N与螺栓的预紧力是对平衡力。根据抱箍的结构形式,假定每排螺栓个数为η,则螺栓总数为4η,若每个螺栓预紧力为F1,则抱箍与墩柱间的总正压力为N=4×η×F1。

对于抱箍这样的结构,为减少螺栓个数,可采用材质为45号钢、直径30mm的大直径螺栓或M27高强度螺栓。但采用M27高强度螺栓有2个缺点:一是高强度螺栓经过一次加力松弛循环后一般不能再用,这与抱箍需多次重复使用的要求不相符,同时安装抱箍时需更换新螺栓,加大了投入;二是市场上没有M27高强度螺栓,必须到专门的厂家购买,不能满足随时更换的要求。因此,一般均采用45号钢的M30大直径螺栓。每个螺栓的允许拉力为

[F]=As×[σ]

式中,为螺栓的横截面积,As=πd2/4;[σ]为钢材允许应力,对于45号钢,[σ]=2000kg/cm2。于是,[F]=[σ]πd2=2.0×3.14×32/4=14.13t,取F1=14t。钢材与混凝土间的摩擦系数为0.3-0.4,取F=0.3。抱箍与墩柱间的最大静摩擦力为F=f×N=f×4×n×F1=0.3×4×n×14=16.8n。若临时设施及盖梁重量为G,则每个抱箍承受的荷载为Q=G/2。取安全系数为λ=2,则有Q=F/λ即G/2=16.8n/2;n=0.06×G。故可取n为整数。

4.3抱箍施工工艺

抱箍法施工工艺流程:抱箍加工一抱箍安装一安装盖梁模板一安装盖梁钢筋一盖梁混泥土浇筑一盖梁混凝土养生一拆除抱箍。

4.4抱箍法施工的注意事项

1)箍身应有适当强度和刚度,应通过施工设计确定,一般可采用厚度为10～20mm的钢板。2)由于抱箍连接板是直接承受螺栓紧力的构件,要有足够的强度和刚度,根据理论计算及实践经验,采用厚度为24～30mm的钢板为宜。3)抱箍内直径宜比墩柱直径大1～2cm,抱箍与墩柱接触面处加垫1cm左右的橡胶板,以增大抱箍与墩柱面之间的摩擦力及接触密实程度,加了橡胶板后,其摩擦系数厂可提高到0.5。4)由于抱箍连接板上螺栓按双排布置,外排螺栓施压时对箍身产生较大的偏心力矩,对箍身传力有不利影响。因此,螺栓布置应尽可能紧凑,以刚好能满足施工及传力要求为宜。5)为加强抱箍连接板的刚度并可靠地传递螺栓紧力,在竖直方向上,每隔2～3排螺栓应给连接板设置一加劲板。6)抱箍与墩柱间的正压力是由连接螺栓施加的,螺栓应首先进行预紧,然后再用经校验过的带响板手进行终拧。预紧及终拧顺序均为先内排后外排,以使各螺栓均匀受力并确保螺栓的力值。7)浇筑盖梁混凝土时,由于抱箍受力后产生变形,螺栓的拉力值会发生变化。因此,在浇筑盖梁混凝土的全过程应反复对螺栓进行复拧,即每浇筑一层混凝土均应对螺栓复拧一次。8)抱箍法的优点是:①抱箍法是将临时荷载及盖梁自重直接传给墩柱;②抱箍的安装高度可随墩柱高度面变化;③抱箍法适应性强,不论墩柱在水中或陆地、有无系梁,只要是圆形墩柱就可采用;④抱箍法节省人力物力从经济上讲是最合算的;⑤抱箍法不会破坏墩柱外观,而且抱箍法施工时支架不存在非弹性变形。缺点:不适用非圆形墩柱。

5结束语

通过上面几种常用的桥墩盖梁施工的支撑方法分析可知,各种方法都有其优缺点,施工时应根据现场不同的条件选择不同的支撑方法,供广大从事桥梁施工的工作者参考。下载本文