穿鋼棒法施工技術(shù)在橋梁高墩工程中的應(yīng)用

李 景 山

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001)

1 概述

黃鴨河大橋位于天池水電站下水庫壩址下游約640 m處，主要用于水電站建設(shè)期間溝通左右兩岸交通。大橋設(shè)計為6×40 m預(yù)應(yīng)力混凝土T型簡支梁橋，全橋總長256.17 m。大橋下部結(jié)構(gòu)施工內(nèi)主要包括2座橋臺(承臺及基礎(chǔ)、臺身、臺帽)及5座橋墩(承臺、墩柱、系梁、蓋梁)。1號～5號橋墩墩身采用雙柱式墩柱，墩底設(shè)置承臺，墩頂設(shè)置蓋梁，蓋梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋墩蓋梁結(jié)構(gòu)長10.7 m，寬2.5 m，高度2.3 m。

橋墩蓋梁底面距離橋下承臺位置高度最高為30.5 m，最低為25.5 m，為了滿足蓋梁施工時的支撐承重要求及便利施工，橋墩蓋梁施工采用了柱頂預(yù)埋圓鋼作為支撐的方法，即“穿鋼棒法”。

2 技術(shù)原理

在橋墩墩柱上預(yù)留孔，利用墩柱自身的支撐能力，結(jié)合鋼棒的支撐性能，兩者相互結(jié)合，并在其上面搭設(shè)支撐平臺，滿足聯(lián)系梁、蓋梁模板支撐體系承力要求，減少搭設(shè)施工排架工程量，快速安裝模板，以達到快速施工的目的。

3 施工工藝技術(shù)

3.1 施工程序

墩身上測量放線→安裝鋼棒→安裝托梁→鋪設(shè)底?！鷾y量標(biāo)高放線→綁扎鋼筋→預(yù)埋墊石、擋塊鋼筋→安裝側(cè)?！鷿仓炷痢B(yǎng)護→拆除鋼棒與托梁。

3.2 施工方法

3.2.1墩柱頂預(yù)埋鋼棒孔

蓋梁以及聯(lián)系梁支撐體系中需要在柱頂垂直于蓋梁軸線預(yù)埋安裝圓鋼的孔洞，墩柱澆筑混凝土前預(yù)埋φ110 PVC管，管內(nèi)填充干燥細砂，模板安裝前管口封口，避免混凝土充填，并用井字形定位鋼筋焊接固定到墩柱鋼筋上，安裝位置準(zhǔn)確，預(yù)埋PVC管位置為：蓋梁底標(biāo)高—底模模板厚度—10×10 cm方木厚度—Ⅰ16工字鋼厚度—Ⅰ50C縱梁高度—機械式千斤頂—鋼板厚度—鋼棒半徑。

本工程使用的機械千斤頂型號為QL型螺旋千斤頂，額定起重量為50 t，最低高度為452 mm，起升高度250 mm，為了便于上部托梁水平高程的調(diào)整，機械式千斤頂起升高度定位為200 mm，穿柱鋼棒采用φ100 mm鋼棒，則穿柱鋼棒軸向中心安裝位置距蓋梁底面距離：

H=(12+100+160+500+452+200+16×2+50)mm=1 346 mm。

3.2.2鋼棒支撐系統(tǒng)

鋼棒支撐體系為鋼棒+托梁+工字鋼(縱橫布置)+方木+模板的模板支撐體系，如圖1～圖3所示。

1)穿鋼棒。

在墩柱上預(yù)留的φ110的孔中穿入φ100的鋼棒，鋼棒安裝位置要準(zhǔn)確，誤差不大于5 mm，兩端外露長度相等，均為50 cm，鋼棒安裝時，人工配合25 t汽車吊吊裝至預(yù)留孔內(nèi)。

2)托梁安裝。

托梁套在外露的剛棒上，首先將寬200 mm、厚度為16 mm鋼板鐵盒套在外露的鋼棒上，鐵盒內(nèi)徑為110 mm，比鋼棒直徑大10 mm，以利于穿入，鐵盒套上鋼棒后四個角空隙用三角木塊塞牢敲緊，防止鋼棒在鐵盒內(nèi)移動。鋼板鐵盒上安置機械式千斤頂，鐵盒鋼板與千斤頂?shù)c焊固定，機械千斤頂頂端上焊接16 mm厚20 cm×20 cm鋼板，機械式千斤頂可調(diào)整支撐體系高度。

在機械千斤頂端鋼板上焊接兩條Ⅰ50C工字鋼縱梁，工字鋼縱梁安裝必須平穩(wěn)，高度通過機械千斤頂進行調(diào)整。兩組工字鋼縱梁之間用20@200 mm鋼筋在底部進行焊接，以提高工字鋼縱梁的整體穩(wěn)定性。工字鋼上單排放置Ⅰ16工字鋼橫梁，橫梁間距30 cm，Ⅰ16工字鋼與Ⅰ50C工字鋼采用點焊連接，其上進行模板安裝。

3)支撐體系施工注意事項。

a.鋼棒必須對稱，孔洞位置必須置于與蓋梁縱向中心線垂直的軸線上，預(yù)埋PCV管要保持水平，安裝準(zhǔn)確，鋼棒伸出墩柱不少于50 cm。

b.機械式千斤頂安裝時必須安裝平穩(wěn)，千斤頂伸長到等高位置，頂面鋼板四個鋼板控制在同一水平高度。

c.縱梁下掛安全防護網(wǎng)，防止落物傷人。

3.2.3鋪設(shè)底模

蓋梁施工利用12 mm膠合板作為施工模板進行施工，在鋼棒支撐體系的Ⅰ16工字鋼橫梁上滿鋪10 cm×10 cm方木，方木中心間距30 cm，方木上鋪膠合板，膠合板與方木用鐵釘加固牢固，作為底模。

3.2.4操作平臺施工

橋墩墩柱四周搭設(shè)施工操作平臺，作為人員上下通道及安裝支撐體系平臺。操作平臺采用抱柱方式將腳手架與橋墩墩柱連成整體，抱柱采用腳手架鋼管與扣件搭設(shè)，與滿堂腳手架連接至少一跨兩個扣件，抱柱時在墩柱與鋼管間放置20 mm厚木板，保護已澆筑完成的墩柱混凝土。操作平臺搭設(shè)1.2 m防護欄桿并掛安全網(wǎng)進行防護。

3.2.5測量標(biāo)高放線

測量人員根據(jù)設(shè)計圖紙利用現(xiàn)場木樁或鋼筋樁側(cè)放出蓋梁的結(jié)構(gòu)邊線及高程，現(xiàn)場施工人員做好標(biāo)記并保護好測量樁。

3.2.6鋼筋制安

鋼筋原材料進場要進行試驗，試驗合格后方可投入使用。鋼筋下料嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙開具鋼筋下料單，鋼筋加工安排在鋼筋加工廠集中加工成型，并按鋼筋長度、規(guī)格分類擺放，注意防雨雪、防銹。最后運至施工現(xiàn)場進行綁扎安裝，蓋梁底面、側(cè)面的保護層利用墊塊來保證，控制鋼筋保護層厚度為30 mm，鋼筋安裝時注意橋墩支座墊石的鋼筋預(yù)埋，預(yù)埋位置要準(zhǔn)確定位，嚴(yán)格按照圖紙設(shè)計數(shù)量安裝預(yù)埋鋼筋。

鋼筋制安要注意以下幾點：

1)鋼筋的表面要求潔凈、無損傷，使用前要將表面的油漬、漆皮、鱗銹等清除干凈，帶有顆粒狀或片狀老銹的鋼筋不得使用。

2)鋼筋焊接時存留的焊渣要清除，單面焊縫長度為10d，雙面焊縫長度為5d，焊接處與鋼筋彎曲處的距離不小于10d。

3)要避免在鋼筋的最大受力處設(shè)置接頭，鋼筋接頭要交錯排列，接頭間距相互錯開的距離不小于35d且不小于50 cm。

4)蓋梁鋼筋施工時，鋼筋彎曲要符合規(guī)范要求，盡量避免在接頭處彎起鋼筋。蓋梁底面、邊側(cè)的保護層利用墊塊來保證。主筋、箍筋間距要依據(jù)圖紙要求進行。

3.2.7側(cè)模安裝

為了使混凝土澆筑蓋梁外光內(nèi)實，蓋梁模板要涂刷優(yōu)質(zhì)脫模劑，蓋梁鋼筋安裝定位后，支立側(cè)模，側(cè)模采用12 mm膠合板，模板外側(cè)橫豎采用10 cm×10 cm方木進行固定，墩柱頂部混凝土澆筑完成后在其上預(yù)埋地錨，地錨連接拉條拉桿對蓋梁兩端模板進行加固，蓋梁兩側(cè)模板使用對拉桿定位并加固。

3.2.8蓋梁混凝土澆筑

1)蓋梁混凝土澆筑前，要將模板倉號內(nèi)的泥土、碎石屑、雜物清理干凈，模板涂刷脫模劑，模板底側(cè)與橋墩墩柱連接處用水泥砂漿封口。

2)混凝土倉號清理完、模板加固牢固，振搗棒等澆筑設(shè)備準(zhǔn)備到位，報監(jiān)理驗收，驗收通過后，開倉澆筑。

3)混凝土澆筑要連續(xù)進行，拌合站要保證混凝土的供應(yīng)用量，采用分層澆筑的方式進行澆筑，每層混凝土澆筑厚度為50 cm。混凝土必須振搗密實，振搗棒移動距離不得超過振搗棒作用半徑的1.5倍，振搗上層混凝土?xí)r振搗棒要插入下層混凝土5 cm左右，要注意控制振搗時間，要做到不欠振，不漏振，不過振，合適的振搗時間可從以下現(xiàn)象判斷：振搗混凝土無明顯下沉，混凝土不再持續(xù)冒出氣泡，混凝土表面泛出灰漿呈水平狀態(tài)，并將模板邊角填滿充實。每處混凝土振搗完畢后振搗棒要徐徐提出，要避免振搗棒碰撞模板、鋼筋和其他預(yù)埋件。

4)蓋梁混凝土采用37 m汽車泵進行建筑入倉，混凝土澆筑過程中，要派專人檢查看護蓋梁模板，主要觀察蓋梁模板支架有無下沉、鼓突、脹模、傾倒等情況，如果發(fā)現(xiàn)應(yīng)立即停止?jié)仓炷?，及時處理，在模板支撐及模板加固好并檢查無其他安全隱患后再進行澆筑。

5)混凝土澆筑完成后8 h或終凝后，混凝土表面用土工布或黑棉氈覆蓋并進行灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于28 d。冬季施工時若天氣溫度太低或遇到負溫天氣，則不再進行灑水，僅用土工布或黑棉氈進行覆蓋蓄熱養(yǎng)護。

6)混凝土澆筑完成12 h后可以拆除蓋梁側(cè)面模板，拆模時要避免重撬、硬砸，以避免損傷混凝土表面。底模板及穿柱鋼棒支撐體系的拆除需要蓋梁混凝土強度達到75%以上，在冬季一般混凝土養(yǎng)護齡期不少于14 d以后方可拆除底模。

3.2.9拆除鋼棒與托梁

當(dāng)蓋梁混凝土強度達到規(guī)范要求并可以進行底模拆除時，同時進行鋼棒支撐體系的拆除，首先由不少于4名施工人員同時控制千斤頂同步緩緩向下放落，千斤頂降落到最底位置，降落過程要保持降落速度緩慢進行并且要使各處千斤頂同時同步降落，最重要的是要保持鋼棒支撐體系的平穩(wěn)。 拆除順序按照從上到下依次拆除，先拆除底模膠合板，再依次為方木、Ⅰ16工字鋼、Ⅰ50C工字鋼、千斤頂、圓柱鋼棒。拆除工字鋼時利用25 t汽車吊進行吊裝，切割工字鋼焊縫采用角磨機安裝上切割片進行切割。

鋼棒支撐體系拆除時應(yīng)注意：

1)拆除前檢查支撐體系是否存在損壞、連接松動、焊接斷開等安全隱患，若發(fā)現(xiàn)這些安全隱患則必須進行處理，處理完成后方可進行拆除施工。

2)進行鋼棒支撐拆除工作的人員，必須按照規(guī)范及安全作業(yè)規(guī)則佩戴好安全帽、安全帶，腳穿軟底鞋，設(shè)置安全網(wǎng)，且拆除工作人員必須身體健康，有恐高等不適合高空作業(yè)施工的人員禁止上崗施工。

3)利用汽車吊進行拆除吊裝作業(yè)時，必須有專人指揮，汽車吊吊臂作業(yè)范圍內(nèi)禁止人員逗留，并設(shè)立明顯的作業(yè)及進入標(biāo)志。汽車吊操作人員必須持證上崗，無證人員或非汽車吊操作人員不得進行汽車吊吊裝作業(yè)。

4)利用25 t汽車吊拆除鋼棒、工字鋼支撐時，要安排專職安全員全程跟蹤監(jiān)控，糾正和消除施工中出現(xiàn)的不安全因素。

5)拆除的模板、方木、工字鋼及其他零部件嚴(yán)禁向下拋落，應(yīng)先將拆卸下的方木、模板平穩(wěn)放置在施工操作平臺上，使用25 t汽車吊分次吊裝，吊裝卸下的材料要擺放整齊，嚴(yán)禁亂堆亂放施工材料，保持現(xiàn)場文明施工。

4 鋼棒支撐體系安全性復(fù)核

對蓋梁支撐體系進行受力驗算，黃鴨河大橋5個蓋梁結(jié)構(gòu)完全相同，故本計算書取其中的單個橋墩蓋梁作為驗算對象。

4.1 荷載分析

蓋梁尺寸：長×寬×高=10.7 m×2.5 m×2.3 m。

混凝土方量：63.2 m3，鋼筋混凝土蓋梁單位容重γ=26 kN/m3，則蓋梁自重G=γ×V=26×63.2=1 643.2 kN，蓋梁模板重6.9 kN。

蓋梁荷載：g1=G/S=1 643.2 /26.75=61.43 kN/m2。

模板荷載：gm=Gm/S=6.9/26.75=0.26 kN/m2。

施工人員荷載：gr=2.0 kN/m2。

S為蓋梁垂直投影面積。

傾倒混凝土產(chǎn)生的沖擊荷載和振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載均按2.0 kN/m2考慮。

A3鋼材容許彎曲應(yīng)力:[σw]=145 MPa。

容許剪應(yīng)力:[τ]=85 MPa。

彈性模數(shù):E=2.1×105MPa。

4.2 分配梁受力驗算

分配梁采用Ⅰ16工字鋼，工字鋼長3.5 m，跨徑2.5 m，中對中間距30 cm，Ⅰ16工字鋼自重：0.205 kN/m。

分配梁線荷載為：

q=(g1+gm+gr+2.0×2)×0.3+0.205=(61.43+0.26+2+2×2)×0.3+0.205=20.52 kN/m。

分配梁跨中彎矩：

計算得，Mmax=20.52×2.5×2.5/8=16.03 kN·m。

Ⅰ16工字鋼截面參數(shù)：截面慣性矩I=1 130 cm4，截面抵抗矩W=141 cm3。

彎曲應(yīng)力計算：

最大正應(yīng)力:σmax=M/W=16.03×106 N·mm/141=113.67 MPa≤145 MPa，滿足要求。

撓度計算：

由f=5ql4/(384EI)=5×20.52×103N/m×2.54 m/(384×2.1×105×106N/m×1 130×10-8)=4.4 mm。

f≤l/400=2 500/400=6.25 mm (容許撓度值)，滿足要求。

根據(jù)計算結(jié)果，分配梁滿足受力要求。

4.3 縱梁受力驗算

縱梁采用2根Ⅰ50C工字鋼A3鋼材，每側(cè)1根，Ⅰ50C工字鋼自重109.354 kg/m。 縱梁荷載分布如圖4所示。

縱梁的荷載為：

q=(G+Gm+(gr+2.0×2)×S)/l蓋梁/2+0.205×3.5×1/0.3/2+1.093=(1 643.2+6.9+(2+2.0×2)×26.75)/10.7/2+0.205×3.5×1/0.3/2+1.093=86.9 kN/m。

Ⅰ50C截面參數(shù)：I=50 640 cm4，W=2 080 cm3。I/S=41.8 cm，d=16 mm。

彎曲應(yīng)力計算：

縱梁彎矩：

MA=MB=1/2×q×a×a=1/2×86.9×2.4×2.4=250.272 kN·m=250 272 N·m。

MC=(q×l×l/8)×(1-(4×a×a)/(l×l))=(86.9×5.9×5.9/8)×(1-(4×2.4×2.4)/(5.9×5.9))=127.852 kN·m。

所以，Mmax=MA=MB=250 272 N·m。

由圖4可知，縱梁最大彎曲正應(yīng)力：

σmax=Mmax/W=250 272×1 000 000/2 080=120 323 076 Pa=120.32 MPa。

安全系數(shù)取1.2，則1.2×120.32=144.38 MPa<145 MP，滿足要求。

剪力計算：

V1=qa=86.9×2.4=208.56 kN，V2=ql/2=86.9×5.9/2=256.36 kN。

即最大剪力:V=256.36 kN。

τ=VS/(ID)=256.56 kN/(41.8 cm×16 mm)=38.4 MPa≤85 MPa,滿足要求。

縱梁撓度計算：

f=(5-24a2/l2)×ql4/(384EI)=(5-24×2.4×2.4/5.9×5.9)×(86.9×103N/m×5.94 m)/(384×2.1×105×106N/m×50 640×10-8)=0.34 mm。

f≤l/400=2 400/400=6 mm，滿足要求。

根據(jù)計算結(jié)果，縱梁滿足受力要求。

4.4 鋼棒受力驗算

查表知φ100鋼棒參數(shù)：截面面積A=78.5 cm2。

每根鋼棒在縱梁下部承擔(dān)豎向集中荷載，則主要計算其所受剪應(yīng)力即可：

縱梁支座反力(即鋼棒所受剪力)：

RA=RB=(q×l/2)×(1+(2×a)/l)=(86.27×5.9/2)×(1+(2×2.4)/5.9)=461.54 kN。

則鋼棒所受的最大剪應(yīng)力V=461.54 kN。

剪應(yīng)力計算：τ=V/A=461.54 kN/78.5 cm2=58.8 MPa≤85 MPa。

根據(jù)計算結(jié)果，鋼棒滿足受力要求。

5 結(jié)語

近年來隨著我國建筑設(shè)施的不斷發(fā)展，橋梁工程的建設(shè)也逐漸增多，高墩施工技術(shù)將被越來越多地應(yīng)用在橋梁施工過程中。并且，為適應(yīng)工程建設(shè)的發(fā)展，橋梁高墩施工技術(shù)也必將隨之完善，為橋梁的施工建設(shè)發(fā)揮重要的作用。

橋梁高墩采用穿鋼棒法施工技術(shù)，充分利用混凝土等強時間，各墩柱平行作業(yè)，資源重復(fù)利用率高，也避免了大體量承重腳手架搭設(shè)，大大節(jié)約了成本，縮短了工期。穿鋼棒法施工技術(shù)為高墩蓋梁及聯(lián)系梁施工提供一個既節(jié)省成本，又能保證質(zhì)量的行之有效的施工方法，是一種非常好的值得廣泛推薦的施工方法。