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1、方形抱箍在灌河大桥引桥盖梁施工中的应用摘要：方形抱箍作为盖梁施工中支撑模板的一种新方式，在灌河大桥引桥盖梁施工首次应用，介绍了这种抱箍的设计构思、结构受力计算、荷载试验、应用效果及技术经济比较等方面的情况。关键词：方形抱箍 盖梁施工 构思与设计 应用效果1 概 述抱箍作为盖梁施工的一种支撑方式，具有结构轻便，加工制作简单，成本低廉等优点，近年来被广泛应用于桥梁施工中，但由于结构受力分析困难，仅以圆形形式在圆形墩柱的桥梁施工中出现，方形抱箍一直未见应用。灌河大桥是江苏省连盐高速公路上的一座特大型桥梁，其引桥墩柱为八棱柱截面，截面尺寸为120140cm，四角设计有2540cm倒角，所有墩柱均不设承
2、台，仅在两墩柱间设系梁，由于桥址处地基为典型的软基，承载力较差，墩柱高度偏大，盖梁施工如采用满堂支架法，则须对支架地基进行分层处理，如处理不当，将会导致支架地基的不均匀沉降，进而影响到盖梁的施工质量；另一方面，地基处理与支架的搭设施工周期长，不利于加快施工进度，成本也较高，并且建设单位对混凝土工程外观要求很高，不主张在墩柱上留孔洞或预埋牛腿。基于这些原因，通过认真分析研究和比较，灌河大桥引桥盖梁施工首次采用了方形抱箍。2 设计构思针对方形抱箍在受力和构造两个方面的特点，从受力特点入手进行分析，并对构造形式进行比较，从而得出采用的形式。 要点分析2.1.1 须详细计算荷载，以精确确定每个墩柱上抱
3、箍需要提供的支撑力。支撑力可按下式计算：F=k（G1+G2+G3+G4）/2 （1）式中：F每个墩柱上支撑力； k保证系数，取； G1盖梁自重（不包括墩顶分），本例为823kN； G2模板、支撑钢横梁重量，本例为114kN； G3施工荷载，本例为45kN；G4抱箍自重，设计前估算为15kN；计算F=748kN。2.1.2 抱箍要有足够的摩擦面，才能提供足够的支撑力。2.1.3 由于方形抱箍对墩柱面产生压力的方式与圆形抱箍不同，抱箍背框要有足够的刚度，使用时方不致产生太大变形，确保摩擦面有效发挥作用。2.1.4 抱箍的组拼尺寸（内侧）应略小于墩柱的截面尺寸，所以连接法兰必须有适当的压紧间隙，但不
4、宜太大，以1cm为宜。2.1.5 为保证抱箍摩擦面对墩柱面产生足够且合理的压力，法兰连接螺栓的规格、数量及扭力的确定也是一个重要的问题。 形式选择根据墩柱截面形状，首先选择了内侧组装形式与墩柱面吻合的八角形式，如图1所示，抱箍由两部分组成，组装后有八个摩擦面。此种形式相当于圆形抱箍的延续，存在一定的弊病，第一由于墩柱采用多套模板施工，截面尺寸存在微小差异，因此不能保证抱箍与墩柱完全吻合，也就不能保证摩擦面有效发挥作用（尤其法兰侧的摩擦面几乎没有效用）；其次极易对墩柱棱角造成破坏。因此放弃此种形式。组装结构形式图组装图 图1 抱箍形式A通过抱箍形式A的分析，认为八个摩擦面很难保证全部有效利用，从
5、而又设想了第二种形式，如图2所示，抱箍由四部分组成，组装后有四个摩擦面，与墩柱四个大面对应设置，摩擦面宽度小于墩柱面宽度，倒角不设摩擦面。此种形式虽能够克服对墩柱棱角造成破坏的缺陷，但由于四个法兰在拼装时不易控制压紧间隙的均衡性，很难保证摩擦面与墩柱面完全接触，更易造成摩擦失效、抱箍下滑，另外此种形式组装后的整体性也差，所以也放弃了。组装结构形式图组装图 图2 抱箍形式B经过对上述两种形式的分析，最终确定方形抱箍采用如图3所示的形式，抱箍由两部分组成，组装后有四个摩擦面，摩擦面的设置与形式B相同。这种形式能够很好的解决形式A、B存在的缺陷，并且操作相对简便，整体性好。摩擦面墩柱轮廓线摩擦面支撑
6、法兰背框组装结构形式图组装图 图3 抱箍形式C(采用形式)3 设计计算 根据抱箍所需提供的支撑力，计算摩擦面积，确定摩擦面尺寸。F=N （2）式中：F每个墩柱上支撑力。 钢与砼的摩擦系数，根据中型砌块设计与施工规程JGJ5-80及现场试验，本例取值。 N抱箍对墩柱面产生的压力。计算N=1496KN。由于墩柱混凝土的设计强度为30MPa，抱箍对墩柱面的压应力不宜太大，否则会产生压痕影响外观，甚至造成墩柱破坏，同时压应力太大，摩擦面就会很小，相应抱箍的总体结构尺寸也会很小，对背框和法兰的设计就会带来很高的要求（小尺寸，大刚度），因此确定抱箍对墩柱产生的压应力不超过=1MPa，以此原则计算摩擦总面积
7、。A=N/ （3）式中：A摩擦总面积。 N抱箍对墩柱面产生的压力。 抱箍对墩柱面产生的压应力。计算A=1.5m2。考虑结构的需要，抱箍的高度定为100cm，相应摩擦面的高度也为100cm，宽度定为60cm和50cm（分别小于对应墩柱面宽度10cm）。实际摩擦面总面积A1=2（+）1=2.2m2，大于计算值1.5 m2，抱箍对墩柱实际产生的压应力要小于1MPa，是有利的。 根据抱箍对墩柱面产生的压力N的计算结果，推算法兰的连接压紧力，从而确定法兰连接螺栓的规格、数量和终拧扭力。首先计算法兰的连接压紧力，如图4所示。图4 法兰连接压紧力计算图示(尺寸单位：mm)N=2 Fcos45 （4）式中：F
8、法兰的连接压紧力。 N每个摩擦面的压力，N=N/4=1496/4=374KN。计算F=264KN。初步考虑采用普通螺栓，并考虑采用乙字型梅花扳手人工施拧，为方便操作和保证足够的压紧力，螺栓规格不宜太小，数量要适中，这样扭力也不会太大。设计时按每个法兰18套M24普通螺栓考虑，据此进行验算。每套螺栓的施工预拉力PC= F/18=，远小于螺栓的允许预拉力。下面计算螺栓的终拧扭力，首先通过公式（5）计算螺栓的终拧扭矩。TC=KPCd (5)式中：TC终拧扭矩（Nm）。K螺栓的扭矩系数，取。PC螺栓的施工预拉力（KN）。d螺栓公称直径（mm）。计算TC=m。按规格长度45cm的扳手计算终拧扭力如下：T
9、=TC/L （6）式中：T终拧扭力（N）。L扳手力臂长度（m），取0.35m。计算T=（合公斤力），人工施拧较易达到。通过上述计算，虽然螺栓的施工预拉力远小于允许预拉力（），但终拧扭力已经达到，如果减少螺栓数量，势必增加终拧扭力，人工在高空施拧就很难满足要求了，因此就按初步设想确定每个法兰采用18套M24螺栓，施工终拧扭力。 为保证摩擦面与墩柱面的有效接触，背框要有足够的刚度，通过对背框变形（挠度）验算，确定背框的选材。法兰的压紧间隙为1cm，背框变形不超过5mm是可以接受的。按墩柱截面尺寸估算长边背框长度约为220cm，三层背框，偏安全考虑，采用计算模式为简支梁跨中集中荷载。图5 背框计算图
10、示(尺寸单位：mm)采用公式（7）验算背框变形，计算背框惯性矩，确定背框选材。f=Pl3/48EI （7）式中：f背框跨中变形，取5mm。 P每层背框跨中集中力，P= N/3=。 l背框长度。E钢材弹性模量。I惯性矩。计算I=107mm4，22号槽钢的惯性矩与此相近，设计确定采用，最终设计结构如图4所示，长边背框长度215cm，实际效果是偏安全的。4 荷载试验 试验方法根据现场情况，确定试验地点为拌合站料场的砼地坪，利用墩柱首件施工的试验柱，荷载采用现场整捆钢筋（每捆约）。具体试验步骤为先将抱箍安装在试验墩柱上，在抱箍上放卸落千斤顶，然后搭设两根钢横梁（由两根长度8m的40b工字钢组合），两端
11、悬挑，在钢横梁上堆载试压，如图6。图6 抱箍荷载试验示意图 试验情况第一次试验，将荷载加至（23捆钢筋+两根钢横梁）时出现异常，试验墩柱下地基发生破坏，试验墩柱整体下沉，试验不成功。第二次试验，在砼地坪上铺设2.5cm厚钢板，将试验墩柱移至钢板上进行，加载至（31捆钢筋+两根钢横梁），进行24小时观测，抱箍未发生下滑，试验成功。5 细节优化 试验虽然成功，但发现存在几个问题。、螺栓在拆装两次以后损坏比较严重，多数有滑扣现象。、试验后抱箍背框已有微小变形，多次使用必然不能保证足够的压紧间隙。、单个抱箍的形式在有下滑趋势时，缺乏有效的自锁功能。分析原因如下：问题认为有两个原因，一是普通螺栓材质较差
12、，丝扣易损坏；二是试验在地面进行，螺栓施拧较易进行，并且扳手采用了加长柄，实际终拧扭力已经大于设计值。问题也有两个原因，一是实际终拧扭力已经大于设计值，二是背框刚度稍弱。问题是由于抱箍高度较大（100cm），在有下滑趋势时产生导向作用，造成抱箍均匀下滑，不能自锁。 针对原因分析，采取如下几点优化措施：、采用高强螺栓，解决螺栓材质差的问题。、采用电动扭矩扳手，能够保证与设计相符的终拧扭力。、将背框内侧加焊钢板，提高背框刚度。、将单个抱箍改为两个抱箍叠放降低单个抱箍的高度，削弱导向作用，提高自锁性能。6 最终加工形式最终加工形式如图7，实际重量，略大于设计计算时的估算值，不会对计算结果有大的影响，
13、另改为双层叠放，背框增加为四层，是比设计有利的。图7 抱箍实物照片7 方形抱箍施工 施工程序方形抱箍的施工程序如图8。地基整平安装钢横梁安装抱箍搭设辅助支架进行盖梁施工安装卸落千斤顶图8 抱箍施工程序图 施工方法7.2.1 采用人工将要施工的盖梁下方地基大致整平，保证辅助支架立柱位置标高一致即可。7.2.2在平整号的地基上人工搭设钢管辅助支架，辅助支架的作用是给抱箍安装提供一个临时支撑，方便安装，在盖梁施工时不受力。辅助支架的顶标高控制在抱箍的下缘。7.2.3首先用16t汽车吊起吊一半抱箍，落于辅助支架上，再起吊另一半上支架，两半抱箍大致就位后，对正法兰，穿入高强螺栓，用电动扭矩扳手将螺栓逐个
14、拧紧，注意两个法兰要对称进行，然后安装第二层抱箍。7.2.4 抱箍安装后，在抱箍上安装卸落千斤顶，采用双32t机械千斤顶。7.2.5 在千斤顶上安装钢横梁，钢横梁采用双40b工字钢组合，两根横梁设置对拉杆，确保钢横梁的稳定。7.2.6 在钢横梁上铺设底模进行盖梁施工。 施工情况施工情况见图9，在实际施工时，摩擦面采用了单层土工布覆面，这样既增加了摩擦系数，又对墩柱面起到一定的保护作用。在第一次施工时进行了预压试验，未见异常后展开正式施工。图9 抱箍施工照片灌河大桥引桥共74片盖梁，投入5套抱箍，配套的辅助钢管支架（仅用作脚手），32t机械千斤顶40个，电动扭矩扳手2把，每套抱箍使用次数已超过1
15、0次，未出现任何异常现象，抱箍性能非常稳定。8 与满堂碗扣支架的经济技术比较根据实际情况，如不采用方形抱箍，一般将采用传统的满堂式碗扣支架，为满足施工需要，同样需投入5套支架，高度按12m考虑。按照以往施工经验进行地基处理和支架布置，形式如图10，一套支架的投入情况如表1，据此进行比较。灰土地基碗扣支架墩柱图10 假定支架布置形式 一套支架投入情况 表1序号项目规格及数量备注1地基16m6m0.5m=48m3采用8%灰土地基2碗扣支架1.8m立杆888根10.67kg/根=9475kg1、立杆采用61.8m+1.2m组合；2、立杆在盖梁下方按60cm见方布置，两侧按1.2m间距布置；3、横杆按
16、1.2m层距布置；4、上下采用60cm可调托座。5、下托采用30cm30cm10cm砼垫块。1.2m立杆148根7.41kg/根=1097kg1.2m横杆520根5.12kg/根=2262kg0.6m横杆2120根2.82kg/根=5978kg可调顶托96个7.2kg/个=691kg可调顶托148个7.2kg/个=1066kg砼垫块148块0.009m3/块=1.33m3 技术比较方形抱箍与满堂碗扣支架的技术比较见表2。 方形抱箍与满堂碗扣支架的技术比较 表2相关比较内容方形抱箍满堂碗扣支架1、地基处理人工简单整平。处理复杂，要求高。2、辅助支架需要，但很简单。无。3、安装或搭设抱箍安装简便，
17、省时。支架搭设简便，但费时。4、工作情况性能稳定，很安全。性能稳定，安全，但受地基影响大。5、拆除抱箍拆除简便，省时。支架拆除简便，但费时。 经济比较按灌河大桥全部引桥盖梁施工对方形抱箍与满堂式碗扣支架进行经济比较，比较结果见表3。 方形抱箍与满堂碗扣支架经济比较 表3方形抱箍满堂碗扣支架1、抱箍（摊消50%）：525200元/t=49400元。1、支架（含顶底托，摊消35%）：56000元/t=216300元2、辅助支架（摊消35%）：3900元/t=8873元2、砼垫块（更换4次）：1.33 m354320元/ m3=8512元3、千斤顶（摊消35%）：40个650元/个=9100元3、地
18、基处理：48m3灰土30元/ m374次=106560元4、电动扳手（摊消35%）：2把1200元/把=840元4、支架安装：40个人工35元74次=103600元5、地基处理：个人工35元74次=1295元5、支架拆除：40个人工35元74次=103600元6、抱箍安装：（个人工35元+16t汽车吊台班800元/台班）74次=18685元6、材料场内倒运（共倒运15次，30元/t次）：5450元/t=46350元7、抱箍拆除：（个人工35元+16t汽车吊台班800元/台班）74次=18685元8、材料场内倒运（共倒运15次，30元/t次）：（52+）450元/t=11475元合计： 1183
19、53元合计： 584922元注：表中抱箍数据为实测数据，碗扣支架数据为经验估算数。通过上述比较，方形抱箍有明显的优势，尤其表现在成本和功效上，就灌河大桥而言，可节约成本近50万元，并且可减轻因购买碗扣支架造成的资金压力。9 结 论经过灌河大桥引桥盖梁施工实践证明，方形抱箍法是一种非常可靠高效的施工方法，并且有可观的经济效益。通过本桥对方形抱箍的设计和成功使用，为今后类似工程的施工提供了一种全新的思路。对不同构造形式的抱箍，在设计和应用时应注意到：1、抱箍要有足够的摩擦面积；2、合理选择抱箍的拼装形式，背框有足够的刚度（圆形或弧形截面除外），保证摩擦面有效发挥作用；3、选择合适的连接方式，提供足够的墩柱面压力。对任何多边形或异形截面的墩柱，只要把握好上述几点都可以设计出适用的抱箍完成其盖梁或高墩系梁的施工。参考文献：1 中型砌块设计与施工规程JGJ5-802 公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000
