盖梁抱箍施工技术在软土地基的运用及质量控制.docx
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盖梁抱箍施工技术在软土地基的运用及质量控制
盖梁抱箍施工技术在软土地基的运用及其质量控制
一、前言
在软土、水网等无持力层的复杂地域进行盖梁施工，因其作业面土持力层松软，不能用作支撑，如采用传统的满堂支架不仅施工费用居高不下，施工质量不能得到有效保证，而且对施工进度会造成一定影响。
在这种复杂的地质条件下，只有采取正确的施工方式，进行合理有效的施工，才能确保工程质量。
本文将结合南京快速内环西线南延工程二标段顺河桥工程的盖梁施工工艺，总结整个施工过程的质量监理工作，主要内容如下：
二、工程概况：
1、设计概况
顺河桥桥长374米（起迄里程为K1+526～K1+900）。
共有23个桥墩详见下表，S02～S06、S11～S17墩为双柱式，S07～S10、墩为三柱式结构（墩柱为直径1.2m的钢筋砼结构）；S21墩为双柱式，S18～S20墩为三柱式结构，S22～S24（墩柱为直径1.0m的钢筋砼结构），墩柱上方为盖梁。
盖梁施工拟采用抱箍法施工。
部位
墩号
类型
盖梁长
盖梁宽
盖梁高
砼数量
顺
河
桥
S02～S04
双柱
9.75
1.7
1.4
21
S05
双柱
9.78
1.7
1.4
21
S06
双柱
11.59
1.7
1.4
26
S07
双柱
12.25
1.7
1.4
28
S08
双柱
12.25
1.7
1.4
28
S09
双柱
12.25
1.7
1.4
28
S10
双柱
12.25
1.7
1.4
28
S11
双柱
12.31
1.7
1.4
28
S12
双柱
12.9
1.85
1.8
40
S13
双柱
5.48
1.5
2.4
54
S14
三柱
13.43
1.7
1.4
30
S15
三柱
15.27
1.7
1.4
35
S16
三柱
17.11
1.4
1．7
39
S17
三柱
17.55
1.7
1.4
40
S18
三柱
13.48
1.5
2.4
45
S19
三柱
14.63
1.5
2.4
49
S20
三柱
16.34
1.5
2.4
54
S21
三柱
16.34
S22
单柱
3.72
1.5
1.4
8
S23
单柱
3.63
1.5
1.4
8
S24
单柱
3.63
1.5
1.4
8
根据上表统计分析，双柱墩取砼最大值S17号墩砼量为40m3，盖梁为长12.9m，宽1.85m，高1.8m的钢筋砼结构、三柱墩取砼最大值S20号墩砼量为54m3，盖梁为长16.34m，宽1.5m，高2.4m的钢筋砼结构进行验算。
如图1-1。
S17双柱墩S20三柱墩
图1-1盖梁正面图
2、地理位置情况
顺河桥桥墩均位于南河中，但均处于软土地基中。
三、盖梁施工方案比选
盖梁通常情况下有三种方案：
即搭设满堂支架、墩柱预留孔穿钢锭法、抱箍法施工。
这三种方法中第一种方法适合于地基条件较好的陆地上施工，本桥的盖梁大部位于软土地基上，其余在水中，所以该方法不适用。
第二种方法由于要在墩柱上穿孔，完工后修补会影响墩柱外观质量，且盖梁施工时钢锭下一般要用立柱支撑加固。
这对于较高的立柱不容易加固，且对立柱下的地基承载力要求较高。
因此这两种方法都不适用。
相比之下抱箍法则依靠抱箍与墩柱间的摩擦力来支撑盖梁的重量和施工荷载，不要求地基的承载力，尤其适用于水中盖梁施工。
四、抱箍
1、“抱箍”设计简介：
“抱箍”最主要的特点就是将盖梁施工荷载通过摩擦力直接传给墩柱。
“抱箍”必须具有一定的钢度,能够承受一定的重量而不变形。
“抱箍”的结构形式采用两个半圆形的钢板（厚16mm）,通过连接板上的螺栓连接在一起,使钢板与墩身密贴。
钢板的高度由连接板上的螺栓个数决定。
1.1“抱箍”使用的理论依据
“抱箍”与墩柱间的最大静摩擦力等于正压力与摩擦系数的乘积。
采用两块半圆弧型钢板（板厚t=16mm）制成，M24的高强螺栓连接，抱箍高60cm，采用32根高强螺栓连接。
抱箍紧箍在墩柱上产生摩擦力提供上部结构的支承反力，是主要的支承受力结构。
为了提高墩柱与抱箍间的摩擦力，同时对墩柱砼面保护，在墩柱与抱箍之间设一层10mm厚的橡胶垫。
1.2“抱箍”施工工艺
“抱箍”法施工工艺流程:
抱箍加工→抱箍拼装→抱箍吊装→安装盖梁模板→吊装钢筋笼→盖梁砼施工。
2、抱箍特点
2.1抱箍法施工可操作性强，有很高的安全保证体系，外观轻巧又便于检查验收，可以较好控制施工安全。
2.2支模可以省很多工时，对地基要求不高，节省支撑钢管，大大降低了成本。
2.3抱箍法无支架施工很少影响道路、河道的交通和通航，有利于快速施工和文明施工，具有很好的推广应用价值。
3、施工中应注意的问题
3.1抱箍加工
抱箍内径宜比圆柱直径大1～2cm。
抱箍与砼接触面要平整,连接板采20mm钢板。
箍身用钢板采用16mm钢板,所有的焊接部位必须焊接密实,焊缝必须饱满。
抱箍与砼接触面处垫1cm左右的橡胶板。
抱箍连接板上螺栓孔的大小由选择的螺栓直径大小决定。
3.2抱箍试拼
抱箍试拼可在墩柱底进行,抱箍与砼接触处垫1cm左右的橡胶板。
抱箍拼装好后,连接处的螺栓必须分三次进行拧紧。
第一次在抱箍拼装好后进行,第二次在抱箍拼装好后第三天进行,第三次是在给抱箍加压后进行,压力的大小必须与抱箍理论承受的荷载相一致。
抱箍螺栓使用前必须检查其是否有缺陷。
只要发现有缺陷坚决不能使用。
抱箍加压后通过在抱箍下方作标志,检查抱箍是否有下沉现象,并做好记录。
3.3抱箍吊装
抱箍拼装合格后,并且墩身混凝土（墩身顶混凝土标高必须比设计标高大1cm）强度达到28天后,就可以吊装抱箍。
抱箍两部分宜同时吊装,操作人员站在脚手架上进行拧螺栓。
抱箍连接板处放在顺桥向方向,用来支撑墩帽模板、盖梁砼及其它临时荷载。
抱箍安装好后应在桥墩上抱箍下方作好标志,以便观测抱箍是否下沉。
3.4抱箍的承重
盖梁底模安放到抱箍上以后,检查抱箍是否下沉,并再一次拧紧抱箍连接螺栓。
若发现抱箍并未下沉,就可以吊装钢筋笼及侧模,此时需再检查抱箍是否下沉,并再一次拧紧螺栓,确认抱箍没有移动,就可以灌注砼。
盖梁在灌注砼过程中必须安排一人观测抱箍是否下沉。
3.5拆放抱箍
可以拆模时,盖梁的侧模用吊车进行吊装。
底模用2～4个吊葫芦进行悬吊,拆抱箍前,抱箍用吊车挂住（也可以吊葫芦悬吊）,然后进行拆抱箍连接螺柱。
下放抱箍。
3.6螺栓的使用
考虑施工上的误差,每排螺栓个数必须比理论计算个数多一个。
抱箍连接螺栓,在重复使用过程中,必须检查螺栓是否滑丝,开裂现象,否则坚决不能使用,换用新的。
五、盖梁抱箍法施工设计计算
1、设计检算说明
（1）设计计算原则
①在满足结构受力情况下考虑挠度变形控制。
②综合考虑结构的安全性。
③采取比较符合实际的力学模型。
④尽量采用已有的构件和已经使用过的支撑方法。
⑤对部分结构的不均布，不对称性采用较大的均布荷载。
⑥本计算未扣除墩柱承担的盖梁砼重量。
以做安全储备。
⑦抱箍加工完成实施前，必须先进行压力试验，变形满足要求后方可使用。
2、纵、横梁受力验算
（1）荷载计算
S17（双柱）：
长12.9m，宽1.85m，高1.8m；S20（三柱）：
长16.34m，宽1.5m，高2.4m。
S17墩：
①盖梁砼自重：
G1=40m3×26kN/m3=1040kN
②模板自重：
1.5KN/m2；
G2=1.5×12.9×1.85=35.8kN
③施工荷载与其它荷载：
G3=20kN
总荷载：
Gz=K1×（G1+G2）+K2×G3
=1.2×（1040+35.8）+1.4×20=1318.96kN
纵梁所承受的荷载假定为均布荷载q：
q=Gz/L=1318.96/12.9=102.25kN/m
横梁所承受的荷载假定为均布荷载q，：
q，=Gz/L，=1318.96/1.85=712.95kN/m
纵梁采用2根工字钢，横梁采用22根方木（间距0.6m）。
S20墩：
①盖梁砼自重：
G1=54m3×26kN/m3=1404kN
②模板自重：
1.5KN/m2；
G2=1.5×16.34×1.85=45.34kN
③施工荷载与其它荷载：
G3=20kN
总荷载：
Gz=K1×（G1+G2）+K2×G3
=1.2×（1404+45.34）+1.4×20=1767.21kN
纵梁所承受的荷载假定为均布荷载q：
q=Gz/L=1767.21/16.34=108.15kN/m
横梁所承受的荷载假定为均布荷载q，：
q，=Gz/L，=1767.21/1.5=1178.14kN/m
纵梁采用2根工字钢，横梁采用27根工字钢（间距0.6m）。
故横梁选用S20墩做受力验算，纵梁选用S17墩做受力验算。
（2）横梁抗弯与挠度验算
横梁跨度为1.2m（墩柱直径），选用方木做横梁，方木允许弯应力[σw]=12MPa，木材弹性模量E=9.0×106KN/m2。
跨中弯矩M=ql2/8=1178.14/27×1.22/8=7.854kN·m
需要的截面模量W=M/（1.2×σw）=7.854/（1.2×12×103）=5.45×10-4m3
初步选定横梁宽度为0.1m，那么有：
b=（6×Ｗ/b）1/2=（6×5.45×10-4/0.1）1/2=0.148m
则选用0.15m×0.15m的方木做为横梁计算其挠度：
I=bh3/12=0.15×0.153/12=4.2×10-5m4
fmax=5ql4/384×EI
=5×1178.14/27×1.24/（384×9×106×4.2×10-5）
=0.003117m
fmax/1.2=0.0026<[f/l]=l0/400=1.2/400=0.003（满足要求）。
（3）纵梁抗弯与挠度验算
选用S17做受力验算。
拟取i40a工字钢，则E=2.1×108Mpa,Ix=21714cm4，w=1085.7cm3，施工过程中最不利荷载时假设:
以普通盖梁立柱形式为例，立柱间距为6.9m；
横梁的弹性模量E=2.1×105MPa；惯性矩I=1127cm4；抗弯模量Wx=140.9cm3；[σ]─容许应力，查规范得210Mpa。
最大弯矩：
Mmax=ql2/8=102.25/2×6.92/8=304.26kN·m
σ=Mmax/Wx=304.26/（1085.7×10-6）
=28024≈28.024MPa<[σw]=210MPa（满足要求）
最大挠度：
fmax=5ql4/384×EI
=5×102.25/2×6.94/（384×2.1×108×21714×10-8）
=0.033m
fmax/6.9=0.00478<[f/l]=l0/400=6.9/400=0.01725（满足要求）。
3、抱箍计算
（1）抱箍承载力计算
1）荷载计算
取S17墩做荷载计算。
S17盖梁按墩柱设二个抱箍体支承上部荷载，由上面的计算可知：
支座反力RA=RB=Q/2=1318.96/2=659.48kN
以最大值为抱箍体需承受的竖向压力N进行计算，该值即为抱箍体需产生的摩擦力。
2）抱箍受力计算
①螺栓数目计算
抱箍体需承受的竖向压力N=659.48kN
抱箍所受的竖向压力由M24的高强螺栓的抗剪力产生，查《路桥施工计算手册》第426页：
M24螺栓的允许承载力：
[NL]=Pμn/K
式中：
P---高强螺栓的预拉力，取225kN;
μ---摩擦系数，取0.3；
n---传力接触面数目，取1；
K---安全系数，取1.6。
则：
[NL]=225×0.3×1/1.6=42.19kN
螺栓数目m计算：
m=N/[NL]=659.48/42.18=15.6≈16个，取计算截面上的螺栓数目m=16个。
则每条高强螺栓提供的抗剪力：
P′=N/16=659.48/16=41.21KN≈[NL]=42.18kN
故能承担所要求的荷载。
（2）螺栓轴向受拉计算
砼与钢板之间设一层橡胶，按橡胶与钢板之间的摩擦系数取μ=0.3计算
抱箍产生的压力Pb=N/μ=659.48kN/0.3=2198kN由高强螺栓承担。
则：
N’=Pb=2198kN
抱箍的压力由16条M24的高强螺栓的拉力产生。
即每条螺栓拉力为
N1=Pb/16=2198kN/16=137.375kN<[S]=225kN
σ=N”/A=N′（1-0.4m1/m）/A
式中：
N′---轴心力
m1---所有螺栓数目，取：
32个
A---高强螺栓截面积，A=4.52cm2
σ=N”/A=Pb（1-0.4m1/m）/A=2198×（1-0.4×32/16）/32×4.52×10-4
0.00062093
=62093kPa=63MPa＜[σ]=140MPa
故高强螺栓满足强度要求。
（3）求螺栓需要的力矩M
1）由螺帽压力产生的反力矩M1=u1N1×L1
u1=0.15钢与钢之间的摩擦系数
L1=0.015力臂
M1=0.15×138×0.015=0.3105KN.m
2）M2为螺栓爬升角产生的反力矩,升角为10°
M2=μ1×N′cos10°×L2+N′sin10°×L2
[式中L2=0.011（L2为力臂）]
=0.15×138×cos10°×0.011+138×sin10°×0.011
=0.488（KN·m）
M=M1+M2=0.3105+0.488=0.7985（KN·m）
=79.85（kg·m）
所以要求螺栓的扭紧力矩M≥80（kg·m）
（二）抱箍体的应力计算：
1、抱箍壁为受拉产生拉应力
拉力P1=8N1=8×138=1104（KN）
抱箍壁采用面板δ16mm的钢板，抱箍高度为0.6m。
则抱箍壁的纵向截面积：
S1=0.016×0.6=0.0096（m2）
σ=P1/S1=1104/0.0096=115（MPa）＜[σ]=140MPa
满足设计要求。
2、抱箍体剪应力
τ=（1/2RA）/（2S1）
=（1/2×659.48）/（2×0.0096）
=17.2MPa<[τ]=85MPa
根据第四强度理论
σW=（σ2+3τ2）1/2=（1152+3×17.22）1/2
=70.56MPa<[σW]=145MPa
满足强度要求。
六、盖梁施工工艺
1、施工准备
待墩柱施工完毕后，测量即测设墩顶标高与中心，若墩顶砼过多则凿除，墩顶按设计要求预留5cm伸入盖梁砼内，以保证盖梁砼与墩柱砼的接合外观质量。
2、抱箍及分配梁安装
2.1、根据测量测放的标高控制点，量测出抱箍安装位置，安装位置比设计降1cm，安装时注意横坡高差的设置，必须严格复核。
2.2、抱箍安装在墩柱上时必须和墩柱密贴，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千差万别。
因此，为保证密贴的效果更加明显，在抱箍与柱子之间垫以橡胶。
2.3、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。
2.4、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表扳手进行终拧。
预紧和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拉力值。
2.5、抱箍安装好后，吊装工字钢，吊装时注意指挥，避免安全事故与碰伤墩柱成品，放在抱箍上要做临时固定措施。
2.6、工字钢固定好后，开始铺设横向方木，必须按间距布置，底模大块模板接缝位置加放一根方木防止接缝在砼浇筑时受力变形，槽钢铺完后逐次检查固定。
3、底模铺装
3.1、底模铺装时特别注意底模与墩柱相箍处，因底模本身的变形与墩柱成品砼的不完全呈圆形，可能范本和墩柱砼间存在间隙，必须用双面胶带贴在接触面内侧，或座浆堵缝，保证砼浇筑时不漏浆污染柱体。
3.2、底模铺好后，调整好底模平整度，但要特别注意，若在范本两头绷线，底模中部范本向下凹，则必须将该处在底模下用小钢片垫起，考虑工字钢本身的施工过程中的挠度，可在底模中部预设5mm预拱度。
4、抱箍构件拆除
在盖梁砼强度达到90%后，拆除盖梁底模及抱箍件与各型钢，抱箍与型钢拆放时注意不要使其变形。
七、质量检查与控制
2.1质量检查标准
2.1.1盖梁实测项目
2.1.1.1基本要求
1）、砼所用水泥、砂、石、水、外加剂及混合材料的质量和规格，必须符合有关技术规范的要求，按规定的配合比进行施工。
2）、不得出现露筋和空洞现象。
2.1.1.2实测项目
项次
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法和频率
权值
1
砼强度（MPa）
在合格标准内
按附录D查询
3
2
轴线偏位（mm）
10
全站仪或经纬仪：
纵、横
各测量2点
2
3
顶面高程（mm）
±10
水准仪：
检查3-5点
2
2.1.1.3外观鉴定
1）、砼表面平整、光洁，棱角线平直。
2）、如出现蜂窝、麻面必须进行修整。
3）、出现非受力裂缝扣分，裂缝宽度超过设计规定或设计未规定时超过0.15mm必须处理。
2.1.2支座垫石和挡块实测项目
2.1.2.1基本要求
1）、砼所用水泥、砂、石、水、外加剂及混合材料的质量和规格，必须符合有关技术规范的要求，按规定的配合比进行施工。
2）、支座垫石不得出现露筋、空洞、蜂窝、麻面现象及任何裂缝。
2.1.2.2外观鉴定
1）、砼表面平整、光洁，棱角线平直。
2）、挡块如出现蜂窝、麻面必须进行修整。
3）、挡块出现非受力裂缝扣分，裂缝宽度超过设计规定或设计未规定时超过0.15mm必须处理。
2.1.3钢筋加工及安装
2.1.3.1基本要求
1）、钢筋、机械连接器、焊条等品种、规格和技术性能应符合国家现行标准规定和设计要求。
2）、冷拉钢筋的机械性能必须符合规范要求，钢筋平直，表面不应有裂皮和油污。
3）、受力钢筋同一截面的接头数量、搭接长度、焊接和机械接头质量应符合施工技术规范要求。
4）、钢筋安装时，必须保证设计要求的钢筋根数。
5）、受力钢筋应平直，表面不得有裂纹及其他损伤。
2.2各质量关键控制点
2.2.1钢筋骨架制作安装
2.2.1.1骨架主筋在制作时，监理应严格检查主筋，较长端必须注意接头的错开与各接头的焊接型式，。
2.2.1.2不能事先按设计加工各箍筋，以防骨架整体绑扎后长宽尺寸缩小，箍筋不能完全箍住主筋。
2.2.1.3监理工程师应认真审图，以确保骨架净护层。
2.2.1.4监理工程师应认真审图，因盖梁设置有横坡，计算盖梁钢筋按设计加工成型后，在有横坡情况下，顶面端部是否会因骨架横坡倾斜而超出盖梁范围，若会超出，或保护层较小时，报知缩放骨架长度方向尺寸。
2.2.2盖梁横坡调整
2.2.2.1在抱箍高程位置固定时，必须调整好横坡高差。
2.2.2.2在砼浇筑时，控制好盖梁顶面横坡。
2.2.2.3在垫石浇筑时，控制好盖梁顶面标高。
2.2.3预埋件控制
2.2.3.1钢筋骨架绑扎前必须考虑HW150×150立柱预埋件位置与骨架主筋是否冲突，若冲突，则事先向监理工程师汇报调整骨架主筋间距。
2.2.3.2HW150×150立柱预埋时必须确保埋置深度、埋置平面位置、外露长度、竖直度、周边砼振捣密实。
2.2.3.3立柱上不得牵系任何物件，以防非正常外力使其变形。
2.2.3.4支座垫石预埋网片通过墩顶上中心分线确定，并固定牢靠。
八、安全检查与控制
3.1抱箍安全检查
3.1.1箍体焊接检查
3.1.1.1使用前，对抱箍体焊接处进行焊缝逐条检查，检查焊缝饱满度、焊缝厚度、有无虚焊。
3.1.1.2定期检查，在使用几次后，对上述项再次进行逐项检查。
3.1.2高强螺栓检查
3.1.2.1使用前，检查每个高强螺栓有无质量缺陷，垫圈等配套物件是否安全。
3.1.2.2每次使用后，检查每个高强螺栓的螺纹完整度、帽头处有无明显受力变形，若存在则不能使用。
3.1.2.3加强对高强螺栓的保养及放锈蚀。
3.1.3支架固定检查
3.1.3.1安装还抱箍后，对抱箍各螺栓拧紧程度进行检查。
3.1.3.2工字钢和槽钢安装好后，检查其固定情况。
3.1.3.3浇筑前再进行一次整体检查。
3.2高空作业安全
3.2.1盖梁四周必须设工作平台，平台四周设1.2m高安全栏杆及防护网，平台通道至少铺设两张木跳板宽度，必须将木板头尾固定。
3.2.2随时清理盖梁上易滚易落物件。
3.2.3大风天严禁作业，当风较大时或长期在高空小范围作业时，必须将安全绳系于稳固杆件上。
3.2.4严禁将泵管等施工过程中受力的物件固定在盖梁支架或模板上。
3.2.5吊装或拆卸时应尽量避开夜晚或大风天气，并有专人指挥。
九、盖梁无支架施工的经济效益
1、无需地基加固处理
采用满堂支架施工，盖梁下的原地面要进行处理。
采用抱箍法施工，原地基只需适当处理以供脚手架搭设即可，地基不需要加固处理。
2、无需搭设承重支架
满堂支架要耗用大量钢管材料搭设承重支架。
包箍法是抱箍加“工”字钢就无需搭设承载钢管支架。
3、周转时间快、支模方便
满堂架要从地基加固处理开始，再一层层往上搭设，花费大量的时间和人力。
抱箍施工只需两个“工”字钢和几个抱箍拆除，施工简便，周转快，并且搬移相比之下也方便许多。
十、抱箍法施工的前景
南京凤台南路西线南延工程二标段顺河桥工程盖梁共46个采用了抱箍施工法，取得了良好的经济效益和社会效益，受到了有关各方的好评。
抱箍法无支架施工可操作性强、安全保证好、外观轻巧、便于检查验收、施工速度快，对地基无要求，非常适合于交通道路、河道、浜塘及深承台出的盖梁施工，具有很好的推广应用价值。
盖梁抱箍法无支架施工可操作性强，同时对地基要求不高，可节省支撑钢管，大大降低了成本。
抱箍法无支架施工不会影响道路交通和河道通航，有利于快速和文明施工，因此具有很好的推广应用价值。
附图
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