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穿心棒在方墩盖梁施工中的应用

董建文
郑州黄河公铁两用桥项目部

摘要：穿心棒作为盖梁施工中支撑模板的一种方式，在公铁两用桥公路引桥盖梁施工中得到了应用与改进。本文介绍穿心棒的结构受力计算、荷载试验、应用效果等方面的情况。
关键词：穿心棒 盖梁施工 结构受力计算 应用效果

1. 概述
郑州黄河公铁两用桥公路引桥墩柱高度由23m至27m不等，截面尺寸为200×220㎝，四角设计15㎝的倒角，墩柱底部设承台，中部设系梁。对于方墩盖梁施工一般采用牛腿或满堂支架，预埋牛腿对墩柱的破坏面积较大，有损于成品混凝土外观质量；若采用满堂支架法，由于墩柱较高，支架的稳定性不好；若采用抱箍方案，高空作业，安装与拆卸不便。基于这些原因，通过认真分析研究和比较。郑州黄河公铁两用桥公路引桥盖梁施工采用了穿心棒法。

图1 盖梁结构尺寸示意图（单位：cm）

本桥盖梁施工在传统穿心棒施工方法的基础上进行改进与创新，即使用两根钢棒分别从墩柱预留孔的两端穿入，均穿至墩柱中心处，其墩柱外侧悬出部分作为盖梁模板的支撑点。与一根通穿钢棒比较，此法似将一根钢棒在中点处截断。这种穿心棒的施工方法有效的避免了在结构尺寸较大的方形墩柱中因预留孔变形而导致通穿钢棒无法穿过的情况发生。

图2 改进后的穿心棒

2. 结构受力计算
针对钢棒的受力特点，主要结构计算分为钢棒的抗剪计算、抗弯计算和挠度计算。其中钢棒的直径为10㎝ 。
2.1 抗剪计算
作用于钢棒上的荷载为

2.2 抗弯计算
取荷载作用于钢棒位置距墩柱支点距离为2㎝（实际施工中小于2㎝）

2.3 挠度计算
取上部荷载作用于钢棒上的有效宽度为200㎜

所以挠度变形仅为1.2mm
3. 荷载试验
3.1试验方法
预压场地为钢筋加工场墩柱首件是施工的试验柱，荷载采用整捆钢筋。具体预压步骤为先将钢棒安装在试验柱上，然后搭设横梁（由321型贝雷片拼装而成），在横梁上堆载试压。

图3 荷载试验情况
3.2 试验情况
在加载过程中，钢棒未发生变化，挠度变形均在容许范围内。加载后，进行24小时观测，钢棒仍未发生变化，试验成功。

4. 细节优化
在预压过程中发现以下问题
（1） 钢棒挠度变形虽在容许范围内，但不利于盖梁施工中标高控制
（2） 应采取钢棒防滑落措施
具体采取以下措施
（1） 钢棒悬出部分加固支架。如图所示，材料采用[12槽钢与δ=20mm钢板。

图4 钢棒支架加工图（单位：mm）

（2） 横梁间加固24道22拉杆，拉杆承受的拉力为：
，而砼竖向荷载为1600KN，可有效防止钢棒向外侧滑移。

5. 穿心棒的施工
5.1施工顺序

5.2施工方法
5.2.1 安装
（1）在墩柱模板安装前，预埋PVC管，两端用胶带封堵，严格控制高程。
（2）墩柱浇注，待混凝土强度达到规范要求，模板拆除后及时清理管内杂物。
（3）采用两点吊法，用吊车将钢棒吊起，在管口处由人工辅助将钢棒穿入，如遇到穿入受阻时，可由人工晃动钢棒，并用锤子敲打钢棒，直至支架侧板与墩柱靠紧（此时钢棒已穿至墩柱中心处）。同法将四根钢棒分别安装就位。
（4）安装横梁并及时连接拉杆固定。
（5）在横梁上铺设底模并调整标高进行后续施工。
5.2.2 拆除
待盖梁拆除底模及横梁后，用吊车将钢棒拉出，并及时封堵预留孔。
5.3 施工情况
首件盖梁施工时，设置沉降观测点，观测变形，观测数据如表1。适当延长浇筑时间，并派专人检查钢棒变化。首件施工未见异常后展开后续正常施工。

钢棒编号
观测点1（靠近墩柱端）
观测点2（远离墩柱端）
1
1.5
2.0
2
2.0
3.5
3
1.5
3.0
4
2.5
4.0
表1 沉降观测数据（单位：mm）

公路引桥共28座盖梁，投入16根钢棒。半数盖梁施工过后，钢棒的性能良好，未见任何异常情况。

6. 与满堂支架的经济比较
根据施工要求，如不采用穿心棒施工，而采用传统的满堂式碗口支架，需投入四套支架，高度按照25m考虑。按照经验估算，一套支架投入情况如表2。

项目
规格及数量
备注
1.8m立杆
2912根×10.67kg/根=31071kg
1.立杆采用13×1.8m+1.2m
2.横杆采用0.6m层距布置
3.上下采用60cm可调托座
1.2m立杆
224根×7.41kg/根=1660kg
0.6m横杆
5460根×2.82kg/根=15397kg
0.3m横杆
5460根×1.5kg/根=8190kg
可调顶托
260个×7.2kg/根=1872kg
可调底托
260个×7.2kg/根=1872kg
合计
60.1t

表2 一套支架投入情况

按照郑州黄河公铁两用桥公路引桥盖梁施工对穿心棒与满堂式碗口支架进行经济比较，结果见表3。

穿心棒
满堂碗口支架
1.穿心棒（摊销30%）：
0.117t×4×4×6000元/t×0.3=3369.6元
1.支架（摊销35%）：
60.1×4×6000元/t×0.35=504840元
2.加固支架（摊销50%）：
0.448t×6000元/t×0.5=1344元
2.地基处理：
9m3灰土×30元/ m3×28=7560元
3.钢棒安装：
（1个人工×40元＋25t吊车0.5台班×
1000元）×28次=15120元
3.支架安装：
70个人工×40×28次=78400元
4.钢棒拆除：
（1个人工×40元＋25t吊车0.5台班×
1000元）×28次=15120元
4.支架拆除：
70个人工×40×28次=78400元
5.材料场内倒运（共倒运7次，30元/t·次）：2.32t×210元/t=487.2元
5.材料场内倒运（共倒运7次，30t/次）：
60.1×4×210元/t=50484元
合计：35440.8元
合计：719680元
表3 与满堂式碗口支架经济比较

通过以上比较，穿心棒的经济成本不足满堂式碗口支架的5%，具有可观的经济效益，并且大大缩短了施工周期。

7. 结语
经郑州黄河公铁两用桥公路引桥盖梁施工的实践证明。穿心棒法是一种非常可靠、高效的施工方法，并且又可观的经济效益。

参考文献
[1] 姚玲森. 桥梁工程. 北京：人民交通出版社，1985.
[2] 江正荣，朱国梁.简明施工计算手册.北京：中国建筑工业出版社，1989.
[3] 交通部第一公路工程局.桥涵.北京：人民交通出版社，2000.
[4] 中华人民共和国交通部部标准. 公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）.北京：人民交通出版社，2000.

作者简介：
董建文 男 1983.06.28 本科 助理工程师