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摘 要：高桩码头作为码头的一种主要结构形式，在施工中经常遇到，钢抱箍是高桩码头、桥梁等工程中常用的一种结构支撑构件，特别适用于桩基为预应力混凝土管桩（PHC桩），上部现浇混凝土结构施工的支撑系统。文中介绍了钢抱箍在高桩码头施工中的应用，为类似工程施工提供参考。
关键词：钢抱箍；高桩码头；设计；应用；
中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-12-00-02
鋼抱箍是高桩码头、桥梁等工程中常用的一种结构支撑构件，特别适用于桩基为预应力混凝土管桩（PHC桩）时，上部现浇混凝土结构施工的支撑系统。它是利用拧紧高强连接螺栓在钢抱箍和被抱箍体之间产生的压力以及摩擦力来承受上部荷载的。它具有装拆简便、不留痕迹、可重复使用等特点。
一、钢抱箍的应用需求
现阶段高桩码头以其工程造价低、工期短逐渐成为码头结构的主要形式。高桩码头桩基主要包括钢管桩和PHC桩两种型式，传统高桩码头上部结构现浇钢筋混凝土施工一般在钢管桩外壁焊接钢制牛腿作为临时承重的施工结构，这在一定程度上破坏了钢管桩的原有防腐涂层，由于已经破坏的钢管桩防腐涂层在施工现场难以复原，故施工后牛腿割除位置的钢管桩使用寿命必定会缩短。随着施工技术的不断革新，钢抱箍逐渐成为了临时承重的施工结构的新宠。
二、钢抱箍结构的构造
钢抱箍由两块钢板弯成两个半圆箍拼装而成。半圆箍连接处，设置刚度足够大的竖向联接件，并用高强螺栓连接，连接的联接件间留3～5cm间隙；两个半圆箍中间位置，设“П”型钢牛腿，作为支撑上部荷载的支座；钢抱箍内面粘贴厚5mm左右的橡胶垫，它既增大了接触面间的摩阻力，也保护了被抱箍体的外表面。钢抱箍高度为H，内径为r，板厚为b3；牛腿高度为h，宽度为B，长度为L。
三、纲抱箍设计制作
（一）钢抱箍的工作原理
在连接处的高强螺栓上施加预拉力T，则抱箍自身有了水平环向拉力T，这个环向拉力伴生了对管桩表面的正压力N。当在牛腿上施加竖直向下的外荷载KP后，正压力N即产生了平衡外部荷载的摩阻力F。
（二）抱箍设计思路
抱箍的设计应以自重尽量轻，高度尽量矮为原则，这样有利于现场人工安装，提高施工工效。钢抱箍的设计即为通过钢抱箍在外部偏心荷载KP作用的工况下，推导预拉力T（即水平环向拉力T）、正压力N、摩阻力F的关系式，分析计算在偏心荷载作用下钢抱箍在竖直面上的应力t的个参数，确定连接处高强螺栓的个数、布置以及需要施加的预拉力值，分析在钢抱箍设计与施工中的需要注意的问题。
（三）受力验算
抱箍的受力原理是利用抱箍与桩接触面产生的最大静摩擦力来克服上部传递下来的荷载，抱箍的受力验算主要是对箍身钢板的内应力验算、连接螺栓的的抗拉强度验算及抱箍焊缝强度验算。
1、荷载计算
下面以北海某高桩码头现浇系缆墩为例进行荷载验算，结构尺寸9m×9m×2m，浇筑分层1m。该抱箍为钢板抱箍，材料使用Q235钢，抱箍沿竖向每根管桩单层设置。整个抱箍分对称的两个半圆，抱箍内径1000mm，高300mm，厚12mm，连接板300×300mm，板厚12mm，连接板在外侧加焊加劲板，抱箍之间由10个10.9级M30螺栓连接，另外2个螺栓备用。为保证抱箍与管桩密贴，并增加摩擦力，在抱箍与钢护筒之间垫以5mm橡胶皮。抱箍构造图如下：
抱箍所受荷载主要包括：系缆墩砼自重；侧模及底模自重；施工荷载；抱箍自重。每个抱箍所受荷载为：453.05KN。
（1）螺栓数目计算及强度验算
根据《钢结构设计规范（GB50017-2003）》，螺栓数目通过计算螺栓抵抗剪应力确定。
M30螺栓受剪承载力设计值：
式中：P—高强螺栓的预拉力，取355KN；
?—摩擦系数取0.3；
—传力摩擦面数目，取1；
则：
螺栓数目n计算
个，取10个。
螺栓所承受的剪力：
螺栓轴向拉力：
抱箍与钢护筒之间垫以橡胶皮或刹车皮后摩擦力系数取?=0.5计算。
抱箍产生的压力，由高强螺栓承担，则：
（2）螺栓力矩计算
每条螺栓所受的拉力为
1）由螺帽压力产生的反力矩
u1=0.15钢与钢之间的摩擦系数，。
所以
螺栓爬升角产生的反力矩为M2，升角为10°，
M2=μ1×Ntcos10°×+Ntsin10°×
所以M=M1+M2=0.78
即要求螺栓的扭紧力矩M≥78kg·m。
（3）连接板焊缝验算
连接板与抱箍面板采用对接焊缝，连接板长。
焊缝截面几何特征：，，，
，
。
焊缝最大内应力：
，满足要求。
，满足要求。
折算应力：
，满足要求。
（4）牛腿焊缝验算
钢抱箍牛腿与抱箍面板采用对接焊接，焊缝长度300mm，焊缝厚度8mm。焊缝截面几何特性同连接板，因此焊缝强度也满足要求。
（5）母材强度验算
抱箍面板采用Q235钢。
拉应力，满足要求。
剪应力，满足要求。
2、现场试验
在抱箍加工完第一个时，要对抱箍进行现场试验，以检验抱箍加工精度以及实际承受荷载的能力。为尽量模拟现场施工环境，试验过程中要注意以下几点：
（1）试验用桩头应带防腐涂层；
（2）抱箍与桩之间垫一层麻布片并用海水湿透.麻布片的主要作用是：①保护桩表面涂层；②增大抱箍与桩间摩擦；③填充抱箍与桩间空隙，增大接触面。
（3）采用扭矩扳手控制螺栓扭矩；
（4）加载前后各测量抱箍顶至桩顶间距离一次，以检验抱箍是否发生位移，也可以用百分表精确测量；
（5）加载时保持两台千斤顶要同步加载。
四、钢抱箍安装过程控制要点
（一）抱箍安装时应注意以下几点：
1、控制好抱箍安装标高；
2、安装前在桩上裹一层麻布片；
3、设定好扭矩扳手扭矩控制值，并且每次开始使用扭矩扳手前检查扭矩设定值是否正确，在螺栓拧紧时严格按设定扭矩控制，不得欠拧或超拧。
（二）钢抱箍使用时注意事项
1、每个抱箍边敲边拧紧螺杆，专人复查拧紧是否到位：
2、回收利用之前，一定要整修完好；
3、所有的抱箍在投入使用前，内侧、沿口的毛刺都要打磨过，防止发生虚紧；
4、在浇混凝土时全程观测不同荷载的抱箍。
五、结束语
采用钢抱箍作为悬空柱形上部结构的施工方法，施工方便，使用周转材料少，功效高，现场易于清理，材料不易丢失，易于现场管理，能有效提高施工质量和进度，经济效益明显。钢抱箍法在高桩码头现浇上部结构、钢管桩夹桩、桥梁盖梁施工等工程施工中具有较高应用价值，特别是在PHC高桩码头上部结构现浇工程或圆柱形上部结构现浇工程施工过程中更能显示出其优越性。
参考文献：
[1]刘宇桥，王超.抱箍法在码头现浇桩帽施工中的应用[J].中国水运（下半月），2013，13（3）：223-224.
[2]余志刚，刘剑峰.钢抱箍在高桩码头工程中的设计与应用[J].葛洲坝集团科技，2011（3）：35-39.
[3]尹剑锋.高桩码头横梁施工中钢抱箍的试验及应用[J].港工技术与管理，2013：21-23.
[4]许怀清.钢抱箍法支撑在PHC桩码头现浇桩帽中的应用[J].交通工程建设，2007（4）：56-58.
关键词：钢抱箍；高桩码头；设计；应用；
中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-12-00-02
鋼抱箍是高桩码头、桥梁等工程中常用的一种结构支撑构件，特别适用于桩基为预应力混凝土管桩（PHC桩）时，上部现浇混凝土结构施工的支撑系统。它是利用拧紧高强连接螺栓在钢抱箍和被抱箍体之间产生的压力以及摩擦力来承受上部荷载的。它具有装拆简便、不留痕迹、可重复使用等特点。
一、钢抱箍的应用需求
现阶段高桩码头以其工程造价低、工期短逐渐成为码头结构的主要形式。高桩码头桩基主要包括钢管桩和PHC桩两种型式，传统高桩码头上部结构现浇钢筋混凝土施工一般在钢管桩外壁焊接钢制牛腿作为临时承重的施工结构，这在一定程度上破坏了钢管桩的原有防腐涂层，由于已经破坏的钢管桩防腐涂层在施工现场难以复原，故施工后牛腿割除位置的钢管桩使用寿命必定会缩短。随着施工技术的不断革新，钢抱箍逐渐成为了临时承重的施工结构的新宠。
二、钢抱箍结构的构造
钢抱箍由两块钢板弯成两个半圆箍拼装而成。半圆箍连接处，设置刚度足够大的竖向联接件，并用高强螺栓连接，连接的联接件间留3～5cm间隙；两个半圆箍中间位置，设“П”型钢牛腿，作为支撑上部荷载的支座；钢抱箍内面粘贴厚5mm左右的橡胶垫，它既增大了接触面间的摩阻力，也保护了被抱箍体的外表面。钢抱箍高度为H，内径为r，板厚为b3；牛腿高度为h，宽度为B，长度为L。
三、纲抱箍设计制作
（一）钢抱箍的工作原理
在连接处的高强螺栓上施加预拉力T，则抱箍自身有了水平环向拉力T，这个环向拉力伴生了对管桩表面的正压力N。当在牛腿上施加竖直向下的外荷载KP后，正压力N即产生了平衡外部荷载的摩阻力F。
（二）抱箍设计思路
抱箍的设计应以自重尽量轻，高度尽量矮为原则，这样有利于现场人工安装，提高施工工效。钢抱箍的设计即为通过钢抱箍在外部偏心荷载KP作用的工况下，推导预拉力T（即水平环向拉力T）、正压力N、摩阻力F的关系式，分析计算在偏心荷载作用下钢抱箍在竖直面上的应力t的个参数，确定连接处高强螺栓的个数、布置以及需要施加的预拉力值，分析在钢抱箍设计与施工中的需要注意的问题。
（三）受力验算
抱箍的受力原理是利用抱箍与桩接触面产生的最大静摩擦力来克服上部传递下来的荷载，抱箍的受力验算主要是对箍身钢板的内应力验算、连接螺栓的的抗拉强度验算及抱箍焊缝强度验算。
1、荷载计算
下面以北海某高桩码头现浇系缆墩为例进行荷载验算，结构尺寸9m×9m×2m，浇筑分层1m。该抱箍为钢板抱箍，材料使用Q235钢，抱箍沿竖向每根管桩单层设置。整个抱箍分对称的两个半圆，抱箍内径1000mm，高300mm，厚12mm，连接板300×300mm，板厚12mm，连接板在外侧加焊加劲板，抱箍之间由10个10.9级M30螺栓连接，另外2个螺栓备用。为保证抱箍与管桩密贴，并增加摩擦力，在抱箍与钢护筒之间垫以5mm橡胶皮。抱箍构造图如下：
抱箍所受荷载主要包括：系缆墩砼自重；侧模及底模自重；施工荷载；抱箍自重。每个抱箍所受荷载为：453.05KN。
（1）螺栓数目计算及强度验算
根据《钢结构设计规范（GB50017-2003）》，螺栓数目通过计算螺栓抵抗剪应力确定。
M30螺栓受剪承载力设计值：
式中：P—高强螺栓的预拉力，取355KN；
?—摩擦系数取0.3；
—传力摩擦面数目，取1；
则：
螺栓数目n计算
个，取10个。
螺栓所承受的剪力：
螺栓轴向拉力：
抱箍与钢护筒之间垫以橡胶皮或刹车皮后摩擦力系数取?=0.5计算。
抱箍产生的压力，由高强螺栓承担，则：
（2）螺栓力矩计算
每条螺栓所受的拉力为
1）由螺帽压力产生的反力矩
u1=0.15钢与钢之间的摩擦系数，。
所以
螺栓爬升角产生的反力矩为M2，升角为10°，
M2=μ1×Ntcos10°×+Ntsin10°×
所以M=M1+M2=0.78
即要求螺栓的扭紧力矩M≥78kg·m。
（3）连接板焊缝验算
连接板与抱箍面板采用对接焊缝，连接板长。
焊缝截面几何特征：，，，
，
。
焊缝最大内应力：
，满足要求。
，满足要求。
折算应力：
，满足要求。
（4）牛腿焊缝验算
钢抱箍牛腿与抱箍面板采用对接焊接，焊缝长度300mm，焊缝厚度8mm。焊缝截面几何特性同连接板，因此焊缝强度也满足要求。
（5）母材强度验算
抱箍面板采用Q235钢。
拉应力，满足要求。
剪应力，满足要求。
2、现场试验
在抱箍加工完第一个时，要对抱箍进行现场试验，以检验抱箍加工精度以及实际承受荷载的能力。为尽量模拟现场施工环境，试验过程中要注意以下几点：
（1）试验用桩头应带防腐涂层；
（2）抱箍与桩之间垫一层麻布片并用海水湿透.麻布片的主要作用是：①保护桩表面涂层；②增大抱箍与桩间摩擦；③填充抱箍与桩间空隙，增大接触面。
（3）采用扭矩扳手控制螺栓扭矩；
（4）加载前后各测量抱箍顶至桩顶间距离一次，以检验抱箍是否发生位移，也可以用百分表精确测量；
（5）加载时保持两台千斤顶要同步加载。
四、钢抱箍安装过程控制要点
（一）抱箍安装时应注意以下几点：
1、控制好抱箍安装标高；
2、安装前在桩上裹一层麻布片；
3、设定好扭矩扳手扭矩控制值，并且每次开始使用扭矩扳手前检查扭矩设定值是否正确，在螺栓拧紧时严格按设定扭矩控制，不得欠拧或超拧。
（二）钢抱箍使用时注意事项
1、每个抱箍边敲边拧紧螺杆，专人复查拧紧是否到位：
2、回收利用之前，一定要整修完好；
3、所有的抱箍在投入使用前，内侧、沿口的毛刺都要打磨过，防止发生虚紧；
4、在浇混凝土时全程观测不同荷载的抱箍。
五、结束语
采用钢抱箍作为悬空柱形上部结构的施工方法，施工方便，使用周转材料少，功效高，现场易于清理，材料不易丢失，易于现场管理，能有效提高施工质量和进度，经济效益明显。钢抱箍法在高桩码头现浇上部结构、钢管桩夹桩、桥梁盖梁施工等工程施工中具有较高应用价值，特别是在PHC高桩码头上部结构现浇工程或圆柱形上部结构现浇工程施工过程中更能显示出其优越性。
参考文献：
[1]刘宇桥，王超.抱箍法在码头现浇桩帽施工中的应用[J].中国水运（下半月），2013，13（3）：223-224.
[2]余志刚，刘剑峰.钢抱箍在高桩码头工程中的设计与应用[J].葛洲坝集团科技，2011（3）：35-39.
[3]尹剑锋.高桩码头横梁施工中钢抱箍的试验及应用[J].港工技术与管理，2013：21-23.
[4]许怀清.钢抱箍法支撑在PHC桩码头现浇桩帽中的应用[J].交通工程建设，2007（4）：56-58.