多跨連續(xù)混凝土拱橋支架施工及其控制

趙曉彬,向中富,楊四海,莫志強

(1重慶交通大學土木工程學院，重慶400074；2重慶建工第一市政工程有限責任公司，重慶400020）

多跨連續(xù)混凝土拱橋支架施工及其控制

趙曉彬1,向中富1,楊四海2,莫志強2

(1重慶交通大學土木工程學院，重慶400074；2重慶建工第一市政工程有限責任公司，重慶400020）

該論文依托實際工程介紹不影響河道泄洪的多跨連續(xù)混凝土拱橋架空支架施工，包括多跨連續(xù)混凝土拱橋施工支架的搭設、計算分析和預壓以及拱圈線形控制、混凝土澆筑和支架拆除的質量安全控制方法，為類似工程的施工提供參考。

多跨連續(xù)拱橋;支架設計;支架預壓;預拱度;線形控制;支架卸落

1 工程概況

南寺壩跨凱江廊橋位于四川省綿陽市三臺縣，廊橋全長423m。包括30+40+70+40+30m車行拱橋一座（如圖1），橋寬13m；與之平行、間隔2.50m的30+40+70+40+30m廊橋一座，橋寬12m；廊橋平臺2處，上下橋梁連接梯道4處；南引橋為5×26m連續(xù)梁，北引橋為3×26m連續(xù)梁，橋寬均為16m。

圖1 主橋橋型布置圖

主橋拱肋采用單箱四室截面，主跨截面高2.3m，邊跨拱肋截面高1.6m。拱圈寬度均為11.85m。拱圈頂板和底板厚度均為20cm，中腹板厚35cm，邊腹板厚45cm。主橋70m主跨矢跨比為：f/L＝1∶5，拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)m＝3.5。主橋40m邊跨矢跨比為：f/ L＝1∶4，拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)m＝3.2。主橋30m次邊跨矢跨比為：f/L＝1∶3.136，拱軸線為圓曲線。主橋采用支架現(xiàn)澆施工，原設計拱圈施工支架為滿堂架，但因為當?shù)匦购榈男枰?，主橋支架按架空設計，同時要求橋梁的5個拱圈需一次成型。

2 拱圈支架

2.1 拱圈支架設計

現(xiàn)澆支架根據跨徑和地形的不同布置臨時支墩，支墩立柱采用Φ630×8mm鋼管樁，鋼管樁插打入河床或者安裝在承臺上，橫橋向設置橫梁與鋼管樁頂焊接連接，縱向設置現(xiàn)澆支架主桁架。

如圖2所示，拱圈現(xiàn)澆支架主桁采用加強型貝雷片結構，貝雷桁架由3m標準桁、加強弦桿、支撐架、連接螺栓及銷軸組拼成整體。橫向（如圖3）每孔單幅現(xiàn)澆支架布置18榀。每兩榀支架設置450支撐架，每6m設置一道全斷面橫向聯(lián)系，以加強桁架面外穩(wěn)定性。

圖2 拱圈現(xiàn)澆支架布置圖

圖3 拱圈現(xiàn)澆支架橫斷面圖

桁架上弦位置按縱向90cm間距鋪設橫向分配梁I25a，在貝雷梁上的I25a工字鋼上設置碗扣式架管，立桿橫向間距在腹板位置為0.3m，在底板位置為0.6m，縱向間距統(tǒng)一為0.9m，支架橫桿步距統(tǒng)一為1.2m。鋼管采用Φ48×3.5mm，通過碗扣使縱橫向水平桿和立桿連接，保證支架的整體穩(wěn)定性。沿縱橫向設置水平支撐，每根立桿底部設置底托，支架底以上200mm處設置縱橫向掃地桿，當支架高于4m時，模板支架四邊滿布豎向剪刀撐，中間每隔4排立桿設置縱向豎向剪刀撐，由底至頂連續(xù)設置，支架四邊和中間每隔4排立桿從頂層開始向下每隔2步設置一道水平剪刀撐。在拱腳段由于水平分力較大，必須在拱腳段設置5層斜撐鋼管，斜撐鋼管頂部與腳手架立桿頂部用螺旋扣件連接，斜撐鋼管底部與腳手架立桿底部用螺旋扣件連接。斜桿并與豎桿相交處均采用扣件連接。

現(xiàn)澆支架支墩位于承臺上時，采用單排Φ630×8鋼管安裝在對應承臺預埋件上，為保證單排鋼管的穩(wěn)定性，鋼管橫向設置2[20a連接系，縱橋向利用墩身預埋件設置附墻?，F(xiàn)澆支架支墩位于地面時，先用打樁機鉆孔至中風化砂巖層（嵌入中風化砂巖不少于1.5m），然后清空，下放鋼管樁。鋼管樁采用雙排Φ630×8mm鋼管，鋼管橫向及縱向均設置2[20a連接系，每排支墩為5根Φ630×8mm鋼管柱組成，橫向間距3m。鋼管柱按嵌巖樁設計，鋼管樁施工時按照鉆孔灌注樁施工規(guī)范及驗標要求進行施工，確保施工質量達到設計及驗標要求。鋼管樁接長采用對接焊，注意管平面與管軸線垂直，對口誤差不大于1mm，外圍用10mm厚弧形鋼板貼焊補強。

鋼管樁成樁后傾斜度小于0.5%H，樁位偏移小于5cm，高程誤差小于2cm。插打完成后進行縱橫向連接施工，聯(lián)系分別為橫撐和斜撐，采用節(jié)點板與鋼管樁連接，橫撐設置在地面或水面以上30cm處，兩根鋼管柱之間設置縱橫向聯(lián)系，桿件采用2[20a槽鋼，上端設置在樁頂下30cm處。縱橫向聯(lián)系框架高3m，框架豎向凈間距為3m。

2.2 拱圈支架計算分析

2.2.1 建立現(xiàn)澆支架計算模型（以70m跨為例）

采用結構有限元計算軟件，建立空間結構模型（圖4），模型邊界假設：鋼管立柱底部采用固結?？拷白鶄蠕摴苁┘涌v向約束。

圖4 70m跨現(xiàn)澆支架計算模型（軸視圖）

2.2.2 計算說明、荷載參數(shù)及計算結果

拱圈施工分兩層澆筑，計算時按一次性澆筑計算。支架采用梁柱式結構，鋼管立柱將上部荷載傳遞到地基上。

拱圈混凝土荷載：按照26kN/m3計入，并按《公路橋涵施工技術規(guī)范》要求[1]，拱圈自重宜乘以1.2倍系數(shù)。人群、機具荷載取2.0kN/m2；模板自重取2.0kN/m2混凝土振搗產生垂直模板的荷載取2.0kN/m2；支架(70m跨不含碗扣架）強度計算結果見表1。

由表1可知，除貝雷梁腹桿超出容許應力外，其余所有桿件均滿足容許應力要求。因此，必須對應力超標的腹桿(局部豎桿)進行加強才能滿足受力要求。

2.2.3 支架變形及穩(wěn)定分析

30m跨支架最大豎向位移9mm,位于靠橋墩的貝雷梁跨中；40m跨支架最大豎向位移18mm,位于貝雷梁中跨跨中；70m跨支架最大豎向位移19mm，位于靠橋墩的貝雷梁跨中。均滿足規(guī)范要求。

將鋼管樁支點反力施加在鋼管支架頂，建立屈曲模態(tài)分析工況，對鋼管柱支架做屈曲分析，前四階屈曲穩(wěn)定系數(shù)均大于4，能夠滿足施工的安全要求。

2.3 拱圈支架預壓

本工程對30m、40m、70m跨徑各選取一跨進行預壓，即支架預壓三跨，5#-6#車行橋、6#-7#廊橋、7#-8#廊橋。

2.3.1 預壓方法

在支架搭設完畢、15×15cm橫向方木放置穩(wěn)定、縱向普通鋼管施作完畢（用鐵絲將其固定在15×15cm木方上使其成弧形），同時縱向普通鋼管中間鋪設5×10cm的木方（以便模板的鋪設）以后進行預壓，因為拱形結構不便擺放預壓物不能將底模鋪設好了再預壓。預壓材料采用鋼材或者集裝袋裝卵石，每袋約2t（因卵石和鋼材不受天氣控制，采用其它材料如遇上下雨，荷載會增加不宜控制，同時又能在河內就地取材即減少成本），用吊車吊裝上去。由于拱圈混凝土是分段分環(huán)澆筑，那么預壓荷載的加載順序也按分段分環(huán)的方式進行，首先用集裝袋裝卵石在拱的頂部上荷載，從中線向兩邊走，上荷載要對稱。30m、40m跨徑分為三段，首先加載至拱頂三分之一處，荷載加到該段總載的50%，觀察一天，記下觀測數(shù)據。其次從拱腳開始，由于拱腳不宜擺放集裝袋，所以采用鋼材，鋼材有柔性。鋼材擺放采用材料的順長方向同橋的順橋方向一致，材料擺放由拱腳向拱頂三分之一處進行，但拱腳兩邊必須對稱進行，待加至該段總載的50%，觀察一天，記下觀測數(shù)據。第二次（環(huán)）又從拱頂開始加第二環(huán)荷載，順序同上，此次加載加至100%，記下觀測數(shù)據，然后再加至120%，再觀測記錄。70m跨度長劃分為5段，頂部一段、腰部二段、拱腳二段。70m跨徑加載順序也是分環(huán)分段，即每一環(huán)加載首先拱頂三分之一處，其次拱腳，再次拱腰，拱頂和拱腰均采用集裝袋裝卵石，拱腳采用成捆鋼筋。以上各環(huán)各段靜壓三天后記下觀測數(shù)據，隨后卸載，卸載順序同加載順序相反，記下觀測數(shù)據整理計算，卸載完成后根據觀測的預拱度重新對頂托進行調整，達到與設計要求相吻合的線形。

2.3.2 沉降觀測點及觀測程序

觀測點布設原則：支架預壓前，在橫向木方上布置沉降觀測點，按縱橋向每10m設置一個斷面；每個斷面橫橋向設置5個觀測點。觀測程序見表2。

表2 拱圈預壓沉降監(jiān)測記錄表

3 線形控制

預拱度（立模）=施工預拱度+設計預拱度

設計預拱度：卸架后主拱圈本身及活載一半所產生的豎向撓度，由設計提供。

施工預拱度=支架非彈性變形+支架彈性變形+基礎沉降變形

設計預拱度即結構變形量應由設計提供，設計不提供則施工要計算；支架的彈性變形和支架的非彈性變形由計算或預壓試驗測得；地基的彈性變形由計算或試驗獲得。預壓前記錄各個測點的高程為預壓前拱底高程；預壓沉降穩(wěn)定后，記錄各測點的最終高程。

沉降量=預壓前拱底高程-預壓后拱底高程

同時，沉降量=支架彈性變形+支架非彈性變形+基礎沉降變形

卸載后精確測出底模各測點的標高，此標高減去加載終了時的標高即為支架的彈性變形；余下的沉降值為支架的非彈性變形。由于本工程是端承樁基礎因此不考慮基礎沉降變形。

拱弧上的各個部位的預拱度計算按公式δx=δ(1-4x2/L2)，x—跨中到任意點的水平距；δ—拱頂總預加高度；δx—任意點（距離為x）的預加高度；L—拱圈計算跨徑[2]。拱圈預壓后立模標高調整值見表3。

表3 拱圈預壓后立模標高調整

縱向五個觀測點位置的原支模標高均按設計預拱度50mm（設計提供）和施工預拱度30mm（計算分析）考慮，除跨中較準確外，其余四個點位的標高誤差（14～41mm）均需要調整，因此通過預壓能準確地調整立模標高，達到設計要求的拱圈線形。

4 拱圈澆筑

4.1 拱圈分環(huán)分段澆筑

本橋最大跨度70m，最小跨度也有30m，因此，施工中為減少混凝土的收縮應力和避免因拱架變形而產生裂紋，并結合設計要求，拱圈按兩環(huán)多段澆筑，兩環(huán)澆筑完成后再澆筑間隔槽。30m跨、40m跨分三段，70m跨分五段。如圖5所示。

70m跨拱圈澆筑順序示意圖

30m、40m跨拱圈澆筑順序示意圖

圖5 拱圈澆筑分環(huán)示意圖

4.2 混凝土澆筑

混凝土澆筑時采取水平移動，從拱腳向拱頂方向推進，腹板澆筑時采取上下分層的方法澆筑，澆筑拱腳混凝土前，要將其與拱座的新舊混凝土接合處鑿毛并沖刷干凈，再將接茬面用水濕潤后布薄薄的一層1∶1水泥砂漿[3]。混凝土分段分層澆筑嚴格按圖5順序進行，澆筑進行中不得任意中斷，因故必須間歇時，間歇最長時間不能超過混凝土的初凝時間。拱圈合攏段預留槽中混凝土，應待所有各分段混凝土均灌注完畢，且其相鄰段混凝土強度達到70%后方可澆筑，澆筑前要將分段混凝土表面鑿毛沖凈后綁扎鋼筋，立好模板。澆筑過程中為防止混凝土外流，在底板、腹板和頂板拱腳位置設蓋板防護。拱圈澆筑過程中最重要的就是對稱澆筑，不僅是每孔按圖5順序對稱澆筑，而且五跨連拱混凝土橋按30m跨和40m跨進行對稱澆筑混凝土。

5 支架卸落

主拱圈混凝土達到設計強度后，即可進行主拱圈卸架。落架分為2個步驟：卸載、支架拆除。卸載是支架拆除的前提，也是落架的關鍵，所以只有采取了正確的卸載方式方法才能保證落架過程的安全[4]。本橋是多跨連續(xù)拱橋，多跨連續(xù)拱橋本應多跨同時卸落拱架，但因為拱架設計中采用可調托撐來調整標高和落架，因此全橋每跨同時卸架由于落架點數(shù)量巨大而不能實現(xiàn)，拱圈每跨在縱向必須分區(qū)域先后落架，同區(qū)域內拱圈橫向各托撐點則必須同時進行落架操作。拱橋混凝土澆筑時要求對稱進行施工，同樣卸架的每一步驟的卸載也必須對稱進行。因為考慮到拱橋的對稱性，所以邊跨、次邊跨必須分別同時同區(qū)域卸載。而每跨從拱跨中向拱腰、拱腳分三個區(qū)域（每個區(qū)域的縱向長度均為每跨跨度的1/3)，每個區(qū)域采用三次循環(huán)，每次循環(huán)是卸落量的1/3，即在第三次循環(huán)后，卸架范圍的架體（撐托）脫離拱圈，則這三個區(qū)域三次循環(huán)的卸載程序是保證拱圈逐步由支架受力轉化為主拱圈受力的關鍵。

卸載程序分為三個區(qū)域和三個循環(huán)必須在卸架前對工人進行技術交底，操作時工人只用小錘對頂托擰圈（人為控制卸落量），這樣通過前兩次的循環(huán)卸載，使支架上所承受的荷載逐步向拱圈轉移，這樣循環(huán)卸載的過程會使支架所承受的力逐步減小，最后一次循環(huán)后模板和混凝土就可以脫離了，使支架受力完全轉化成拱圈受力（支架所承受的力最后為零），拱圈的卸落量也最終穩(wěn)定。在兩個邊跨（30m跨）和次邊跨（40m）分別對稱卸載時，由于相距較遠，卸載操作時為了保持兩邊跨（或兩次邊跨）分別同時卸載，安排專人用楊聲器統(tǒng)一發(fā)出指令，操作工人的卸載行動按管理人員的指揮步調一致進行。在三個循環(huán)的卸載完成（即主拱圈脫架）以后，進行支架的拆卸，支架拆卸過程與拼裝過程逆向。

6 施工監(jiān)測

不論采用什么施工方法，橋梁結構在施工過程中總要產生變形（撓曲），并且結構的變形將受到諸多因素的影響，極易使橋梁結構在施工過程中的實際位置狀態(tài)偏離預期狀態(tài)，為了保證結構線形在設計線形允許范圍內，必須在施工全過程對全橋變形進行監(jiān)測。

6.1 復核控制網及水準點

復核現(xiàn)場的水準點和控制網，精度應達到二等以上。根據施工控制要求，結合場區(qū)地形條件，必要時應增加臨時水準點數(shù)。

6.2 拱座位移監(jiān)測

在每個拱座頂面處上下游各設一至兩個測點，用全站儀測試其變位情況。具體測點位置應結合施工實際情況選在拱座頂面便于觀測的可靠位置處，以觀測各關鍵工況的拱座沉降變形。

6.3 支架位移監(jiān)測

在支架搭設完成后，在支架的跨中和L/4處設置觀測點，在支架的各個工況下仔細觀測支架的變位情況。如發(fā)現(xiàn)異常情況，應立即停止施工，查找原因。本橋在各跨的跨中位置處布置位移測點，在每輪次卸載完成后采用水平儀進行標高測量。

6.4 拱頂位移監(jiān)測

在每一輪次卸載完成后，將測量數(shù)據與設計數(shù)據進行比較，在滿足設計要求的前提下進行下一輪的卸載，保證落架過程安全可靠。

7 總結

（1）本工程原設計為滿堂支架施工五跨連續(xù)混凝土拱橋，但由于凱江河道泄洪的要求，滿堂支架改為河道上架空桁架作為拱橋支架，施工過程中，特別是澆筑拱圈混凝土過程中，該支架的強度、剛度、變形、穩(wěn)定直接關系到拱圈施工的質量和安全，是施工控制的關鍵。因此，必須對支架的鋼管立柱、桁架進行計算分析。

（2）對于超靜定支架結構，結構實際受力與計算假定相差甚遠、材料經過反復使用性能會有所下降、支架安裝有誤差等都會影響計算結果的準確性和施工的安全性。因此在按設計的支架搭設以后，通過對支架進行預壓，對支架的強度、剛度、變形及穩(wěn)定進行再次檢驗，并檢測其變形是施工安全及質量控制的一個重要環(huán)節(jié)。同時，根據預壓結果調整計算分析得出的施工預拱度,從而保證橋梁的線性滿足設計要求。

（3）拱圈混凝土分環(huán)分段澆筑，是防止支架不規(guī)則變形而引起混凝土開裂的有效方法，而混凝土澆筑過程中的對稱施工，是平衡支架內力的有效手段。

（4）拱圈卸架的關鍵是卸載，卸載的關鍵是實現(xiàn)拱圈逐步由支架向拱圈的受力體系的轉換，而連續(xù)混凝土拱橋不僅要保證單跨內的對稱卸載，還要保證對稱跨的同步卸載。

[1]路橋集團第一公路局.JTJ041-2005公路橋涵施工技術規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2001.

[2]周水興，向中富.橋梁工程[M].重慶：重慶大學出版社, 2001.

[3]張河錦，賴永斌，汪海峰.鋼筋混凝土箱形拱主拱圈施工方法介紹及分析[J].公路交通技術，2009，2(87).

[4]向中富.橋梁施工控制技術[M].北京：人民交通出版社，2001.

責任編輯：孫蘇，李紅

武隆縣開展農村D級危房檢查驗收

近日，武隆縣城鄉(xiāng)建委、縣財政局組成聯(lián)合檢查驗收小組對該縣2012年農村D級危房建設進行了驗收，對2013年計劃申報的1500余戶農村D級危房建設進行了現(xiàn)場踏勘和技術指導。

檢查組對發(fā)現(xiàn)的問題包括改造對象是否符合規(guī)定、危房改造建設標準是否符合要求、是否于當年竣工、檔案的建立與管理情況（即農村困難危房改造對象的確定是否按個人申請、村委會公示、鄉(xiāng)鎮(zhèn)審查公示，危房檔案是否符合一戶一檔的要求，改造后的住房是否達到質量安全規(guī)定，農戶改造結束后原來的危舊房是否拆除等）。對已經驗收合格的農戶，財政部門將積極組織資金，盡快將補助資金撥付到改造農戶手中。正在實施的D級危房改造項目，驗收小組要求各鄉(xiāng)鎮(zhèn)加強領導，多渠道幫助困難農戶，加快建設進度，全面推進該縣2013年農村D級危房建設工作。

Support Construction and Control of Multi-spanned Continuous Arched Bridge

Based on practical engineering cases,support construction and control of multi-spanned continuous arched bridge are introduced,including support erection,calculation,analysis and preloading and control methods for quality safety of arch ring linear control,concrete placing and support removal.It offers some references for similar engineering.

multi-spanned continuous arched bridge;support design;support preloading;re-camber;linear control;support removal

TU745.2

A

1671-9107（2013）07-0001-05

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.07.001

2013-06-15

趙曉彬（1962-），男，江蘇鹽城人，本科，教授級高級工程師，主要從事房屋建筑、道路橋梁施工技術管理和研究。

向中富(1960-)，男，四川廣元人，工學碩士，教授，院長，主要從事橋梁與隧道工程研究。