黔中水利總干渠渡槽拱圈支架施工方案實(shí)例

中鐵十一局集團(tuán)第二工程有限公司 湖北十堰 442013

摘要：本文主要闡述了黔中水利總干渠渡槽六連拱支架施工方案，該拱圈支架高，跨度大，在拱圈混凝土澆注過程中，支架變形會不斷累加，不合理的施工工藝對拱圈結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生次應(yīng)力等不利影響，故拱圈混凝土澆筑需經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)算，提出相應(yīng)的預(yù)控措施，合理指導(dǎo)施工。

關(guān)鍵詞：大跨度砼拱圈；鋼管支架設(shè)計(jì)；貝雷梁；次應(yīng)力；支架拆除

1.工程概況

黔中水利總干渠青年隊(duì)渡槽全長848m，主槽為72節(jié)跨度11.5m的C30砼簡支U型槽殼；槽殼支撐采用C25砼排架，1～6#排架及67～71#排架直接坐落于地面上，7～66#排架坐落于拱圈上，排架最高28米；拱圈采用6連拱布置，單跨108m，矢高27.15m，拱圈截面采用雙箱式箱梁。

2.拱圈支架施工方案

2.1總體思路

（1）拱圈混凝土施工是一個(gè)對支架不斷加載的過程，隨著荷載的逐步施加，支架壓縮變形逐步增加，大跨度拱圈施工過程中必須保證每節(jié)段拱圈在各施工期間對稱加載，如產(chǎn)生變形需能夠隨著支架變形，不會產(chǎn)生次應(yīng)力，以盡量減少拱圈混凝土的開裂情況。

（2）需綜合考慮拱圈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及拱圈弧線長度大，拱圈坡腳處坡度大，拱圈的高度較高，風(fēng)荷載影響大等不利條件，結(jié)合橋位地質(zhì)水文條件、支架變形、溫度、砼收縮徐變等因素，另加考慮支架安裝、模板拆除方便性問題。

綜合以上因素拱圈支架選擇貝雷梁+鋼管立柱的結(jié)構(gòu)形式，支架基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。

2.2支架簡介

拱圈支架主要有二部分組成，上部主梁采用15片標(biāo)準(zhǔn)貝雷梁形成的支撐架，貝雷梁橫橋向布置900mm+2×225mm+2×900mm+450mm+2×225mm+450mm+2×900mm+2×225mm+900mm共15組，縱橋向按照拱圈分節(jié)分為5個(gè)節(jié)段，其中貝雷梁與拱座之間采用新制桁架進(jìn)行鉸接，兩側(cè)對稱傾斜的兩組貝雷梁之間通過新制桁架進(jìn)行連接，增強(qiáng)整體性。為確保安全，貝雷梁在拱圈腹板位置都進(jìn)行了加密，貝雷梁之間采用標(biāo)準(zhǔn)花架進(jìn)行連接，將貝雷梁連接一個(gè)整體，并且間距6米采用75X75的角鋼制作的新制連接器進(jìn)行橫向連接，以確保貝雷梁的橫向穩(wěn)定。貝雷梁和鋼管立柱連接采用采用16錳鋼加工的楔形塊，楔形塊通過螺栓與上部貝雷梁和下部分配梁連接。下部結(jié)構(gòu)支墩采用螺旋鋼管，立柱支墩通過砂筒和分配梁連接，砂筒在廠家統(tǒng)一定制。支墩系統(tǒng)采用壁厚16mm的φ609mm的鋼管立柱，每孔支墩順橋向一共10組，每組兩排，橫向一排設(shè)置5根鋼管立柱，鋼管立柱間距為4.0m+3.0m+3.0m+4.0m，中間3根立柱為主要受力立柱，兩側(cè)的立柱主要起到增加穩(wěn)定的效果；拱腳兩側(cè)較矮的采用壁厚8mm的φ630mm的鋼管立柱，每個(gè)基礎(chǔ)設(shè)置兩排，每排3根，間距3.0m。為了增加整體支架的穩(wěn)定性，鋼管立柱之間的橫向連接體系，采用壁厚6mm的φ325mm的鋼管做橫向連接，橫向連接鋼管通過環(huán)形鋼板焊接在支墩鋼管上面。支架基礎(chǔ)采用混凝土基礎(chǔ)，鋼管支墩和基礎(chǔ)的預(yù)埋鋼板采用焊接，并且在鋼管立柱的四周加三角楔形塊，加強(qiáng)鋼管立柱根部的抗剪能力。

2.3施工工序

2.3.1施工順序

拱圈支架基礎(chǔ)施工→鋼管支墩搭設(shè)→支墩之間橫向連接安裝→吊裝柱頂砂箱→吊裝分配梁及貝雷梁支撐的楔形塊→吊裝拱架貝雷梁→固定貝雷梁及安裝新制橫向連接器→安裝拱圈與貝雷梁之間的三角方木支撐架→鋪設(shè)橫向方木→調(diào)整模板高度→支架預(yù)壓→調(diào)整模板高度及設(shè)置預(yù)拱度→分段綁扎拱圈鋼筋→分段安裝拱圈模板→分段分環(huán)對稱澆筑拱圈混凝土→ 分環(huán)合攏底板混凝土→養(yǎng)護(hù)等強(qiáng)度→由拱腳向拱頂對稱施工拱上排架（同時(shí)進(jìn)行拱圈支架拆除）→由拱腳向拱頂對稱施工拱上槽殼。

2.3.2支架基礎(chǔ)施工

支架基礎(chǔ)采用C30明挖基礎(chǔ)承臺，底層布置一層間距20cm的Φ16鋼筋網(wǎng)片，基礎(chǔ)開挖完畢后，采用動力觸探檢測其地基承載力不小于180KPa后，開始綁扎底層鋼筋網(wǎng)片，并按照鋼管立柱的位置預(yù)埋好1cm厚的鋼板，再澆筑混凝土。支架基礎(chǔ)做好排水處理，避免因雨水浸泡影響地基承載力。靠近水母河的支架基礎(chǔ)均挖到基巖，并且在承臺迎水面堆碼沙袋，做好圍堰。

2.3.3鋼管立柱制作與安裝

拱圈支架的支墩采用厚8mm的φ630mm和厚16mm的φ609mm的兩種鋼管立柱，支墩順橋向一共6組，每組兩排，橫向一排設(shè)置5根厚16mm的φ609mm鋼管立柱，立柱間距為4.0m+3.0m+3.0m+4.0m，其中只有中間3根鋼管立柱為主要受力立柱，兩側(cè)的立柱主要起到增加支架穩(wěn)定的效果，每組鋼管立柱之間的連接采用壁厚6mm的φ325mm的鋼管的橫向連接，將每組支墩連接成格構(gòu)柱，橫向連接鋼管通過環(huán)形鋼板焊接在支墩鋼管上面。鋼管立柱安裝時(shí)，首先將第一節(jié)鋼管立柱直接焊接在基礎(chǔ)預(yù)埋的鋼板上面，鋼管立柱接長采用法蘭盤連接，采用塔吊每根吊裝，每節(jié)鋼管立柱的安裝均采用鉛垂儀進(jìn)行檢查垂直度，并且由現(xiàn)場技術(shù)員上去檢查鋼管立柱的法蘭連接及焊接是否滿足要求。

2.3.4橫向連接

由于支架的高度較高，同時(shí)本地區(qū)的風(fēng)荷載較大，而且拱圈澆筑時(shí)的水平推力較大，為了確保支架的穩(wěn)定性，需采用壁厚6mm的φ325mm的鋼管將其連接成一個(gè)整體。橫向連接首先根據(jù)拱圈支墩的跨度，制定好長度，然后采用塔吊吊裝到設(shè)計(jì)高度，通過環(huán)形鋼板焊接在支墩的立柱上。

2.3.5分配梁及楔塊支撐

分配梁采用2根12m長的I56b的工字鋼通過坡口焊接成整體，在靠近兩側(cè)拱腳的位置分配梁采用2根9m長的2HN700×300的H型鋼通過坡口焊接成整體。為保證分配梁的順橋向的穩(wěn)定性，分配梁兩側(cè)通過焊接三角擋塊與砂箱頂部焊接在一起，使支架體系由下到上連接為一個(gè)整體。分配梁上部的楔塊采用和貝雷梁同樣材質(zhì)16Mn錳鋼，根據(jù)所在位置尺寸在貝雷梁廠家訂做而成。制作好的楔塊與上部貝雷梁之間通過加強(qiáng)軒桿螺絲進(jìn)行連接，下部與分配梁進(jìn)行焊接。

拱架貝雷梁與分配梁間楔塊詳圖

2.3.6貝雷梁的制作和安裝

拱圈的支撐主梁采用貝雷梁，橫橋向間距為900mm+2×225mm+2×900mm+450mm+2×225mm+450mm+2×900mm+2×225mm+900mm共15片，在拱圈腹板位置進(jìn)行了加密。貝雷梁主要分為兩種結(jié)果，兩側(cè)貝雷梁為拱式結(jié)構(gòu)，跨中的貝雷梁為梁式結(jié)構(gòu)。貝雷梁吊裝前，首選在地面上將貝雷梁拼裝成使用長度，拼裝完成后，安裝相對應(yīng)的楔形塊。吊裝采用塔吊安裝，首先將貝雷梁的位置在分配梁上放好樣，然后將第一榀貝雷梁吊裝到設(shè)計(jì)位置后，將楔形塊和分配梁進(jìn)行焊接固定，接著開始吊裝第二榀貝雷梁，待第二榀吊裝到位后通過花架將其與第一榀貝雷梁連接成整體。以此類推，貝雷片全部吊裝完成后，在通過由[10的槽鋼制作的新制連接器，按照縱向每3m一道的間距，將貝雷梁上下橫向連接成一個(gè)整體，以增加貝雷梁的橫向穩(wěn)定性。由于拱圈兩側(cè)拱角處坡度較大，導(dǎo)致水平推力較大，貝雷片和墩帽預(yù)埋的錨梁連接，將貝雷梁和墩身連接成整體，以增加穩(wěn)定性。

2.3.7拱圈底模支撐架

由于貝雷梁是直線形的不能直接形成拱圈的弧度，為實(shí)現(xiàn)拱圈的形狀，現(xiàn)場采用15cmX15cm和10cmX10cm采用兩側(cè)打抓釘連接制作成三角架，根據(jù)拱圈的弧度，每3米一種型號，逐一拼裝成弧形。三角方木下部采用10#的鐵絲與貝雷梁連接。為增加三角方木支體系的穩(wěn)定性，除三角方木架之間的橫向連接，還在三角方木下部每隔4米增加一道橫向10cmX10cm方木，再將橫向方木在采用10#鐵絲和下部貝雷梁進(jìn)行連接。三角方木頂部按凈寬25cm鋪設(shè)橫向10cm×10cm的方木，做底模的帶木，由于拱圈坡度較大，橫向方木上下均采用抓釘和三角方木固定。

2.4拱圈支架拆除

主拱圈拱腳混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的100%后，且砼養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到28天后才能卸架，落架時(shí)間不宜過晚，落架必須對稱拆除。為了保證拱圈逐漸均勻地降落，以便使拱架所支承的結(jié)構(gòu)重量逐漸轉(zhuǎn)移給拱圈自身來承擔(dān)，因此拱架不能突然拆除，而應(yīng)按照一定的卸架程序進(jìn)行。

2.4.1拆除前的驗(yàn)算

由于拱圈支架為六連拱支架，拆除方案只有兩種。

方案一：支架由0#、6#墩身向3#墩身拆除，單孔內(nèi)也由兩側(cè)向中間落模。

方案二：支架由3#墩身向0#、6#墩身拆除，單孔內(nèi)也由中間向兩側(cè)落模。

兩種方案采用平面桿系單元建立結(jié)構(gòu)縱向計(jì)算模型。模型共538個(gè)節(jié)點(diǎn)，537個(gè)單元。模型邊界條件，主墩采用固結(jié)，拱圈支架采用豎向約束，考慮到拱圈支架豎向壓縮量的影響，在計(jì)算中考慮拱圈支架的豎向剛度為236880kN/m。拱圈自重及隔板自重采用均布荷載施加在只計(jì)剛度的拱圈上，為準(zhǔn)確模擬支架拆除過程，荷載施加與支架的拆除保持一一對應(yīng)。

經(jīng)過計(jì)算結(jié)果如下：

方案一：拱圈在荷載作用下在拱頂和拱腳處均有較大彎矩，從而導(dǎo)致該處應(yīng)力較大。計(jì)算得到箱梁上緣名義壓應(yīng)力最大值5.91MPa，名義拉應(yīng)力最大值1.08MPa；下緣名義壓應(yīng)力最大值4.68MPa，名義拉應(yīng)力最大值2.4MPa。

方案二：拱圈在荷載作用下在拱頂和拱腳處均有較大彎矩，從而導(dǎo)致該處應(yīng)力較大。計(jì)算得到箱梁上緣名義壓應(yīng)力最大值5.99MPa，名義拉應(yīng)力最大值1.01MPa；下緣名義壓應(yīng)力最大值4.48MPa，名義拉應(yīng)力最大值2.26MPa。

總結(jié)以上計(jì)算結(jié)果支架由中間向兩邊拆除方案，拱圈及墩身應(yīng)力較小。推薦渡槽拱圈施工完成后，支架采用由中間向兩邊拆除方案。

2.4.2落架步驟

由3#孔和4#孔向兩側(cè)進(jìn)行對稱落模，3#孔和4#孔首先對中間兩排沙箱進(jìn)行落模，然后也是由中間向兩側(cè)對稱落模。

2.4.3落模程序

由于每孔拱圈支架內(nèi)有10排沙箱，每排3個(gè)，拱圈支架落模的第一步需同時(shí)落3#和4#中間兩排沙箱，需要配備1人指揮12人進(jìn)行對沙箱進(jìn)行放砂，對拱圈支架進(jìn)行落模。每孔內(nèi)的6人必須盡量保持同步進(jìn)行對沙箱放砂，保持兩側(cè)同步下降

3.結(jié)束語

為確保成品拱圈的外觀線型符合設(shè)計(jì)要求和施工過程的安全，在澆筑混凝土之前，還要通過預(yù)壓來檢驗(yàn)現(xiàn)澆支架剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。通過模擬澆筑混凝土的施工，對支架進(jìn)行加載，分析觀測結(jié)果來計(jì)算現(xiàn)澆支架的彈性變形和非彈性變形值，根據(jù)彈性變形值計(jì)算出底模的預(yù)拱度，為后續(xù)施工模板的拱度設(shè)置提供依據(jù)。本項(xiàng)目在渡槽拱圈支架方案方面進(jìn)行了積極的探索，并取得了很好的效果，也為類似結(jié)構(gòu)施工提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

作者簡介：

朱文，男，出生于1981年9月，本科畢業(yè)，現(xiàn)在為中級工程師，目前從事建筑工程方面的工作。