满堂支架箱型拱桥施工技术1

1.工程简况

李子沟大桥位于湖北省房县境内，是三里坪水利水电枢纽工程连接左右岸的交通桥，跨越粉青河。设计荷载按汽车—20级设计，挂车—100级验算，地震烈度按7度设防。该桥为一孔净跨80m钢筋混凝土箱形等截面悬链线拱，主拱圈由5片拱箱组成，每片拱箱分为5段，失跨比1/8，拱轴系数m =2.514，拱圈高1.4m；拱上结构为横墙，拱上腹板每端设4孔实腹小拱，腹拱采用跨径5.5m及3m的钢筋混凝土圆拱；桥梁全长97.68m，桥面净宽6.5+2x0.5(m)人行道；重力式桥台。

2.主拱圈施工工艺的改变

 李子沟大桥主拱圈由5片拱箱组成，采用缆索吊装施工工艺。为了吊重，每片拱箱分为5段预制吊装。每段拱箱的制作，是将先期分块预制的腹板和横隔板在底板钢筋骨架上进行组装，然后现浇底板、接头，最后浇筑顶板，形成闭合的拱箱构件。设计图为缆索吊装所需索塔、天线、锚锭和其它设备进行设计，对分段吊装过承受力变化情况作了大量设计工作，但大桥左右岸的实际场地很难布置索塔、锚锭等其它设备，对此，改变主拱圈施工工艺为支架法施工。

 对于采用支架施工的上承式拱桥来说，施工控制就是根据实际施工过程进行施工阶段计算，施工中要确定出主拱圈的立模标高，并在施工过程中进行施工监测，保证成桥后主拱圈线形、桥面系线形以及结构内力状态符合设计要求。

 3.满堂支架搭设及预压

3.1地基处理

桥下地质为分别为9m ～ 12m砂砾石河床覆盖层，基础岩体为优质岩体。施工时先用推土机将河床冲积层推平并压实，将此地基整平压实后，再在其上分层填筑开挖爆破石渣料，并选择最优含水量时用振动压路机进行辗压，辗压次数不少于6遍，压实度按93%控制。石渣基础宽13m。在碾压后的基础上放样布置横向砼带，砼带纵向间距为3.2m,砼带尺寸为0.3×0.5×11.0(高×宽×长) m，每两条砼带之间布设间距为0.8米的方木做底座。大桥在枯水季节施工，因导流洞还有部分项目施工，水流需从河床疏导，所以对满堂支架基础做以下处理措施：

（1）、在桥下河床的右岸侧做导流渠，采用断面3×4m的矩形渠，渠底铺40cm的C15片石砼，渠两侧采用M7.5浆砌片石挡墙，解决水流通过的问题。

（2）、对填筑的支架石渣基础上游迎水面，采用浆砌石护坡，在石渣基础顶面支架底部浇筑15cm厚C15砼，防止来水较大时水流对支架基础的冲刷，保证基础稳定。 

3.2支架安装

本支架采用“碗扣”式满堂脚手架，其结构形式如下：纵向立杆间距为80cm，横向立杆间距120cm，在高度方向每间隔120cm设置一排纵、横向联接脚手钢管，使所有立杆联成整体。为确保支架的整体稳定性，纵向分别在桥墩处、1/8跨、2/8跨、3/8跨、跨中设置9道钢管剪刀撑，横向上下游最外侧设立2道剪刀撑。搭设要求每根立杆竖直，采用单根钢管。立竖杆后及时加纵、横向平面钢管固定，确保满堂支架具有足够的强度、刚度、稳定性。

在地基处理好后，按照施工图纸进行放线，便可进行支架搭设。导流渠上按照横向立杆间距120cm架铺I20工字钢，工字钢下部采用钢管架支撑加固。由于桥下还有施工车辆人员经过，故在桥右侧满堂架中留设宽4m，高4m的通道。通道两边每边4排立杆横向间距加密至0.3m,通道顶以上6排横向横杆立高差由原来的1.2m加密至0.6m,并在加密段向两边搭设45度长6 m的斜杆。

满堂钢管支架搭设完毕后，应测量放样确定每根钢管的高度（每根钢管的高度按其位置处梁底高〈考虑预拱度设置〉减构造模板厚度和方木楞、木楔的厚度计算），并在钢管上做上标记，对高出部分的钢管用电焊机切割，保证整个支架的高度满足设计要求。在支架顶部横桥向设横向钢管（以在其上直接设方木楞和木楔，铺装模板），在横向钢管扣件的下部紧设纵向钢管，要求横向钢管扣件紧贴在纵向钢管扣件之上，再在纵向钢管扣件下紧贴着增设一个加强扣件，这样就能保证横向钢管与竖向钢管的扣件连接具有足够的强度来承受施工荷载。为了施工方便和安全，在支架两侧设置1.4m宽的工作平台，工作平台均安装1.2m高的护栏。

3.3支架设计与验算 

3.3.1荷载计算 ：以单片施工验算

a、拱箱自重G1

设计拱箱自重（五片，除去顶板）：

320-7.6×85×0.1=225m3，γ =25kN/m3

G1 =(255×25)/5=1275kN

b、模板G2

钢模板取0.5 kN/m2,拱圈弧长为85米。

G2 =1.5×85×0.5=63.75kN

c、施工荷载(机具行人)G3

σ=1kpa

G3 =1.5×85×1=102kN

d、总荷载(考虑1.05安全系数)G

G =( G1+ G2+ G3)×1.05=1512.8kN

e、均匀荷载q均

q均 = G/1.5/80 =12.6kN/m

3.3.2杆件受力验算

取如图1所示单元验算①②③杆件(立面图) 

图1  杆件计算单元

（1）、横杆杆件①的验算：

a、杆件承受区域即为底板0.8m×1.2m箱梁均布荷载，由横梁集中传至杆顶。

q =q均A/L =12.6×1.2×0.8/2 =7.56kN/m

b、跨中弯距Mmax

Mmax =qL2/8=7.56×0.82/8 =0.60kN·m

c、弯距应力σ

σ=Mmax/Wx

48×35钢管截面几何特性计算:

截面面积A =4.cm2，回转半径r =15.8mm，惯性距Ix =12.18cm4

单位重量q =3.84kg/m，抵抗距Wx =5.0 cm3

抗弯抗压抗剪:205N/mm2 =205Mpa

挠度: L/400，长度系数μ=1.53，稳定系数φ=0.24

附加系数rm =1.1705，扣件抗滑力Rc =8.0kN/个

刚度系数E =2.06×105

σ =Mmax/Wx =0.6×103/5 =120Mpa 

σ =120Mpa＜[σ] =205 Mpa

即抗弯合格。

d、抗剪强度验算

Qmax =qL/2 =3.02kN

Tmax = Qmax/A =3.02×103/4.×100 =6.17 Mpa

T =6.17 Mpa＜[σ] = 205 Mpa

即抗剪合格。

e、挠度计算

f =5/384×qL4/EIx =5/384×7.56×8404/2.06×105×12.18×104 =1.95 mm＜L/400=800/400 =2 mm

即挠度符合要求。

（2）、竖杆杆件②验算

a竖杆受力：

单片：N = G/n =1512.8 kN/2×101 =7.49 kN/根

b竖杆的容许压力：

立杆细长比为：λ=μL/ r =1.51×120/1.58 =114.68＜[λ0]=150

查表得，A3钢管类截面轴压构件稳定系数Ψ=0.823，则： N/（ΨA）=54 Mpa≤[σ0] =194.6 Mpa

即竖杆承压符合要求。

3.3.3地基承载力

a、支架自重

支架钢管总长51020米

弧形钢管85×10 =850米

拱盔加强钢管 138×7 =966米

剪刀撑钢管 10204米

合计：63040米   扣件 21013个

支架自重G支=63040×0.0384+21013×0.01 =2630.9kN

b、构件模板及施工荷载总重(五片)

g总 =1512.8×5 =75 kN

c、砼带自重

v =25×11×0.5×0.23 =41.2 m3

γ取23 kN/ m3

 则G肋 =23×41.2 =947.6kN

 地基所承受的总荷载

G =G支+G总+G肋 =11142.5kN

受力面积A=0.5×11×23+0.8×11×2 =143.1 m2

 地基应力σ = G/A =81 kpa

σ＜[σ] =100 kpa

根据地质资料可知，桥轴线上地表土质基本为9m ～12m砂砾石河床覆盖层，基础岩体为优质岩体。地基碾压密实处理后，地基承载力在100Kpa～130Kpa之间。出于安全考虑，处理后仍按100Kpa设计计算，显然σ<[σ]，即地基承载力满足要求。

3.4支架预压

安装模板前，要对支架进行预压，支架预压的目的：检查支架的安全性，确保施工安全；消除地基非弹性变形和支架非弹性变形的影响，有利于桥面线形控制。预压过程中同时进行沉降观测，沉降稳定后卸载，卸载完毕后，要再次复测各控制点标高，以便得出支架和地基的弹性变形量，用总沉降量（即支架持荷后稳定沉降量）减去弹性变形量为支架和地基的非弹性变形（即塑性变形）量。

底模弹性变形量=预压后高程－预压中高程

底模非弹性变形量=预压前底板高程－预压后高程， 即支架持荷后稳定沉降量减去弹性变形量。

由于地基处理较好，所以地基变形很小，观测值小于2mm，预留压缩量确定为1cm。

4.模板工程

4.1立模标高的确定

在主拱圈的现浇过程中，立模标高的合理确定，是关系到主拱圈的线形是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终主拱圈与桥面系线形较为良好；如果考虑的因素和实际情况不符合，控制不力，则最终主拱圈与桥面系线形会与设计线形有较大的偏差。

立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，总要设一定的预拱度。因为在支架上拼装箱梁时，在施工中和卸架后，上部构造要发生一定的下沉和挠度，为保证上部构造在卸架后能达到设计要求的外形，在支架、模板施工时设置合适的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形（挠度）。其计算公式如下：

模板定位标高 ＝ 设计标高 ＋ 运营预拱度 ＋ 施工预拱度 ＋支架变形

其中支架变形值是根据支架预压确定，在确定预拱度时，主要考虑以下因素；

a、由结构自重及活载一半所引起的弹性挠度；

b、支架在承荷后由于杆件接头的挤压和卸落设备压缩而产生的非弹性变形；

c、支架承受施工荷载引起的弹性变形；

d、支架基础在受载后的非弹性沉陷；

e、超静定结构由混凝土收缩、徐变及温度变化而引起的挠度。

4.2模板施工及质量控制

4.2.1铺设底模板

底模板采用10mm优质竹胶模板，铺设时，模板牢固钉在方木上，模板与模板之间用胶粘带处理。模板加工时根据箱梁线形曲线及宽度将模板分段制作，将每一段视为直线段，即分段用折线代替圆曲线，从而提高了模板的使用效率。

4.2.2支设内模

箱梁内模采用木胶板，内模支撑采用木枋做骨架，木枋截面尺寸为5×10cm，立柱支撑在拱箱底板顶面上。此工艺内模的拆除比较困难，本工程没有拆除内模。

4.2.3支设侧模   

拱箱上下游腹板与底板现浇为一起，本箱梁外侧模板采用优质竹胶模板，在模板加工厂按照设计加工制作，其支撑采用10cm×10cm方木，支撑框架顺桥向每隔1.0m设1个支撑，设2道纵向钢管，连接各支撑,一头紧靠于侧模上，另一头用碗扣扣于支架上，为了使支撑成为整体共同作用。

5.底板、腹板、顶板施工顺序

对于采用支架施工的上承式拱桥来说，施工中确定出了主拱圈的立模标高，并在施工过程中进行施工监测，还要设计拱圈施工加载程序，保证成桥后主拱圈线形、桥面系线形以及结构内力状态符合设计要求。主拱圈施工中，其加载直到桥面施工结束都是对拱圈加载的过程，大桥底板、腹板、顶板施工顺序见图2。拱圈各片拱箱逐一合拢并将全部纵横接头处理完毕后，再浇筑接头横系梁混凝土，完成第一阶段加载。拱箱间的纵缝混凝土由两端拱脚同时开始浇筑，由上而下逐步浇筑到拱顶合拢，缝内混凝土施工分两层进行，每层浇到大约箱高一半处，初凝后再浇满全高，避免浇筑震捣对腹板造成损害。

6.小结

（1）、该桥主拱圈施工中为适应现场地形，加快工程进度，采用了满堂钢管支架施工，主拱箱在满堂钢管支架上拼梁施工。

（2）、支架法施工适用于无通航和通行要求的桥跨，墩高在15米以内，地基条件较好的地区施工。本工程的满堂支架地基处理与其他公路大桥满堂支架地基处理相比，工序上更为简单，造价上更为经济，实践表明结构上也能很好的满足施工及规范要求。

（3）、对采用支架施工的上承式拱桥，施工控制就是根据实际施工过程进行施工阶段计算，施工中要确定出主拱圈的立模标高，并在施工过程中进行施工监测，保证成桥后主拱圈线形、桥面系线形以及结构内力状态符合设计要求。施工控制计算的具体思路为：采用平面杆系分析程序，严格模拟整个施工过程，根据施工完成的各施工工况状态及成桥后的内力、位移与稳定性计算，确定结构各施工阶段的内力、位移与稳定性理论值。计算考虑施工的进程、时间、相应状态、临时荷载、温度、截面尺寸的变化、结构变化、混凝土的收缩徐变、非线性等因素，以确定桥梁结构的预拱度、预测下一施工状态及成桥状态的内力、位移。

（4）、经成桥荷载试验，施工满足了各项设计要求。箱梁施工支撑体系设计中，环节繁多，主要决定了箱梁的施工质量。所以，搞好其支撑体系的设计与安装，具有重要意义。该桥的施工实践证明，上述模板、支架的设计方法和施工控制措施是科学的、合理的，在类似拱桥箱梁的施工中可以借鉴。