多跨连续混凝土拱桥支架施工及其控制.pdf

2 重庆建筑 Ch o n g q ing Ar c h i t e c t u r e I 一 一 且一 段 ， 二 一 弼 一 一 lu 1 I l l J t 撼 _ 秘 1 l M l I I 卜 置 【 。 l l l 、卜 幽 - 自 配 凳 hl J I J 日且】 日强甚E 强国 7登 暑 j 21 f样 m 1 。 o 3 3 0 0 3 o 0 3 0 0 煦 ， ， I ， J 图3 拱 圈现浇支架横 断面图 桁 架上弦位置按纵向9 0 c m间距 铺设横向分配梁I 2 5 a ， 在 贝雷梁 上的I 2 5 a 工字钢上设置碗扣式架管 立杆横 向间距在腹 板 位置为0 3 m，在底板位置为O 6 m， 纵 向间距统一为0 9 m。 支架横杆步距统一为1 2 m。钢管采用 4 8 x 3 5 mm， 通 过碗扣 使纵横 向水平杆和立杆连接 ， 保证支架的整体稳定性。沿纵横 向设置水平支撑 ， 每根立杆底部设置底托 ， 支架底 以上2 0 0 mm 处设置纵横 向扫地杆 ， 当支架高于4 m时 ， 模板支架四边 满布竖 向剪刀撑 ， 中间每隔4 排立杆设置纵向竖向剪刀撑， 由底至顶 连续设置 支架四边和 中间每隔4 排立杆从顶层 开始向下每隔 2 步设置一道水平 剪刀撑 。在拱脚段 由于 水平 分力较大 ， 必须 在拱脚段设置5 层 斜撑钢管 斜撑钢管顶部与脚手架 立杆顶 部 用螺旋扣件 连接 ，斜 撑钢管底部与脚手架立杆底部 用螺旋扣 件连接。斜杆并与竖杆相 交处均采用扣件 连接 。 现 浇支架支墩位 于承 台上时 采用单排6 3 0 x 8 钢管安 装 在对应承台预埋件上 ， 为保证单排钢管 的稳定性 ， 钢管横 向设 置2 1 2 0 a 连接系 ， 纵桥向利用墩身预埋件设 置附墙。 现浇支架支 墩位于地面时 ， 先 用打桩机钻孔 至中风化 砂岩层 ( 嵌入 中风 化 砂岩不 少于 1 5 m) ， 然 后清空 ， 下放钢管桩 。钢 管桩采用双 排 6 3 0 x 8 mm钢管 ， 钢管横 向及 纵向均设置2 1 2 0 a 连接 系 ， 每 排 支墩为5 根6 3 0 x 8 mm钢管柱组成 ， 横 向间距3 m。 钢管柱按 嵌 岩桩设计 钢管桩施工时按照钻孔灌注桩施 工规范及 验标 要 求进行施工 ， 确保施工质量达到设计及 验标要求。钢管桩接长 采 用对接 焊 注 意管平 面与管 轴线 垂直 ，对 口误 差不大 于 1 mm， 外围用1 O mm厚弧形钢板贴焊补强。 钢管桩成桩 后倾 斜度小于0 5 H， 桩位偏移小于5 c m， 高 程误差小于2 c m。插打完成后进行纵横向连接施工， 联系分别 为横撑和斜撑 采用节点板 与钢管桩连接 ， 横 撑设置在地面或 水面 以上3 0 c m处 ， 两根钢管柱之间设置纵横向联 系， 杆件采用 2 【 2 0 a 槽钢 ，上端设置在桩顶下3 0 c m处 。纵横 向联 系框架高 3 m， 框架竖 向净间距为3 m。 2 2拱圈支架计算分析 2 2 1建立现浇支架计算模型 ( 以7 0 m跨为例 ) 采用结构有 限元计算软件 ， 建立 空间结构模 型 ( 图4) ， 模 型边界假设 ： 钢管立柱底 邦采用 固结。靠近拱座侧钢管施加纵 向约束。 图4 7 0 m跨现浇支架计算模型 ( 轴视图) 2 - 2 _ 2 计 算说 明、 荷载参数及计算结果 拱 圈施 工分两层浇筑 ， 计算时按一次性浇筑计算 。支架采 用梁柱 式结构 ， 钢管立柱将上部荷载传递到地基上。 拱 圈混凝 土荷载 ： 按照2 6 k N m3 计入 ， 并按 公路 桥涵施 工技术规范 要求【 1 1 ， 拱 圈自重宜乘 以1 2 倍 系数 。人群 、 机具荷 载取2 0 k N m2 ：模板 自重取2 0 k N m2 混 凝土振捣产生 垂直模 板 的荷载取2 O k N m ； 支架( 7 O m跨不含碗扣架 ) 强度计算结果 见表1 表1 结构应 力汇总农 由表1 可 知 ， 除 贝雷梁腹杆超 出容许应 力外 ， 其余所 有杆 件均满足容许应力要求。 因此， 必须对应力超标的腹杆( 局部竖 杆) 进行加强才能满足受力要求。 2 2 3支架变形及稳定分析 3 0 m跨支架最大竖 向位移9 mm。位于靠桥墩的 贝雷梁跨 中 ： 4 0 m跨支 架最大竖 向位移 1 8 mm，位 于 贝雷梁 中跨跨 中 ： 7 0 m跨支架最大竖 向位移 1 9 mm，位于靠桥墩的 贝雷梁跨中。 均满足规范要求。 将钢管桩 支点反力施加 在钢管支架顶 建立屈曲模态分 析 工况 对钢管柱支架做屈 曲分析 ， 前四阶屈曲稳定 系数均大 于4， 能够满足施 工的安全要求。 2 3拱圈支架预压 2 0 1 3 N O 7第1 2 卷 总第 1 1 7 期 多跨连续混凝土拱桥支架施工及其控制 道桥工程 3 本工程对3 0 m、 4 0 m、 7 0 m跨 径各选取一跨进行预 压 ， 即支 架预压三跨 ， 5 # 一 6 舟 车行桥、 6 # 一 7 拌 廊桥 、 7 舟 一 8 舟 廊桥。 2 3 1预 压方法 在支架搭设 完毕 、 1 5 x l 5 c m横 向方木放置稳定 、 纵向普通 钢管施作 完毕 ( 用铁丝 将其固定在 1 5 xl 5 c m 木方 上使其成弧 形 ) ， 同时纵 向普通钢 管中间铺设5 x l O c m的木方 ( 以便模板 的 铺设 ) 以后进行预 压 ， 因为拱 形结构不便摆放预 压物不能将底 模铺设好了再预压。预压材料 采用钢材或者集装袋装卵石 ， 每 袋约 2 t ( 因卵石和钢材不受 天气 控制 ， 采用其它材料如 遇上下 雨 ， 荷载会增加 不宜控 制 ， 同时又能在河 内就地 取材即减 少成 本 ) ， 用 吊车 吊装上去。由于拱 圈混凝土 是分段分环浇筑 ， 那 么 预 压荷载的加载顺序也按 分段分环 的方式 进行 首先用集 装 表2 拱圈预压沉降监测记录表 度长划分为5 段 ， 顶部一段、 腰部二段 、 拱脚 二段 。7 0 m 跨径加 载顺序也是分环分段 ， 即每一环加 载首先拱顶三分之一处 ， 其 次拱脚 ， 再 次拱腰 ， 拱顶和 拱腰均采 用集装 袋装卵石 ， 拱脚 采 用成捆钢筋。以上各环各段静压三天后记下观测数据 ， 随后卸 载 ， 卸载顺 序 同加 载顺 序相 反 ， 记 下观测数 据整理计 算 ， 卸载 完成后根据观测 的预拱度 重新对顶托进行调 整 ，达到与设计 要求相吻合的线形。 2 3 2沉降观测点及 观测程序 观测点布设原 则 ： 支架预 压前 ， 在横 向木方上布置沉降观 测 点 ， 按 纵桥 向每 1 O m设 置一个断 面 ： 每个断面 横桥 向设置5 个观测点。观测程序见表2 。 3线形控制 袋装卵石在拱的顶部上荷载 ，从中线 向两边走 ，上荷载要对 称 。3 0 m、 4 0 m跨径分为三段 ， 首先加载至拱顶三分之一处 ， 荷 载加 到该 段总载的5 0 ， 观察一天 ， 记下观测数据 。其次从拱 脚 开始 ， 由于拱 脚不 宜摆 放集装袋 ， 所 以采 用钢材 ， 钢 材有柔 性 。钢材摆放采用材料 的顺长方 向同桥 的顺桥方向一致 ， 材料 摆放 由拱 脚向拱顶三分之 一处进行 但拱脚 两边 必须对称进 行 ， 待加 至该段总载的5 0 ， 观察 一天 ， 记下观测数 据。第二次 ( 环 ) 又从拱 顶 开始加 第 二环 荷 载 ， 顺 序同 上 。 此次 加载 加至 1 0 0 ， 记下观测数据 ， 然后再加至 1 2 0 ， 再观测记录 。 7 O m跨 预拱度( 立模 ) = 施工 预拱 度+ 设计预拱度 设计预拱度 ： 卸架 后 主拱圈本身及 活载一半 所 产生的竖向挠度 由设计 提供。 施 工预 拱度 = 支架 非 弹 性 变 形 +支 架 弹 性 变 形+ 基础沉降变形 设计预拱度即结构变 形量应 由设计提供 设计 不提 供 则施 工要 计算 ： 支 架 的弹性变形和支架的非 弹性变形 由计算或预压试 验测得 ：地基 的弹性变形 由计算或试验获得。预压 前记录 各个测点 的高程为 预压前拱底高程 ：预压沉 降稳定后 记录各测点的 最终高程。 沉降量= 预压前拱底高程一 预压后拱底高程 同时 ， 沉降量= 支架弹性变形+ 支架非弹性变形+ 基础沉降 变形 卸载后精确 测出底模各测 点的标 高 、此标高减去加载终 了时 的标高 即为支架的弹性变形 ：余下的沉降值为支架 的非 弹性变形 。由于本 工程是端承桩基础 因此不考虑基础沉降变 形 。 拱弧上的各个部 位的预拱度计算按公式8 = 6 ( 1 4 2 L 2 )， 4 重庆建筑 Ch o n g q i n g Ar c h i t e c t u r e x 一跨 中到任意点的水平距 ； 8 一拱顶总预加高度 ； 8 广 任意点 ( 距离为 ) 的预加 高度 ； L 一拱 圈计算跨径口 。拱 圈预 压后立模 标高调整值见 表3 。 表3 拱 圈预压后立模标高调整 注 ： + 为向下调整 ， 即预拱度 大了； 一为向上调整 ， 即预拱度不够 。 纵 向五 个 观 测 点位 置 的 原 支 模标 高均 按 设 计 预 拱 度 5 O mm( 设计提供 ) 和施 工预拱度3 O mm( 计算分析 ) 考虑 ， 除跨 中较准确外 ， 其余四个点位的标高误差 ( 1 4 4 1 mm) 均需要调 整 ， 因此通过预 压能准确地调整立模标高 ， 达到设计要求的拱 圈线形 。 4拱 圈浇筑 4 1拱圈分环 分段浇筑 本桥最大跨度7 0 m ， 最 小跨度也有3 0 m， 因此 ， 施工中为减 少混凝土的收缩应力和避免因拱架变形而产 生裂纹 。并结合 设计要求 ， 拱 圈按两环 多段 浇筑 ， 两环浇 筑完成后 再浇筑间隔 槽。3 0 m跨 、 4 0 m跨分三段 ， 7 0 m跨分五段。如图5 所示 。 2 1 7 0 m跨拱 圈浇筑顺序示意图 3 0 m、 4 0 m跨拱 圈浇筑顺序示意 图 图5 拱 圈浇筑分环示意图 4 2 混凝土浇筑 混凝土浇筑时采取水平移动 ， 从拱脚向拱顶方向推进 ， 腹 板浇筑时采取 上下分层 的方法浇 筑 ， 浇筑拱脚混凝土前 ， 要将 其与拱座的新 旧混凝 土接合 处凿毛并冲刷干净 。再将接茬面 用水湿润 后布薄薄 的一层 1 ： 1水泥砂浆3 1 。混凝 土分段分层浇 筑严格按 图5 顺序进行 。 浇筑进行 中不得 任意 中断 ， 因故必须 间歇时 ， 间歇最长 时间不能超过混凝土的初凝 时间 。拱圈合拢 段预留槽中混凝土 。 应待所有各分段混凝土均灌注 完毕 。 且其 相邻段混凝土强度达到7 0 后方可浇筑 浇筑前要将分段混 凝土表面 凿毛冲净后绑扎钢筋 ， 立好模板。浇筑过程中为防止 混凝土外流 ， 在底板 、 腹板和顶板拱脚位置设盖板防护 。拱 圈 浇筑过程 中最重要的就是对 称浇筑 ， 不仅是每孔按 图5 1 ul 序对 称浇筑 而且五跨连拱 混凝土桥按3 0 m跨和4 0 m跨进行对称浇 筑混凝土 5支架卸落 主拱圈混凝土达到设计强度后 ， 即可进行主拱圈卸架。 落 架分为2 个 步骤 ： 卸载、 支架拆除 。卸载是支架拆除 的前提 ， 也 是落架的关键 ，所 以只有采取了正确的卸载方式方法才能保 证落架过程的安全 。本桥是 多跨连续拱桥 ， 多跨连续拱桥本 应多跨同时卸落拱架 ，但因为拱架设计 中采用可调托撑来调 整标高和落架 ，因此全桥每跨 同时卸架 由于落架点数量 巨大 而不能实现 ， 拱 圈每跨在纵 向必须 分区域先后落 架 ， 同区域 内 拱 圈横 向各托撑点则必须 同时进行落架操作 。拱桥混凝 土浇 筑时要求对称进行施工 。同样卸架 的每 一步骤 的卸载也必须 对称进行 。因为考虑到拱桥的对称性 ， 所以边跨 、 次边 跨必须 分别 同时同区域卸载 。而每跨从拱跨中向拱腰 、 拱脚分三个区 域 f 每 个区域的纵 向长 度均为每跨跨度 的1 3 ) ， 每个区域 采用 三次循环 每次循环是卸落量的1 3， 即在 第三次循环后 ， 卸架 范 围的架体 ( 撑托 ) 脱 离拱 圈 ， 则这三个 区域三次循环 的卸载 程序是保证拱圈逐步由支架受力转化 为主拱圈受力的关键 。 卸 载程 序分为三个区域和三个循环 必须在卸架 前对 工人 进行技术交底 。 操作 时工人只用小锤对 顶托拧圈 ( 人为控 制卸 落量 ) ， 这样通过 前两 次的循环卸 载 ， 使支架 上所 承受 的荷 载 逐 步向拱圈转移 ，这样循环卸载 的过程 会使 支架所承受的力 逐 步减小 最后一次循环后模板和混凝土就可 以脱离了 ， 使支