中、小跨径钢筋混凝土拱桥现浇支架(拱架)设计指南.doc

中、小跨径钢筋混凝土拱桥
现浇支架（拱架）设计指南
1前言
拱桥在桥梁设计中应用广泛，钢筋混凝土拱桥主要适用于中、小跨径的桥梁，拱桥的主要受力结构是主拱圈，在竖向荷载作用下，主拱圈主要承受轴向压力，但也承受弯剪，拱座支承反力不仅有竖向反力，也承受较大的水平推力。
中、小跨径钢筋混凝土拱桥现浇，需要搭设支架(拱架)，进行浇注施工，具体作法是：在支架（拱架）上立模、绑扎钢筋、浇注混凝土拱圈。
2支架（拱架）材料分类及有关资料
支架（拱架）的种类很多，按结构形式可以分为：满堂式、排架式、撑架式、扇形式、桁架式、组合式、叠桁式、斜拉式等，其常用材料有木材、万能杆件、贝雷梁、扣件式钢管脚手架、碗扣支架、门式支架、型钢组合桁架。
3各型支架适用范围
满堂式支架主要采用扣件式钢管脚手架或碗扣支架，钢管直径一般为Φ48mm，壁厚为3.5mm。满堂式支架对地基处理的要求比较高，原地面要求地形地势相对比较平整，适合旱桥施工。
排架式、撑架式、桁架式主要采用木材、万能杆件、门式支架、型钢组合桁架结构，这些方式支座不采用满堂布置，支架支点较少，支点数量和距离根据实际跨度和计算后得出。跨河、跨较小的山沟都可以采用这些支架方式。
扇形式只在拱两端支座位置有两个支点，桁架采用贝雷梁、拼装梁或型钢连接成拱弧线形状。这种支架和主拱圈一样，主要承受轴向压力，同时承受弯剪。跨深沟，地形条件比较差的拱桥比较适合用这种支架。
斜拉式贝雷梁拱架一般应用在几跨连续施工的情况，在距边墩一定距离处设置临时墩，在中间墩墩顶各设一个塔柱，塔柱顶端伸出斜拉杆拉住贝雷梁，贝雷梁上设拱盔，形成几孔连续斜拉式贝雷梁拱架结构。其主要构件均由常备式贝雷桁架、支撑架、加强弦杆等组成，结构构件处理方便。由于整体拱架体系柔性多变，施工中应严格掌握和控制对称加载及塔柱、平梁的挠度变形，控制平梁、斜拉杆、塔柱的受力不得超过容许值。
组合式、叠桁式主要是支架组合的多样性，根据计算受力的需要，支架由不同类型的桁架组成。
4支架（拱架）结构设计
支架（拱架）设计的原则为：必须使支架（拱架）上部接近合理拱轴线，能承受施工过程中产生的竖向力与水平力，确保支架（拱架）的稳定，尽量减少非弹性压缩，注意对局部受力不利杆件进行加固。假设某大桥为现浇混凝土箱拱桥，根据不同地形条件，采用不同支架（拱架）形式进行现浇施工。
4.1 支架（拱架）受力分析
箱形截面拱圈一般采用分环、分段进行浇注施工，分环的方法一般是分成二环或三环。分二环时，先分段浇注底板（第一环），然后分段浇注腹板、横隔板和顶板（第二环）。分三环时，先分段浇注底板（第一环），然后分段浇注腹板、横隔板（第二环），最后分段浇注顶板（第三环）。各段间预留隔缝长度一般为50～100cm，等每一环各分段浇注完后，混凝土强度达到70%设计强度后浇注隔缝。
主拱圈荷载及施工荷载通过模板、枋木传至支架（拱架），支架（拱架）在施工过程中承受竖向力与水平力。在底板合拢后混凝土达到强度之前，底板的荷载主要由支架承担，当混凝土达到设计强度之后，浇注腹板、横隔板及顶板时，荷载由支架（拱架）承担之外，拱底板也承担一部分重量。
4.2 支架（拱架）材料选用
根据主拱的荷载和工程位置、条件、供料来源，选用合适的材料作为支架（拱架）用材。
4.3 支架（拱架）结构设计和受力检算
4.3.1 支架结构设计和受力检算
（1）采用满堂式碗扣支架：
在处理好的地基上，根据梁顶与拱圈内弧之间的高度，布置碗扣支架。立杆的纵横向间距和横杆竖向步距经检算后确定。每根立杆底部设置垫座，顶端安装可调天托，根据高度选取30cm或60cm天托，可调天托起到精确调整标高和卸架的作用。天托顶部放置横向枋木和纵向梳形木连成一体，枋木上铺设组合钢模板或木模板，形成底模和施工平台。碗扣支架应严格按照《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》规定布设。
1）施工荷载分析：（根据各自项目实际情况修正各参数）
主拱圈混凝土荷载：容重，拱圈厚度为，；
模板荷载：取；
施工荷载：取；
振捣冲击荷载：取；
碗扣支架自重：；
2）模板及枋木检算：
采用5cm厚木板作底模模板，上层枋木间距为，下层枋木间距根据碗扣支架间距确定。
①模板检算：
按均布荷载五跨连续梁计算：
取1mm宽度计算
（1）

图1 模板受力简图
抗弯强度：
（2）
抗剪强度：
（3）
挠度检算：
（4）
式中：
所受最大弯矩，，；
木板的抗弯模量；
分别为木板容许抗弯强度和抗剪强度；
所求得的最大剪力，，，；
1mm宽的木板截面积；
分别为木板的弹性模量和惯性矩。
②上层枋木：
上层枋木间距为，下层枋木间距根据碗扣支架间距确定；
按均布荷载三跨连续梁计算：
荷载：
（5）

图2 上层枋木受力简图
抗弯强度：
（6）
抗剪强度：
（7）
挠度检算：
（8）
式中：
所受最大弯矩，，；
枋木的抗弯模量；
分别为枋木容许抗弯强度和抗剪强度；
所受在大剪力，，，；
枋木的截面积；
分别为枋木的弹性模量和惯性矩。
③下层枋木：
下层枋木间距根据碗扣支架间距确定。
下层枋木荷载，计算方法同上。
3立杆计算：
①立杆荷载：
（9）
表1 立杆设计荷载

横杆竖向步距（cm）
框架立杆容许荷载（kN/根）
1
60
40
2
120
30
3
180
25
4
240
20
（10）
式中：立杆的纵横向间距。
②立杆稳定性计算：
组合风载时：
（11）
式中：
计算立杆段的轴向设计值，；
模板及支架自重、新浇混凝土自重与钢筋自重标准值产生的轴向力总和；
施工人员及施工设备荷载标准值、振捣混凝土时产生的荷载标准值产生的轴向力总和；
轴心受压构件的稳定系数，应根据长细比由《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》P50页附录C表C取值，当时，；
长细比，；
计算长度，；
立杆步距；
模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度；
钢管截面回转半径；
立杆的截面面积；
立杆截面模量；
计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩：

风荷载标准值，；
风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GBJ9）规定采用；
支架风荷载体型系数，桁架；
基本风压（），按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GBJ9）规定采用；
4碗扣支架施工注意事项：
①支架立杆接长缝应错开，使立杆接长缝不在同一水平面上，保证支架整体强度。
②拼装时随时检查横杆水平和立杆垂直度，注意水平横杆的直角度，防止支架偏扭。立杆垂直度偏差小于0.5%，顶部绝对偏差小于0.1m。
③注意剪刀撑的设置，提高碗扣支架的整体稳定性。剪刀撑不能随意拆除，实有必要暂时拆除时，必须严格控制同时拆除的根数，并及时装上且应先装后拆。高层支架的低层框架不允许拆除。
④靠近拱座的碗扣支架，应注意连墙撑的设置，提高支架的纵向稳定性。
⑤支架顶天托和底座的自由长度，应根据设计计算确定，超过计算长度的应加设纵横杆，防止碗扣支架失稳。
⑥支架应设置人行梯，方便施工中人员走行。
（2）采用万能杆件、贝雷梁组拼（见图3）
支架采用万能杆件和贝雷梁作为主要构件，主要由多片平面主桁通过联结系组成空间结构。平面主桁相互平行，其间距按拱圈宽度均匀受力来布置。为支架上部接近拱弧线，在万能杆件顶采用异形杆件进行拼接。
整个支架立于混凝土或片石混凝土临时墩上，基本采用梁柱式结构。支墩可以采用铁路五六式军用墩，其布置方式为2×5柱，根据位置不同其高度也不同，顶端因支承位置不同略有变化。拱脚在一定范围内采用万能杆件直接组立，并与梁柱式结构联结，形成一体使支架共同受力。
贝雷梁上弦杆之间及连接处均设有支撑架，通过在贝雷梁连接处设置斜撑及下部弦杆处设置抗风拉杆来增强支架横向稳定性，但由于对与对之间净距较小，故抗风拉杆的截面尺寸需增大以保证支架横向的稳定性。

图3 万能杆件、贝雷梁组拼示意图
为全面准确掌握了解结构的内力和变形情况，采用全部支架为计算模型进行受力分析。
1）施工荷载分析：（根据各自项目实际情况修正各参数）
主拱圈混凝土荷载：容重，；
模板荷载：取；
施工荷载：取；
振捣冲击荷载：取
风压：，根据高度确定：
2）杆件支架容许应力和容许内力：
①万能杆件：
考虑到支架施工的实际情况，万能杆件的容许应力值取。经初步计算，万能杆件截面及容许应力见表2。
表2 万能杆件容许应力和容许内力
杆件
型号
名称
截面组成(mm)
毛截面面积(cm2)
净截面面积(cm2)
回转半径
自由长度(cm)
长
细
比
纵向弯曲系数
容许应力(MPa)
容许拉力(kN)
容许压力(kN)
N2
立柱
4∠120×120×10
93.2
74.5
5.31
200
37.7
0.882
170
1267
-1398
N3
斜杆
2∠100×75×10
33.4
27.8
3.14
283
90.1
0.582
170
473
-331
N4
横杆
2∠75×75×8
23.0
17.4
2.88
200
69.4
0.716
170
296
-280
②贝雷梁：
贝雷梁杆件截面及容许拉应力见表3。本文将贝雷拱架杆件的容许拉应力值取为1.3×210＝273 MPa，考虑到压杆的纵向弯曲系数折减，容许压应力取为210MPa。
表3 贝雷拱架杆件的容许应力
构件
材料
断面型式
容许拉应力（MPa）
容许压应力（MPa）
弦杆
16Mn
][10
273
210
竖杆
16Mn
I8
273
210
斜杆
16Mn
I8
273
210
支撑架
16Mn

273
210
斜撑
16Mn
I10
273
210
抗风拉杆
16Mn
圆形

273
210
加强竖杆
16Mn
工字形
273
210
3）施工阶段划分：
根据拱桥设计要求主拱圈混凝土分环分段浇注，分环按三环考虑，分别为底板环、腹板环（含横隔板）和顶板环。每一环的分段方式（见图4），图中1、2、3、4表示浇注顺序，只示出半跨，另外半跨对称浇注。每一环的浇注都分为10段，段间预留间隔槽，间隔槽沿拱弧的长度取50cm，每一环合拢后，再浇注下一环。

图4 拱圈分段示意图

表4 施工阶段划分
施工阶段
施工内容
1
支架、模板等形成，浇注主拱圈节段1
2
浇注主拱圈节段2
3
浇注主拱圈节段3
4
浇注主拱圈节段4
4）万能杆件支架整体检算：
根据万能杆件方案计算模型（见图5、图6、图7），采用大型有限元分析软件MIDAS建立万能杆件支架的空间计算模型。万能杆件均采用桁架单元模拟，支架杆件与基础、拱座连接端均按固端处理。杆件弹性模量取210GPa，泊松比取0.3。

图5 模型空间图

图6 模型立面图 图7模型侧面图
根据模型计算结果进行分析，各杆件内力是否超过杆件的容许内力值（见表2、表3）。各个方向变形是否超过允许变形范围，竖向变形应低于限值L/400，L为万能杆件支柱之间的距离。
若万能杆件方案中有部分杆件强度不足，截面尺寸偏小，有可能引起整个万能杆件支架的失稳。因此在原万能杆件方案的基础上进行调整，增大强度不足的杆件截面，重新建立空间模型采用有限元分析软件MIDAS进行计算。
5）万能杆件支架施工阶段检算：
根据表4中施工阶段的划分，对万能杆件进行分步检算，在施工阶段1中，支架只承受自重及模板的重量。利用大型有限元分析软件MIDAS进行空间模型计算，确定杆件内力是否超过杆件的容许内力值（见表2、表3），支架稳定性和竖向位移，竖向位移应满足限值L/400，L为万能杆件支柱之间的距离。
依次建模分析施工阶段2直至施工阶段4，完成对支架的检算。
6计算结论及施工注意事项：
①随着混凝土拱底板浇注段的增加，万能杆件支架的竖向变形逐渐增大，当底板合拢达到强度后，由于底板和支架共同受载，支架变形同上阶段相比应该有所减小，随后在浇注拱腹板和顶板阶段，支架变形又会逐渐增大。
②万能杆件的柱脚应全部埋入基础中，柱底的杆件间应有斜杆联系，万能杆件与拱座连接的杆件也应有斜杆联系；万能杆件支架顶部的异形杆件应保证与万能杆件连接可靠，顶部托架杆件在纵向应设置连接杆件。
③万能杆件支架的支墩较高，在施工中应设置抗风索。
④应对万能杆件支架在浇注混凝土前进行预压，检验支架的承载能力，在施工中注意监测支架变形和杆件应力，发现异常，及时处理。
⑤由于贝雷梁对与对之间净距较小，故抗风拉杆的截面尺寸需增大，采用标准间距的贝雷梁下弦杆间加强横桥向联系，以增强贝雷梁的横向稳定性。
⑥在支墩万能杆件顶部与贝雷梁相接处，应通过抗弯刚度较大的横向杆件将贝雷梁的力均匀地传递到万能杆件上，尽量减少杆件的局部应力。
⑦拱段的浇筑程序应在拱顶两侧对称进行，以使拱架变形保持均匀和最小。
4.3.2 拱架结构设计和受力检算
（1）采用贝雷梁拼装拱架（见图8）：
混凝土箱拱轴线为悬链线，为了方便施工放样及新制弦杆的可操作性及通用性，采用圆弧线做为拱架线型。根据混凝土箱拱拱弧悬链线的两个拱脚点及拱顶点，可得到一条圆弧线，将这条圆弧线再向下偏移1.18m，得到贝雷梁拱架上层弦杆轴线，即贝雷拱架的设计圆弧线。
拱架由双层加强型桁架组拼而成的贝雷桁片组成，顺桥向桁架片以折线形式连接模拟圆曲线，保证每个标准段上弦杆的两端点都布置在圆弧线上。标准段长度采用9m，由3个桁架单元组成；非标准段在两个拱脚附近的节段。折线段间的贝雷上层以特别加工的贝雷短弦杆与贝雷销连接，中层以双面、上下的连接板焊接连接，下层以贝雷销直接连接和焊接相结合，从而构成拱架。横桥向通过支撑架、联板以及上、下横梁连接成整体。在拱架顶依次布置卸架装置、弓形木、底模横梁和底模模板。

图8 贝雷梁拼装拱架
1）受力检算：
贝雷梁杆件截面及容许拉应力见表3。本文将贝雷拱架杆件的容许拉应力值取为1.3×210＝273 MPa，考虑到压杆的纵向弯曲系数折减，容许压应力取为210MPa。
采用有限元分析软件MIDAS建立贝雷拱架的空间模型计算，贝雷架用空间梁单元模拟，混凝土箱拱底板、拱脚铰架用空间板单元模拟。贝雷拱架计算模型如图9所示。

图9 贝雷拱架计算模型
施工荷载和施工阶段同4.3.1节。拱架分为两个部分：一部分是贝雷梁，一部分是新制的拱脚构件，即三角形铰架。
根据表4中施工阶段的划分，对贝雷梁拱架进行分步检算，在每个施工阶段中，确定贝雷梁的最大应力是否超过容许应力，拱架的竖向位移应满足L/400，L为拱架计算跨径。
4.4 支架（拱架）沿拱轴线变形值并绘制变形图
根据有限元分析软件MIDAS计算得出支架（拱架）的变形值，绘制变形图。
4.5 支架（拱架）材料用量表（见表5、6）：
表5 碗扣式支架材料用量表
序号
名 称
型号
材料
规 格
数 量
单 重
合 重
1
底模板

木材或钢模板

2
外模板

钢模板

3
内模板

木模

4
上层枋木

木材

5
下层枋木

木材

6
支承垫木

木材

7
立杆
LG-300
Q235
φ48×3.5×3000

8
顶杆
DG-90
Q235
φ48×3.5×900

9
横杆
HG-30
Q235
φ48×3.5×300

10
横杆
HG-90
Q235
φ48×3.5×900

11
底座
D2-1
Q235

12
立杆可调座
D2-2
Q235
可调范围≤300

13
斜杆

Q235
φ48×3.5×7000

14
回转扣件

Q235

表6 万能杆件及贝雷梁支架材料用量表
序号
名称
型 号
材料
规 格
数 量
单 重
合 重
1
立柱
N2
Q235
∠120×120×10

2
斜杆
N3
Q235
∠100×75×10

3
横杆
N4
Q235
∠75×75×8

4
弦杆拼
接角钢
N6
Q235
∠100×100×10

5
支承角钢
N7
Q235
∠120×120×10

6
节点板
N8
Q235
◇265×10×510

7
节点板
N12
Q235
◇380×10×590

8
节点板
N18
Q235
◇325×10×325

9
垫板
N19
Q235
◇180×10×220

10
柱帽或
柱靴
N21
Q235
◇260×16×260

Q235
◇240×16×260

Q235
◇90×16×260

11
节点板
N22
Q235
◇325×10×325

12
节点板
N26
Q235
◇325×10×325

13
螺帽垫圈
N24
Q235

14
螺帽垫圈
N25
Q235

15
底模板

木材或钢模板

16
外模板

钢模板

17
内模板

木模

18
枋木

木材

19
贝雷梁
3米节段
16Mn

注：表5、表6中支架的材料数量仅供参考，实际中材料数量应根据方案需要确定。
5支架地基检测与设计
5.1 地基承载力检测
首先参照施工设计图中的水文和地质资料，进行现场核对，采用可靠手段对水深、流速进行实测，对地基土进行检测。若原地基检测不符合计算要求，对原地基进行处理，处理后再一次检测地基的承载力，直到满足设计要求。
地基承载力检测方法可以采用轻型触探试验。轻型触探试验设备主要由探头、触探杆、落锤三部分组成。操作过程：落锤距地面50cm，使其自由下落，将探头垂直打入土层中，记录每打入土层中0.3m时，所需的锤击数N0，填入地基标准贯入检测记录表中。N0经下式修正后，查表7、表8确定地基承载力标准值σ0。
，为修正系数，当触探长度时，取。

表7 粘性土承载力标准值

15
20
25
30

105
145
190
230
表8 素填土承载力标准值

15
20
30
40

85
115
135
160

5.2 地基承载力计算
地基土的承载力通常指地基的承载力设计值，是指在保证地基稳定的条件下，地基单位面积上所能承受的最大压力。地基承载力设计值的确定，一般有以下三种方法：
(1)按《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）表格确定地基土承载力设计值
地基承载力设计值按下式计算：
（12）
式中：
地基土承载力设计值（kPa），当时，取；
地基承载力标准值（kPa）；
地基宽度和埋深的承载力修正系数，按基底下持力层土类查《建筑施工计算手册》P270页表5-17；
基底以下土的重度，为基底以下土的天然质量密度与重力加速度的乘积，地下水位以下取有效重度（kN/m3）；
基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度（kN/m3）；
基础底面宽度；当基础宽度小于3m，按3m考虑，大于6m按6m考虑；
基础埋置深度，以天然地面起。
(2)按土的抗剪强度确定地基土承载力设计值
通过试验和统计得到土的抗剪强度指标标准值后，当偏心距倍基础底面宽度，根据土的抗剪强度指标可按下式计算地基土的承载力设计值：
（13）
式中：
由土的抗剪强度确定的地基承载力设计值；
承载力系数，按《建筑施工计算手册》P271页表5-18确定；
基础底面宽度（m），大于6m按6m考虑；对于砂土小于3m时，按3m考虑
符号意义同上。
(3)按荷载试验P-S曲线确定地基土承载力设计值
1)根据试验结果，可绘制荷载板地面的压力（P）与其相应下沉量（S）的关系曲线（见图10），从图10中可得，在荷载作用下地基土的变形过程可分为三个变形阶段：
①直线变形阶段：即荷载从0到P0时，荷载与变形之间的关系接近于正比例关系，地基土是稳定的；
图10 应力-沉降（P-S）曲线

②局部剪切阶段：当荷载超过P0后，荷载与变形之间的关系为曲线，曲线上各点斜率逐渐增大，如曲线中1～2段所示，地基土的稳定性逐渐降低；
③完全破坏阶段：当荷载继续增大达到某一限值，即极限荷载后，沉降量急剧增大，曲线出现陡降，这时地基完全破坏，表示失去稳定。
2)地基土的承载力基本值可根据P-S曲线的特征按以下确定：
①当P-S曲线有较明显的直线段时，可采用直线段的比例界限点所对应的荷载值（P0）作为地基土的承载力基本值；当极限荷载能确定，该值小于对应比例界限的荷载值的1.5倍时，可取荷载极限值的一半；
②当P-S曲线没有明显直线段时，对中、高压缩性土宜采用相对沉降量s/b=0.02所对应的荷载值（P0.02）；对低压缩性土和砂土可采用s/b=0.01～0.015所对应的荷载值，作为地基土的承载力基本值；
③当P-S曲线上的比例界限点出现后，土很快达到极限破损，即比例界限荷载P0与极限荷载PU接近时，以PU除以安全系数K（K值可取2～3）作为地基土的承载力基本值。
3)同一土层参加统计的试验点不应少于三点，基本值的极差不得超过平均值的30%，取此平均值作为地基承载力标准值。
地基承载力标准值，请参照《中、小跨径钢筋混凝土拱桥现浇施工工艺》4.1地基处理。
（4）碗扣支架立杆地基承载力计算：
立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求：
（14）
式中：
立杆基础底面的平均压力，；
上部结构传至基础顶面的轴向力设计值；
基础地面面积；
地基承载力设计值，；
脚手架地基承载力调整系数，对碎石土、砂土、回填土、应取0.4；对粘土应取0.5；对岩石、混凝土应取1.0；
地基承载力标准值，应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GBJ7）附录五的规定采用。
5.3 地基换填垫层厚度和宽度计算
换土垫层系将基础下面一定厚度的软弱土层挖除，然后换以中砂、粗砂、角（圆）砾、碎（卵）石、灰土或粘性土以及其他压缩性小、性能稳定、无侵蚀性材料，经拌合、分层回填夯（压）实而成，作为地基的持力层。这种垫层具有一定的强度和低压缩性，施工设备工艺简单，取材较易、费用较低等优点，为一种应用广泛，经济、实用的浅层地基加固方法。通过试验和计算以确定垫层的铺设厚度、宽度以及承载力等，以指导施工和控制质量。
（1）垫层的厚度：
地基采用换土垫层（又称换填法）处理软弱地基，常采用砂、砂石、灰土……等材料，垫层的厚度应根据作用在垫层底部软弱土层底面处土的自重压力（标准值）与附加压力（设计值）之和不大于软弱土层经深度修正后的地基承载力标准值的条件确定，即应符合下列要求(见图11)：

（a）按扩散角设置；（b）按基础同宽设置
1—基础；2—填土垫层；3—回填土
图11 垫层内应力分布
（15）
可根据基础不同形式分别按以下简化式计算：
条形基础
（16）
矩形基础
（17）
式中：
垫层底面处土的自重压力（kN/m2）；
垫层底面处的附加压力（kN/m2）；
垫层底面处土层的地基承载力（kN/m2）；
条形基础或矩形基础底面的宽度（m）；
矩形基础的底面长度（m）；
基础底面压力（N/m2）；
基础底面处土的自重压力（N/m2）；
基础底面下垫层的厚度（mm）；
垫层的压力扩散角，可按表9采用。
表9 垫层的压力扩散角
换填材料
Z/b
中砂、粗砂、砂砾、圆砾、角砾、卵石、碎石
粘性土和粉土
(8< IP <14)
灰土
0.25
20
6
30
>0.50
30
23
30
注：1.当Z/b<0.25时，除灰土仍取外，其余材料均取；
2.当0.25按下式计算值：
（18）
再按下式计算值：
（19）
式中：
为基础底面附加压力（kN/m2）；
垫层底面处软弱土层的承载力标准值（kN/m2）；
分别为基础宽度和埋深度的承载力修正系数，按表根据垫层底面处软弱土层的名称确定；
基础埋置深度（m）；
分别为软弱土层和垫层的重度（kN/m3）；
根据，和基础底面长边与短边的比值，由图中曲线可查得m值。
按下式直接计算需要垫层的厚度：
（20）
（5）垫层的宽度：
垫层的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，按下式计算：
（21）
式中：
垫层底面宽度；
垫层的压力扩散角，可按《建筑施工计算手册》表5-1采用；当时，按表中取值。
根据建筑经验，垫层的顶宽一般采用较基础底边每边宽出200mm，垫层的底宽可取基础同宽。
5.4 桩基设计与检算
当支架（拱架）支点采用桩基时，应对桩基进行承载力检算。单桩承载力是否满足设计要求，一般通过现场静载荷试验确定。如无试验资料亦可按土的物理性质指标与承载力参数之间的经验公式确定单桩承载力。
（1）一般直径单桩竖向极限承载力计算：
一般直径单桩竖向极限承载力标准值，可按下式计算：
（22）
式中：
单桩总极限侧阻力标准值；
单桩总极限端阻力标准值；
桩身周长；
桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，如无当地经验值时，可按《建筑施工计算手册》P320页表5-31取值；
桩穿越第i层土的厚度；
极限端阻力标准值，如无当地经验值时，可按《建筑施工计算手册》P322页表5-32取值；
桩端面积。
（2）大直径单桩竖向极限承载力计算：
大直径（）单桩竖向极限承载力标准值，可按下式计算：
（23）
式中：
桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，如无当地经验值时，可按表取值，对于扩底变截面以下不计侧阻力；
桩径为800mm的极限端阻力标准，可采用深层载荷板试验确定，当不能进行深层载荷板试验时，可采用当地经验值或按表取值，对于干作业（清底干净）可按《建筑施工计算手册》P324页表5-33取值。
大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，按《建筑施工计算手册》P324页表5-34取值。
符号意义同前。
对于混凝土护壁的大直径挖孔桩，计算单桩竖向承载力时，其设计桩径取护壁外直径。
（3）水中钢管筒形支墩计算：
钢管筒形支墩是一压弯组合构件，首先需验算单根钢管在稳定状态下所能承受的力，然后计算钢管筒形支墩的整体刚度及稳定性。（见图13）筒形支墩示意图。

图13 筒形支墩示意图
图中：
为上部支座传来的荷载；
；
水流作用力；
水流作用力矩；
轴向偏心距；
荷载偏心倾覆力矩；
钢管顶支座高度；
钢管顶支座超出钢管直径的距离；
片石抛填高度；
1）钢管容许承载力计算：
钢管容许承载力：
； （24）
折减系数：
（25）
式中：
临界应力（MPa）；
临界力：；
破坏应力：；
强度安全系数取1.6；
稳定安全系数取2.0；
为钢材的基本容许应力（150MPa）；
钢管横截面积：；
钢管横截面惯性矩：；
弹性模量：钢材；
长度系数：按两端铰支，取；
分别为钢管外径（cm）、钢管内径（cm）、钢管长度（cm）。
2）钢管筒形支墩的刚度检算：
钢管支墩顶端位移值：
（26）
式中：
水流作用力；
压杆的相当长度；
，
每根钢管容许荷载；
筒形支墩钢管根数；
筒形支墩顶端容许位移值；式中：跨度（m）；
筒形支墩墩顶位移值应在容许位移值内。
3）钢管筒形支墩的抗滑和抗倾覆稳定检算：
①抗滑力检算：
（27）
式中：
抗滑稳定系数；
基底面与地基土间摩擦系数；
作用于基底的垂直力总和；
浮力；
作用于墩上的水平力之和；
②抗倾覆力检算：
（28）
式中：
抗倾覆稳定系数；
基底形心至基底最大受压边缘之距离；
偏心距，；
倾覆力矩；
作用于基底垂直力总和；
6支架（拱架）搭设基本要求
(1)支架（拱架）搭设前必须准确放线，调整标高，确保支架（拱架）位置准确；
(2)严格按施工设计、各种制式器材要求进行支架（拱架）搭设；
(3)地基必须按照地基承载力计算结果进行处理，处理完后检查合格；
(4)基础稳固，基础周围需进行防水处理，开挖排水沟，防止基础下沉；
(5)支架支座严格按照规范布设，材料不得随意替代，支座需搭设平稳；
(6)杆件平直，在使用合格范围之内，受弯破损杆件一律不准使用；
(7)杆件连接件合格、数目齐全、杆件连接可靠，不准用小号螺栓代替大号螺栓使用，螺纹滑丝的螺栓不准使用；
各种构件使用正确，设置齐全，其整体纵横向稳定性好。
7支架（拱架）检查与验收
(1)支架搭设前对地基、基础进行检查，对存在问题经过处理复验合格，签字认可；
(2)对来料进行检查、验收、不合格的材料不予验收且不得混用在结构上；
(3)搭设过程检查，是否按设计尺寸搭设，是否正确使用各种杆件，连接件是否齐全、紧固，是否有不合格的杆件、材料混用 于结构上，搭设方法是否正确，杆件有无遗漏，安全设施是否合格、完善；
(4)支架搭设完毕，按设计拟定检查项目、达到标准允许误差限值进行列表，逐项对照检查、评定，对存在问题限期整改，经复验合格签字验收，方可转入下道工序施工。
8支架（拱架）预压
支架（拱架）搭设完之后，为检验支架应具备的强度和刚度，减少地基沉降，消除支架非弹性变形，应对支架（拱架）进行预压，确保施工质量和施工安全。根据主拱自身荷载以及附属人群和机具施工荷载，同时还要考虑荷载的偏载系数和冲击系数，对拱架进行等效预压，预压的荷载一般为结构自重的1.1～1.3倍。
支架（拱架）预压的结果影响整个主拱的质量，因此需制定详细的预压方案，对现场施工人员进行交底，派专门的技术人员进行现场监督，并做好地基沉降监测，记录好拱架变形数据并进行分析处理，得出可靠的变形及沉降数据。预压过程中可以根据现场需要及施工方案进行分段预压或整体预压，预压时间不少于3天。
在确定预拱度时还应考虑下列因素：
（1）卸架后上部构造本身及活载一半所产生的竖向挠度；
（2）支架在荷载作用下的弹性压缩；
（3）支架在荷载作用下的非弹性变形；
（4）支架基底在荷载作用下的非弹性沉陷；
（5）由混凝土收缩及温度变化而引起的挠度。
9安全设施
安全生产是企业的头等大事，坚持“安全第一、预防为主”的原则，严格管理，加强安全生产的领导，强化安全保证体系，落实安全生产责任制，严格执行各类安全技术规则，有效控制施工安全。因此工地上应制订各种安全措施：
（1）拱桥下方如遇通航、通车、行人、拱桥施工均应进行封闭式作业，有关防护设施要作施工设计和拟定安全技术措施，报经相关部门批准，确保船舶、车辆、人身安全；
（2）拱圈（拱肋）和拱上结构、拱架（支架）及作业平台的边缘均需设置栏杆，挂安全网，铺设人员通行步板；
（3）拱架搭设属于高空作业，各工种防护用品需配戴齐备，具有简易救生设备，并应执行相关安全规范；
（4）各工种必须按照相应操作规程，按章操作，不得违规作业；
（5）作业场所悬挂安全警示牌，提示人们自觉防范；
（6）材料应堆放整齐、稳定，不得超高，支座支垫牢固、设备完好，电源开关装箱上锁；
（7）施工现场要建立健全防火管理制度，易燃、易爆物品储存场所，严禁带入火种。
10结语
中、小跨径钢筋混凝土拱桥施工方式有多种，实践证明：就地现浇比较适合中、小跨径钢筋混凝土拱桥施工。支架（拱架）的选择应从现场地形、经济、施工原材料的供应出发，选择最合适支架（拱架）型式进行施工。同时，方案的设计、计算以及实施，每一步都至关重要，不可或缺。
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