鋼筋混凝土拱橋?qū)嵗M織設計

1、一百二十米跨現(xiàn)澆鋼筋砼箱形拱橋主拱圈施工工法1前言余姚雙溪口水庫大橋為凈跨徑120m止承式懸鏈線箱形拱橋，該橋為集團公司同類橋的最大跨徑，其支架部分及主拱圈施工不僅難度大，而且存在著很大的施工安全風險。我公司結(jié)合以往施工經(jīng)驗，針對大跨上承式鋼筋混凝土箱形拱橋技術(shù)進行了科技攻關(guān)，充分利用該型拱橋結(jié)構(gòu)特點制定科學合理的施工工藝，解決了施工技術(shù)難題，經(jīng)總結(jié)形成本工法。以本工法為核心的“120m跨現(xiàn)澆鋼筋砼箱形拱橋主拱圈施工技術(shù)”獲得集團公司優(yōu)秀論文一等獎。2工法特點本橋主拱圈采用支架現(xiàn)澆施工法，其中支架部分為在兩拱腳段根據(jù)原有的地形情況采用在硬化的地面上直接拼裝碗扣式腳手架，中間段采用梁柱式復合體系

2、：其結(jié)構(gòu)構(gòu)成為：明挖現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ);鋼支架分三層，底層為置于混凝土基礎(chǔ)上鋼管立柱支墩;中層用萬能桿件搭成框架結(jié)構(gòu)形成縱梁;上層為滿布式碗扣式腳手架。拱部利用碗扣式支架調(diào)整成拱型，拱架卸落利用碗扣式支架頂?shù)目烧{(diào)托撐完成。而主拱圈混凝土則采用分環(huán)、分段的方法進行施工，即：整個拱圈根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)體系分為3個澆筑環(huán)；即底板環(huán)、腹板環(huán)及頂板環(huán)，每環(huán)澆筑時再分5段對應水平長度分別均為24m先對稱澆筑拱腳段，再從跨中段向兩拱腳方向澆筑，拱頂段澆筑完后，再澆筑1/4段。段與段之間預設間隔槽（頂板不設間隔槽），間隔槽寬1.5m，根據(jù)監(jiān)控單位的施工加載計算，腹板和底板環(huán)兩環(huán)同時合攏，使拱圈形成一個開口箱形結(jié)構(gòu)，然

3、后再進行頂板環(huán)的分段澆筑及合攏。3適用范圍本橋施工方法可適用于大跨徑現(xiàn)澆鋼筋砼拱橋的施工。4工藝原理4.1主拱圈施工技術(shù)4.1.1主拱圈底模標高的確定主拱圈的支架現(xiàn)澆過程中，立模標高的合理確定，是關(guān)系到主拱圈的線形是否平順、是否符合設計的一個重要問題。如果在確定立模標高時考慮的因素比較符合實際，而且加以正確的控制，則最終主拱圈與橋面系線形較為良好；否則最終主拱圈線形會與設計線形有較大的偏差。立模標高并不等于設計中橋梁建成后的標高，總要設一定的預拋高，以抵消施工中產(chǎn)生的各種變形(撓度)。其計算公式如下：模板定位標高=設計標高+運營預拋高+施工預拋高+支架變形其中支架變形值是根據(jù)支架加載試驗，綜合

4、各項測試結(jié)果，最后繪出支架荷載撓度曲線，進行內(nèi)插而得。根據(jù)以往上承式拱橋施工及監(jiān)控經(jīng)驗，并結(jié)合本橋的具體情況，估計在施工過程中影響本橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形的因素主要有以下幾方面：(1)施工臨時荷載。(2)支架變形。(3)日照影響。主拱圈混凝土澆筑順序和主梁的安裝順序?；炷翝仓搅康目刂啤；炷翉椥阅Ａ亢托熳?。當上述因素與估計不符，而又不能及時識別引起控制目標偏離的真正原因時，必然導致在以后階段施工中采用錯誤的糾偏措施，引起誤差累積，因此在施工控制過程中，將通過對應力和位移偏差分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)識別，找出誤差原因，確定出設計參數(shù)真實值，以此為基礎(chǔ)對該橋進行有效施工控制。為使拱圈最終成

5、形后符合設計和規(guī)范的要求，必須在支架上設置預拱度。拱頂預拱度包括拱圈自重產(chǎn)生的拱頂彈性下沉、拱圈溫度降低與砼收縮產(chǎn)生的拱頂彈性下沉、墩臺水平位移產(chǎn)生的拱頂彈性撓度值、拱架在設計荷載作用下的彈性及非彈性變形、支架基礎(chǔ)受載后非彈性下沉。預拱度S二運營預拋高+施工預拋高+支架變形根據(jù)設計和監(jiān)控單位提供的數(shù)據(jù)，拱頂處預拱度按全部預拱度總值設置，暫定為15cm，拱腳處為零，其余各點按二次拋物線分配。即:Sx1-4x2/L2Sx任意點(距離拱頂水平距離為x)的預加高度。s預拱度總值。x跨中至拱腳的水平距離。L拱圈的計算跨徑。支架預壓完成后，拱頂下沉18mm與監(jiān)控單位計算基本吻合。預拱度無需再調(diào)整。4.1.

6、2主拱圈施工方案的確定拱圈混凝土施工過程是一個對支架不斷加載的過程?？紤]拱圈澆筑與支架變形之間的相互影響關(guān)系，為防止支架異常變形，破壞主拱軸線，甚至產(chǎn)生混凝土裂縫，同時遵循“分環(huán)分段灌注順序應使支架在混凝土灌注過程中發(fā)生的變形幅度最小”的施工原則，確定了主拱圈澆筑順序。見圖1（圖中所標數(shù)碼即為混凝土澆筑順序）主拱圈混凝土采用分環(huán)、分段的方法進行施工，即：整個拱圈根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)體系分為3個澆筑環(huán)；即底板環(huán)、腹板環(huán)及頂板環(huán)，每環(huán)澆筑時再分5段對應水平長度分別均為24m先對稱澆筑拱腳段，再從跨中段向兩拱腳方向澆筑，拱頂段澆筑完后，再澆筑1/4段。段與段之間預設間隔槽（頂板不設間隔槽），間隔槽寬1.5

7、m,根據(jù)監(jiān)控單位的施工加載計算，腹板和底板環(huán)兩環(huán)同時合攏，使拱圈形成一個開口箱形結(jié)構(gòu)，這樣對支架和結(jié)構(gòu)比較安全，然后再進行頂板環(huán)的分段澆筑及合攏。為了避免支架局部異常變形，采取拱頂兩側(cè)對稱的方法施工。1仁.說明：圖中數(shù)字為澆筑順序120m拱圈混凝土分環(huán)，分段澆筑.iJ一匹:=:1:二第三環(huán)頂版第二環(huán)腹版第一環(huán)底版圖1:主拱圈澆筑順序4.1.3模板體系4.131底模在碗扣式腳手架上的可調(diào)托撐上縱向鋪設弧形工字鋼，工字鋼與可調(diào)托撐之間的三角形空隙用角鋼焊接三角形墊塊填充?；⌒喂ぷ咒撋蠙M向鋪設10X10cm方木，間距30cm在工字鋼上焊接擋塊以防止其下滑。在方木上鋪設底模，底模采用厚15m竹膠板。底

8、模安裝的關(guān)鍵是的定位準確計算和測量，該值是根據(jù)AutoCAD繪圖軟件計算得出，通過調(diào)整弧形工字鋼和方木可以放樣出理想的拱架底模線形。模板結(jié)構(gòu)是否合適將直接影響梁體的外觀。4.1.3.2外模面板均采用15mr厚竹膠板，外側(cè)用方木做成框架，2.4m節(jié)，外模包在底模上，下緣根據(jù)拱圈內(nèi)橫向分布鋼筋的位置布設拉桿，上緣用圓鋼作拉桿。模板因曲線造成的縫隙，用加工后的木條填塞，再用“即時貼”貼縫，以防漏漿。4.1.3.3內(nèi)模澆筑底板時不需要內(nèi)模，待混凝土初凝后人工壓抹成型，底板澆筑后，用扣件式腳手架及可調(diào)托撐拼成框架，12mm厚竹膠板作面板或頂板底模形成內(nèi)模，拱箱內(nèi)?？蚣茉O計應盡量少占凈空，以利于內(nèi)模的拆除

9、。內(nèi)模頂部設4道10cmx10cm方木縱向背肋，每道框架布置5個豎向鋼管，分別用托撐頂在底板和頂板方木上，用于支撐頂板模板，內(nèi)側(cè)模每側(cè)設兩道10cmx10cm方木縱向背肋，用于支撐內(nèi)模面板，橫向上下布置二道鋼管，利用托撐頂在順橋向lOcmXIOcm勺方木上?？蚣芸v向間距90cm,用鋼管縱向聯(lián)接，中間部分不加斜撐，這樣，可以減小框架所占空間，便于施工。鋼管間聯(lián)接用扣件固定。拱箱模板結(jié)構(gòu)見圖2：模板的鋪設順序為：第一環(huán)混凝土澆筑時為：拱圈底模-外側(cè)模一安裝拉筋及分段隔板設置橫豎帶木；第二環(huán)混凝土澆筑時，模板鋪設順序為：內(nèi)外側(cè)模一安裝拉桿及橫豎帶木。第三環(huán)混凝土澆筑時，模板鋪設順序為：頂板底模側(cè)模安

10、裝拉桿及橫豎帶木48*5鋼管15mr竹膠板方木框架底板混凝土圖2:模板結(jié)構(gòu)圖4.1.4鋼筋拱圈底模鋪好后，測設中線、邊線、標高，標出各分段點及橫隔板的位置，作為安裝其它模板及綁扎鋼筋的依據(jù)。拱圈鋼筋安裝采用在橋下加工彎制，汽車吊吊運至拱架上就地綁扎施工。鋼筋綁扎順序按拱腳至拱跨1/4段，先安箍筋后穿主筋的辦法；拱跨1/4處至拱頂段先穿主筋后套箍筋，以利施工。主鋼筋接頭、箍筋及橫隔板鋼筋連接采用焊接；間隔槽鋼筋和箍筋在澆筑前綁扎，注意在間隔槽位置鋼筋的錯開長度應滿足規(guī)范要求。鋼筋在綁扎中和骨架成型后，要做好支撐架避免變形，上層鋼筋網(wǎng)采用鋼管臨時定位，保護層墊塊按80cm間距梅花型布置，與主鋼筋綁

11、扎牢固。鋼筋在澆筑前要保證其無銹蝕現(xiàn)象，如有則除銹后才能澆筑混凝土。4.1.5混凝土澆筑混凝土澆筑時采取水平移動，向拱頂方向推進，腹板澆筑時上下分層的方法澆筑，斜向分層（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，混凝土表面應鑿毛至露出集料并沖刷干凈，再將接茬面用水濕潤再布薄薄的一層1:1水泥砂漿。分段澆筑長度取4m-6m,分段澆筑時必須在前一段混凝土初凝前開始下段混凝土，以保證澆筑連續(xù)性。混凝土澆筑進行中不得任意中斷，因故必須間歇時，間歇最長時間應按所用水泥凝結(jié)時間、混凝土的水灰比及混凝土硬化條件確定。拱圈預留間隔槽中混凝土，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

12、70%后方可澆筑，澆筑前要將分段混凝土表面鑿毛沖凈，殘留混凝土清理干凈后綁扎鋼筋，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。澆筑拱腳混凝土時，應控制好混凝土的坍落度，防止混凝土向拱腳處滑落。4.1.6主拱圈落架落架作業(yè)是主拱圈現(xiàn)澆的最后一道工序，也是很關(guān)鍵的一道工序，要在主拱圈裸拱形成后，待混凝土達到設計強度后落架，落架時要嚴格按程序圖進行。卸落無須安裝專門的卸架設備，只需有序地擰松緊固于頂部小橫桿的扣件即可方便地完成拱架卸落工作。主拱圈混凝土最低強度達到設計的90%后，即進行主拱圈脫架。由于拱架設計中采用可調(diào)托撐來調(diào)整標高和落架，落架點多，落架施工技術(shù)難度大

13、。根據(jù)計算分析，確定卸架原則：橫橋向必須同時均勻卸落，在縱橋向從拱頂向拱腳逐排卸落，最后使拱圈下底模全部脫離混凝土面為止，形成裸拱主拱圈完全受力。各落架點卸落總量計算各落架點卸落總量由兩部分組成即主拱圈裸拱的彈性變形g與拱架的彈性變形量eA之和，即=gA+eA，由監(jiān)控單位提供計算數(shù)據(jù)可得，拱頂最大卸落量達3.6cm。落架步驟支架設計中采用了碗扣式支架頂端設可調(diào)托撐，用以調(diào)整標高和落架，拱圈落架點各多達1500個點（每排橫向11個可調(diào)托撐，縱向共139排），對于如此多的落架點，就不可能達到各點同步均勻地卸落。為了獲得一種合理的卸架順序，我們將拱架與主拱圈組成的復合體系用多種方法進行計算比較，確定

14、了落架方案。支架卸落在橫橋向必須同時均勻卸落,在縱橋向從拱頂向拱腳逐排卸落，并保持左右兩側(cè)同步對稱進行。5主拱圈施工工藝流程及主要施工工藝操作要點5.1主拱圈施工工藝流程主拱圈施工工藝詳見下圖3分段澆筑主拱圈頂板混凝土拱圈合龍|支架應力應變監(jiān)測成形監(jiān)測卸落架*|拱圈應力應變監(jiān)測圖3:主拱圈施工工藝流程圖5.2主要施工工藝操作要點5.2.1間隔槽的施工主拱圈各段均澆筑完成后焊接暫時斷開的縱向鋼筋進行間隔槽的施工，先進行拱腳段與中間段間隔槽的施工，再進行拱頂段與中間段間隔槽的施工，最后完成拱腳處間隔槽的施工，實現(xiàn)整個拱圈合龍。在拱頂混凝土強度達30Mpa且氣溫達到8C時澆注間隔槽混凝土。按施工組織

15、安排，由于主拱箱間隔槽合龍作業(yè)將在十二月份進行。結(jié)合該地區(qū)的氣溫實際情況，采取以下措施來嚴格控制間隔槽的合龍溫度。一是科學安排作業(yè)時間，在自然溫度最低的凌晨零時至6時合龍;二是集中人力、物力，最大限度地縮短合龍的澆注時間，一般控制在4h之內(nèi)完工;通過采取上述措施，有效地控制合龍溫度。5.2.2主拱圈落架主拱圈落架采取如下程序（分三步進行，見圖4）第一步：卸落拱頂?shù)?號鋼管支墩至第7號鋼管支墩范圍內(nèi)的支架，6384號桿卸落量2cm卸落第2號（第10號）鋼管支墩至第4號（第8號）鋼管支墩范圍內(nèi)的支架，5263、8494號桿卸落量為1cm。第二步：再次卸落拱頂?shù)?號至第7鋼管支墩范圍內(nèi)的支架，638

16、4號桿卸落量1cm。再次卸落第5263、8494號桿卸落量0.5cm。第三步：從拱頂開始到拱腳全部卸落各立桿，卸落量均大于1cm要求模板與主拱圈求模板與主拱圈完全脫離落架第一步落架第三步圖4:主拱圈支架卸落程序示意圖主拱圈脫架后，即進行支架拆卸，支架拆卸與拼裝過程逆向，所用方法和設備一致6.材料與設備6.1主要材料鋼材:米用寧波新豐鋼鐵有限公司的鋼材，（支架除單位自有部分，另部分租賃）水泥:采用寧波舜江水泥廠42.5級水泥，黃砂:采用福建閩江的優(yōu)質(zhì)中砂，碎石：采用余姚當?shù)厮槭瘡S生產(chǎn)的5-31.5伽規(guī)格級配碎石,外加劑：選用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)JM-10泵送劑。6.2主要機具設備表1主要機

17、具設備表序號設備名稱規(guī)格型號單位數(shù)量備注1砼攪拌機JS500500L2自有2空壓機VY12/712m33自有3電焊機DD83525kw10自有4切筋機GQ-6010kw5自有5彎筋機GW-4010kw4自有6裝載機ZL303用1自有7吊車浦元QY2525噸1租賃8汽車輸送泵1租賃9變壓器S9-M-200200KVA1自有10發(fā)電機120kw120kw1自有11水準儀S3臺1自有12全站儀徠卡702臺1自有6.3勞力組織本項目主要人員有：支架拼裝工30人、鋼筋工10人、木工10人、混凝土工30人等圖五：勞勞動力動態(tài)圖分布圖特種操作工：電工、金屬焊接工、吊車工、汽車輸送泵工等。圖57質(zhì)量控制7.1

18、質(zhì)量控制標準余姚雙溪口水庫大橋在建設過程中嚴格執(zhí)行公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041-2000)、公路橋涵地基與基礎(chǔ)設計規(guī)范(JTJ024-85)、公路路基施工技術(shù)規(guī)范(JTJ033-95)、鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50205-200)公路工程技術(shù)標準(JTGB01-2003)、公路工程水泥混凝土試驗規(guī)程(JTJ051-93)、公路工程金屬試驗規(guī)程(JTJ055-83)、公路工程質(zhì)量檢驗評定標準(土建工程)(JTGF080/1-2004)、公路工程施工安全技術(shù)規(guī)程(GBJ017-88)等技術(shù)規(guī)范，使質(zhì)量達到以下標準120m現(xiàn)澆鋼筋混凝土拱圈實測項目項次檢?查？項？目規(guī)疋值或允許偏差混凝

19、土強度(MPa)在合格標準內(nèi)2軸線偏位板拱10(mm)肋拱5內(nèi)弧線偏跨徑w30m20離設計弧跨徑30m土跨經(jīng)/1500斷面尺寸高度5(mm)頂、底、腹板+10,-05拱寬(mm)板拱207.2質(zhì)量保證措施施工中除執(zhí)行上述標準外，強調(diào)如下措施:混凝土澆筑時采取水平移動，向拱頂方向推進，腹板澆筑時上下分層的方法澆筑,斜向分層(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，混凝土表面應鑿毛至露出集料并沖刷干凈，再將接茬面用水濕潤再布薄薄的一層1：1水泥砂漿。分段澆筑長度取4m-6m,分段澆筑時必須在前一段混凝土初凝前開始下段混凝土，以保證澆筑連續(xù)性?；炷翝仓M行中不得任意中斷，因故必須間歇

20、時，間歇最長時間應按所用水泥凝結(jié)時間、混凝土的水灰比及混凝土硬化條件確定。澆筑拱腳混凝土時，應控制好混凝土的坍落度，防止混凝土向拱腳處滑落。拱圈預留間隔槽中混凝土，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，殘留混凝土清理干凈后綁扎鋼筋，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。8安全措施由于余姚雙溪口水庫大橋主拱圈的施工屬于高工作業(yè)，針對本項目的特殊性，工程伊始就成立以項目經(jīng)理為組長，項目總工程師為副組長的安全領(lǐng)導小組，按照“管生產(chǎn)必須管安全”、“誰主管誰負責”的原則逐級簽訂安全生產(chǎn)包保責任狀。

21、由于橋位區(qū)屬亞熱帶季風氣候區(qū)，瀕臨東海，受海洋的調(diào)節(jié)濕潤多雨、多臺風、季節(jié)變化明顯。因此，我項目部針對各種不同的情況制定不同的安全技術(shù)措施、管理措施、現(xiàn)場應急措施等；如：防洪應急預案、防臺應急預案。9環(huán)保措施余姚雙溪口水庫大橋在建設施工過程中特別注重綠色施工，就是針對影響工程施工的“人、機、料、環(huán)、法”進行優(yōu)化，盡量減小建筑施工過程對周邊環(huán)境的影響，做到環(huán)保施工。項目經(jīng)理部上場初期就成立環(huán)境保護領(lǐng)導小組，由項目經(jīng)理部主管生產(chǎn)副經(jīng)理任組長，負責組織做好工地環(huán)保工作；由項目經(jīng)理部總工程師任副組長，負責環(huán)保技術(shù)措施的制定、交底工作；現(xiàn)場設環(huán)保監(jiān)督員，負責施工現(xiàn)場日常環(huán)保監(jiān)督檢查工作，發(fā)現(xiàn)問題及時解決

22、。首先，在人員管理方面，應加強施工企業(yè)的自身建設，使管理水平不斷提高，不斷趨于科學合理，并加強企業(yè)管理人員的培訓，提高他們的綜合素質(zhì)和環(huán)境保護意識。制定有效的現(xiàn)場管理措施，如在施工機械及工地辦公室的電器等閑置時關(guān)掉電源；安裝適當小流量的設備和器具，采用節(jié)水型器具等措施以降低用水量。有效利用基礎(chǔ)施工階段的地下水?？傊谑┕み^程中，把綠色環(huán)保管理與全面質(zhì)量管理和安全管理等過程有機地結(jié)合起來，做到既注重質(zhì)量安全，又重視綠色環(huán)保，質(zhì)量綠色兩不誤。其次，在施工機具方面，應重視設備的選擇和放置位置。在施工過程中，大部分的噪聲污染都是由施工機具產(chǎn)生的，如攪拌機、空壓機、振搗棒等等。選擇科技含量高的環(huán)保施工機

23、具，不但能提高效率，保證工程質(zhì)量，更能減小產(chǎn)生的噪聲污染。在總圖布置的選擇上，應將產(chǎn)生較大污染的設備盡量遠離臨時生活區(qū)和周邊的住宅，以免給周邊居民帶來影響，給工程施工造成不必要的麻煩。第三，在施工材料的選擇上，應多采用節(jié)能環(huán)保的材料。如在非承重的結(jié)構(gòu)墻，可以采用輕集材料及輕集混凝土，減少自重，節(jié)省原材料。對于主體混凝土結(jié)構(gòu)，可以采用高強、高性能的材料，如綠色高性能混凝土，減少水泥和混凝土的用量，利用大量工業(yè)廢渣（如粉煤灰等），減少固體廢棄物污染，還可以采用商品混凝土，減少水泥浪費和粉塵污染。第四，在施工現(xiàn)場，主要的污染源包括噪聲和其他建筑垃圾。從保護周邊環(huán)境的角度來說，就應該盡量減少這些污染的產(chǎn)生。在控制施工噪音方面，除了從機具和施工方法上考慮外，還應使用隔聲屏障、使用機械隔聲罩等，確保外界噪聲等效聲級達到環(huán)保相關(guān)要求；所有施工機械、車輛必須定