黔中水利六跨连拱现浇支架施工技术.pdf

・桥涵工程・黔中水利六跨连拱现浇支架施工技术李杨（中铁十一局集团第ｊ－ｌ－＿程有限公司湖北十堰４４２０１３）摘要依托黔中水利青年队多跨连拱渡槽项目，为解决山谷大风区，连拱大高宽比施工安全问题，根据现场实际采用钢支撑加贝雷片进行拱圈施工，对支撑体系进行有限元施工过程分析优化支撑结构，通过贝雷片斜搭、异形贝雷片拼装等技术解决连拱支撑问题，具有施工效率高、安全风险低、抗风稳定性好等特点，具有推广应用价值。关键词多跨连拱组合支架斜搭贝雷梁拱脚加固中图分类号ＴＶ６７２．３文献标识码Ｂ———文章编号１００９４５３９（２０１５）０５００１９０４ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＢｒａｃｋｅｔｓｆｏｒＣａｓｔｉｎｇｉｎＰｌａｃｅＳｉｘ－ｓｐａｎＡｒｃｈｉｎＱｉａｎｚｈｏｎｇＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙＰｒｏｊｅｃｔＬｉＹａｎｇ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１“１ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｙａｎ４４２０１３，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎＱｉａｎｚｈｏｎｇＱｉｎｇｎｉａｎｄｕｉａｑｕｅｄｕｃｔｍｕｌｔｉ－ｓｐａｎａｒｃｈｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙｐｒｏｊｅｃｔ，ｆｏｒｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆａ‘ｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏｔｈｅｓａｆｅｔｙｐｒｏｂｌｅｍｏｆｌａｒｇｅａｒｃａｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｗｅｕｓｅｄｓｔｅｅｌｂｒａｃｅｓａｎｄＢａｉｌｅｙｐｉｅｃｅｓｔｏａｒｃｈｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ‘ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｅｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ａｎｄｍａｄｅａｌｌａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｂｒａｃｅｓｙｓｔｅｍｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ．ＴｈｅａｒｃｈｓｕｐｐｏｒｔｐｒｏｂｌｅｍＷａｓｓｏｌｖｅｄｔｈｒｏｕｇｈＢａｉｌｅｙｏｂｌｉｑｕｅｏｆｓｐｅｃｉａｌ・ｓｈａｐｅｄＢａｉｌｅｙｐｉｅｃｅａｓｓｅｍｂｌｙ．Ｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｌｙｅｆｆｉ・—ｃｉｅｎｃｙ，ｌｏｗｒｉｓｋ，ｇｏｏｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆａｎｔｉ－ｗｉｎｄ，ｉｔｉｓｗｏｒｔｈｅｘｐａｎｄｉｎｇａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｍｕｌｔｉ・ｓｐａｎａｒｃｈ；ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｂｒａｃｋｅｔ；Ｂａｉｌｅｙｏｂｌｉｑｕｅ；ｓｋｅｗｂａｃｋｒｅｉｎｆｏｒｃｅ１引言拱形结构是一种古老的结构形式，它具有结构简单、承载力大的特点。拱形结构由于辅助措施多、线形控制精度要求高，作为跨堑结构，特别是用…在桥梁工程中时难度比一般桥梁高。而对于多跨连续拱，当其中一跨受力时，将引起其它孔拱跨“”和桥墩共同受力变形，形成连拱作用，在其施工时难以保证水平推力相互平衡，因此其施工难度‘—更高２４｜。２工程简介２．１工程概况黔中水利工程中的青年队渡槽为典型六连拱上承式拱桥结构（如图ｌ所示），全长８４８ＩＴＩ。该拱桥为——收稿日期：２０１５０３１６水利引水渡槽，主要为六连跨拱圈组成，每个拱圈单跨１０８ｍ，矢高２７．１５ｍ，失跨比１／４，拱轴线采用二次抛物线。拱圈截面采用双箱式Ｃ４５钢筋混凝土；拱圈底板、顶板厚度为０．３ｍ，腹板厚度０．４ｍ，拱圈高２．２ｍ，拱圈宽６．０ｍ（如图２所示）。每个拱圈顶各设置１０个排架柱和１０跨１１．５ｍ槽壳，拱上最大排架柱高度为２４ｍ，拱圈最大施工高度为７３ｍ。图１青年队渡槽示意（单位：ｍ）２．２桥梁特点及难点（１）该拱桥为双箱式钢筋混凝土箱形结构，跨度为１０８ｍ，失高２７Ｉｌｌ，且为六连跨连拱。该大跨度六连拱为全国首例。（２）拱顶距离地面高，最大达到７３ｍ高，但拱铁道建笳技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１５ｆ５Ｊ１９万方数据・桥涵工程・圈宽度只有６ｉｎ，导致支架搭设时高宽比超限，且拱圈位置处于山谷口，风荷载大。图２青年队渡槽断面示意（３）拱圈所在位置，除跨越季节性的水母河。其他位置处地质条件较好，大部分地段基岩埋深较浅。（４）拱圈支架施工高度高，跨度大，在拱圈混凝土浇筑过程中，支架会不断累加变形，不合理的施工工艺对拱圈结构会产生次应力等不利影响，故拱圈混凝土浇筑需经过反复计算。（５）由于拱圈跨度大，混凝土施工过程中时间较长，会受到温度、收缩、徐变荷载的影响，容易产生裂纹；混凝土施工需组织好，减少相应浇筑时间。（６）拱圈合龙需考虑温度的影响，要求选择当天温度最低的情况进行合龙。３现浇支架施工３．１支架系统的选择在拱桥施工方法中，支架法具有拱肋分段长度不大，无需大型吊装设备，横斜撑容易安装，拱轴线形容易控制等优势＂１，结合工程特点，本项目采用支架法进行拱圈现浇施工。拱圈具有跨度大、弧线长、拱脚坡度大、宽度窄等特点，并受风荷载影响大。结合桥位地质水文条件、支架变形、温度、混凝土收缩徐变等因素，并考虑支架安装拆除方便性问题，从结构受力及施工要求方面选用贝雷梁加钢管立柱结构形式。该支架体系具有结构简单、受力明确、施工难度小、迎风面小等优势，而且容易控制侧向稳定。拱圈支架主要由上部主梁和下部结构支墩两部分组成。上部主粱支撑架采用横桥向布置的１５组贝雷梁组成；纵桥向沿拱圈分为５个节段，左、右两侧边节段通过桁架进行连接，增强整体性；贝雷梁与拱座之间采用桁架铰接。下部结构支墩采用螺旋钢管，立柱支墩通过砂筒和分配梁连接。支架系统现场施工如图３所示。３．２支架系统受力分析拱圈混凝土施工是一个对支架不断加载的过程。随着荷载的逐步施加，支架受压变形逐渐增大，在施工过程中必须保证每节段拱圈在施工时对称加载，产生的变形需与支架变形协调，避免产生次应力，以减少拱圈混凝土的开裂。为检验现浇支架系统在施工过程中结构受力及变形是否满足要求，利用大型有限元软件ＭｉｄａｓＣｉｖｉｌ对整个施工过程进行模拟分析。根据实际施工过程，分为５个工况对拱圈支架进行分析。具体计算工况如表１所示，支架模型如图４所示。一黎图３支架系统现场图４支架系统模型表１支架系统计算工况工况施工内容荷载条件边界条件工况１立拱圈支架支架自重、风载支架底部固结，贝雷梁与拱座部分铰接工况２对称浇筑１｝｝节段支架自重、风载、ｌ｝｝拱肋自重支架底部固结，贝雷梁与拱座部分铰接１＃节段形成一定刚度，对拱圈支架形支架底部固结，贝雷梁与拱座部分铰接，１｝｝节段对工况３支架自重、风载、ｌ＃～２＃拱肋自重成约束，此时对称浇筑２＃节段拱圈支架形成约束ｌ＃、２＃节段形成一定刚度，对拱圈支支架底部固结，贝雷梁与拱座部分铰接，ｌ＃、２＃节工况４支架自重、风载、１＃～３＃拱肋自重架形成约束，此时浇筑３｝｝节段段对拱圈支架形成约束支架自重、风载、１＃～３＃拱肋自重合支架底部固结，贝雷梁与拱座部分铰接，１＃～３＃节工况５浇筑合龙段龙段自重段对拱圈支架形成约束铁道建筑技术ＲＡｌＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１５（５）万方数据・桥涵工程・通过有限元计算分析可知，各工况下贝雷梁弦杆、竖杆以及斜杆的计算轴力，纵桥向和横桥向位移，均小于限值；钢管立柱柱顶分配梁的弯曲应力和剪应力满足要求；钢管支架系统的整体应力、局部应力及位移均满足要求；钢管立柱的轴向压力以及稳定性满足要求。综上所述，贝雷梁钢管支架系统能够满足拱圈施工的受力及变形要求。３．３单孔拱圈支架施工流程（见图５）图５单孔拱圈支架施工流程３．４拱圈支架施工创新点３．４．１斜面搭设贝雷梁该拱圈起点坡度较大，传统的施工工艺无法满足拱圈成桥线形要求，采用在斜面上搭设贝雷梁。首先将每个拱圈的贝雷梁分成３个节段，即上下游拱式结构段和拱顶梁式结构段。安装时首先根据拱圈的坡度，对应搭设一定高度的钢管立柱，然后安装型钢分配梁。在贝雷梁和钢管立柱之间安装三角楔形块将贝雷梁与分配梁之间实现斜面平顺过渡及锚固（如图６所示）。３．４．２拱脚处加固拱圈施工时拱脚处水平推力最大，为确保贝雷梁的顺桥向稳定性，减小拱圈施工的水平推力，在墩顶处预埋钢板安装牛腿及锚梁，并将贝雷梁连接在此处，增加支架体系的稳定性、（如图７所示）。图６楔形块布置图７拱脚处加固处理３．４．３异型贝雷梁在贝雷梁的节段与节段支架之间，节段与墩身之间，制作异型贝雷梁以形成平顺转角，并增强支娟体系的繁体稳定件ｆ电ｎ图８昕示、魈镒图８异型贝雷梁形状及安装３．４．４底模设三角方木支架采用１５Ｃｍ×１５ｃｍ和１２．５ｃｍ×１２．５ｃｍ两种方木组合，提前根据拱圈与贝雷梁的高度，每３１＇１１一种结构形式加工三角方木支架。三角方木支架安装时下部通过Ｕ型螺栓和８＃铁丝与贝雷梁进行固定，逐步拼装形成拱圈的形状；三角方木支架顶部采用抓钉横向布置１０Ｃｍ×１０Ｃｍ方木，净距２５ｃｍ，并铺设１．５Ｃｍ木胶板组成底模体系（如图９所示）。铁道建篱技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣ丁『ＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１５ｆ５Ｊ２ｌ卤万方数据・桥涵工程・图９三角方木支架安装３．５支架施工注意事项（１）由于现场地势起伏较大，支架基础开挖完成后应对基础承载力进行检测，对符合要求的基础及时组织人员进行施工，防止开挖面外露时间过长出现塌方。（２）在基础施工时，应做好防排水工作，防止雨水浸泡基坑，影响基础承载力。（３）钢支撑基础底部预埋钢板，应严格按照测量放点进行安装，基础浇筑混凝土时，钢板底部的混凝土须捣固密实。（４）钢支撑采用法兰盘进行接长，每安装完成一根钢支撑均应采用扭矩扳手进行检查，确保每个螺丝都拧紧。同时在施工工程中应及时采用铅垂仪进行垂直度校核验，以确保钢支撑的垂直度满足要求。（５）在选择钢支撑时应将各种型号的支撑分类标记明确，在安装时应严格按照交底配置尺寸施工，避免错装。（６）钢支撑纵、横向连接采用，１，３２５ｍｍ的钢管进行加固的，焊缝应饱满，不得有脱焊、漏焊等情况出现，对焊接质量应进行超声波探伤试验抽检。（７）钢支撑、分配梁、贝雷梁的吊装作业必须有专人指挥，在起吊前应检查钢丝绳、卡环是否有断丝、松动等现象，发现异常应及时汇报。（８）首片贝雷梁吊装到设计位置，应及时进行固定，待第二片贝雷梁吊装到位后，通过横向连接花架将其与第一片贝雷梁连接成整体，防止单片贝雷梁失稳。待所有贝雷梁安装完成后，及时安装横向连接角钢、连接片。４结束语钢支撑加贝雷梁悬拼现浇拱桥施工技术，具有结构简单、稳定性好、易操作、材料损耗率小、重复利用率高的特点，并且在支架体系搭设及后续拱圈施工中，每个拱圈作为一个独立的单元，能够充分发挥同步作业的优势，大大缩短了施工工期。本项目现已完成拱圈浇筑工作，施工中获得了较好的成果，并取得了良好的技术经济效益。参考文献［１］陈宝春．拱桥技术的回顾与展望［Ｊ］．福州大学学报：—自然科学版，２００９（１）：９４１０６．［２］杨爱武．连拱拱桥结构设计分析［Ｊ］．安徽建筑工业—学院学报：自然科学版，２００８（１）：６９７２．［３］黄兴波．多跨连续拱桥设计问题探讨［Ｊ］．交通世界：—运输・车辆，２０１１（９）：１２４１２５．［４］杨俊，金吉祥．上承式多跨连续拱桥支架拆除顺序对—结构的影响［Ｊ］．施工技术，２００９（１０）：１００１０２．［５］王道斌，李华，武兰河．钢管混凝土拱桥施工技术综述—［Ｊ］．国外桥梁，２００１（１）：７１７３．（３）对比和分析结果仅是进行挠度和拱度分析万丐义陬所用，不代表设置预拱度值。由于是采用短线预［１］王景海．短线法箱梁节段预制拼状及线形控制技术原制，因此计算拱度设置到预制数据中，给出每个节—理［Ｊ］・中国市政工程，２００９（２）：３８４１・段的预制参数。特别是对于支座和盖梁处，需要结［２］陈自航，熊建民・短线法预制梁线性控制研究［Ｊ］・：ｌｉｅ，宝耋际变形和理论分析变形来确定起始阶段预制［３］嚣耄ｊ军墨量嚣嚣㈣臂拼装几何控制技术一ｏ（４）同样的预应力和结构参数情况下，永久结…嚣意翥篆墨：嚣苁架桥机预肛艺构验算单位和设计单位的计算值相差较大，建议及预拱度设置［Ｊ］．城市建设理论研究，２０１３（３０）：３０．Ｃ１６８７标段要求永久结构验算单位提供每个施工阶［５２孙学先，杨子江，刘风奎．预应力混凝土曲线连续刚构段的变形，从而复核模型，找出真正差异，并最终确桥梁悬臂灌筑施工中的线形控制方法［Ｊ２．土木工程定Ｃ１６８７铁路节段梁预变形设置值。—学报，１９９９（４）：５１５６．２２铁道建筑技术只ＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１５ｆ５Ｊ万方数据