多跨连续混凝土拱桥支架施工及其控制

赵晓彬,向中富,杨四海,莫志强

(1重庆交通大学土木工程学院，重庆400074；2重庆建工第一市政工程有限责任公司，重庆400020）

多跨连续混凝土拱桥支架施工及其控制

赵晓彬1,向中富1,杨四海2,莫志强2

(1重庆交通大学土木工程学院，重庆400074；2重庆建工第一市政工程有限责任公司，重庆400020）

该论文依托实际工程介绍不影响河道泄洪的多跨连续混凝土拱桥架空支架施工，包括多跨连续混凝土拱桥施工支架的搭设、计算分析和预压以及拱圈线形控制、混凝土浇筑和支架拆除的质量安全控制方法，为类似工程的施工提供参考。

多跨连续拱桥;支架设计;支架预压;预拱度;线形控制;支架卸落

1 工程概况

南寺坝跨凯江廊桥位于四川省绵阳市三台县，廊桥全长423m。包括30+40+70+40+30m车行拱桥一座（如图1），桥宽13m；与之平行、间隔2.50m的30+40+70+40+30m廊桥一座，桥宽12m；廊桥平台2处，上下桥梁连接梯道4处；南引桥为5×26m连续梁，北引桥为3×26m连续梁，桥宽均为16m。

图1 主桥桥型布置图

主桥拱肋采用单箱四室截面，主跨截面高2.3m，边跨拱肋截面高1.6m。拱圈宽度均为11.85m。拱圈顶板和底板厚度均为20cm，中腹板厚35cm，边腹板厚45cm。主桥70m主跨矢跨比为：f/L＝1∶5，拱轴线为悬链线，拱轴系数m＝3.5。主桥40m边跨矢跨比为：f/ L＝1∶4，拱轴线为悬链线，拱轴系数m＝3.2。主桥30m次边跨矢跨比为：f/L＝1∶3.136，拱轴线为圆曲线。主桥采用支架现浇施工，原设计拱圈施工支架为满堂架，但因为当地泄洪的需要，主桥支架按架空设计，同时要求桥梁的5个拱圈需一次成型。

2 拱圈支架

2.1 拱圈支架设计

现浇支架根据跨径和地形的不同布置临时支墩，支墩立柱采用Φ630×8mm钢管桩，钢管桩插打入河床或者安装在承台上，横桥向设置横梁与钢管桩顶焊接连接，纵向设置现浇支架主桁架。

如图2所示，拱圈现浇支架主桁采用加强型贝雷片结构，贝雷桁架由3m标准桁、加强弦杆、支撑架、连接螺栓及销轴组拼成整体。横向（如图3）每孔单幅现浇支架布置18榀。每两榀支架设置450支撑架，每6m设置一道全断面横向联系，以加强桁架面外稳定性。

图2 拱圈现浇支架布置图

图3 拱圈现浇支架横断面图

桁架上弦位置按纵向90cm间距铺设横向分配梁I25a，在贝雷梁上的I25a工字钢上设置碗扣式架管，立杆横向间距在腹板位置为0.3m，在底板位置为0.6m，纵向间距统一为0.9m，支架横杆步距统一为1.2m。钢管采用Φ48×3.5mm，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200mm处设置纵横向扫地杆，当支架高于4m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Φ630×8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[20a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1.5m），然后清空，下放钢管桩。钢管桩采用双排Φ630×8mm钢管，钢管横向及纵向均设置2[20a连接系，每排支墩为5根Φ630×8mm钢管柱组成，横向间距3m。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1mm，外围用10mm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5cm，高程误差小于2cm。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30cm处，两根钢管柱之间设置纵横向联系，杆件采用2[20a槽钢，上端设置在桩顶下30cm处。纵横向联系框架高3m，框架竖向净间距为3m。

2.2 拱圈支架计算分析

2.2.1 建立现浇支架计算模型（以70m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：钢管立柱底部采用固结。靠近拱座侧钢管施加纵向约束。

图4 70m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26kN/m3计入，并按《公路桥涵施工技术规范》要求[1]，拱圈自重宜乘以1.2倍系数。人群、机具荷载取2.0kN/m2；模板自重取2.0kN/m2混凝土振捣产生垂直模板的荷载取2.0kN/m2；支架(70m跨不含碗扣架）强度计算结果见表1。

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

30m跨支架最大竖向位移9mm,位于靠桥墩的贝雷梁跨中；40m跨支架最大竖向位移18mm,位于贝雷梁中跨跨中；70m跨支架最大竖向位移19mm，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

本工程对30m、40m、70m跨径各选取一跨进行预压，即支架预压三跨，5#-6#车行桥、6#-7#廊桥、7#-8#廊桥。

2.3.1 预压方法

在支架搭设完毕、15×15cm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15×15cm木方上使其成弧形），同时纵向普通钢管中间铺设5×10cm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2t（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。30m、40m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50%，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50%，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100%，记下观测数据，然后再加至120%，再观测记录。70m跨度长划分为5段，顶部一段、腰部二段、拱脚二段。70m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10m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。

表2 拱圈预压沉降监测记录表

3 线形控制

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-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δx=δ(1-4x2/L2)，x—跨中到任意点的水平距；δ—拱顶总预加高度；δx—任意点（距离为x）的预加高度；L—拱圈计算跨径[2]。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

纵向五个观测点位置的原支模标高均按设计预拱度50mm（设计提供）和施工预拱度30mm（计算分析）考虑，除跨中较准确外，其余四个点位的标高误差（14～41mm）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70m，最小跨度也有30m，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。30m跨、40m跨分三段，70m跨分五段。如图5所示。

70m跨拱圈浇筑顺序示意图

30m、40m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]。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70%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顺序对称浇筑，而且五跨连拱混凝土桥按30m跨和40m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[4]。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（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，使支架受力完全转化成拱圈受力（支架所承受的力最后为零），拱圈的卸落量也最终稳定。在两个边跨（30m跨）和次边跨（40m）分别对称卸载时，由于相距较远，卸载操作时为了保持两边跨（或两次边跨）分别同时卸载，安排专人用杨声器统一发出指令，操作工人的卸载行动按管理人员的指挥步调一致进行。在三个循环的卸载完成（即主拱圈脱架）以后，进行支架的拆卸，支架拆卸过程与拼装过程逆向。

6 施工监测

不论采用什么施工方法，桥梁结构在施工过程中总要产生变形（挠曲），并且结构的变形将受到诸多因素的影响，极易使桥梁结构在施工过程中的实际位置状态偏离预期状态，为了保证结构线形在设计线形允许范围内，必须在施工全过程对全桥变形进行监测。

6.1 复核控制网及水准点

复核现场的水准点和控制网，精度应达到二等以上。根据施工控制要求，结合场区地形条件，必要时应增加临时水准点数。

6.2 拱座位移监测

在每个拱座顶面处上下游各设一至两个测点，用全站仪测试其变位情况。具体测点位置应结合施工实际情况选在拱座顶面便于观测的可靠位置处，以观测各关键工况的拱座沉降变形。

6.3 支架位移监测

在支架搭设完成后，在支架的跨中和L/4处设置观测点，在支架的各个工况下仔细观测支架的变位情况。如发现异常情况，应立即停止施工，查找原因。本桥在各跨的跨中位置处布置位移测点，在每轮次卸载完成后采用水平仪进行标高测量。

6.4 拱顶位移监测

在每一轮次卸载完成后，将测量数据与设计数据进行比较，在满足设计要求的前提下进行下一轮的卸载，保证落架过程安全可靠。

7 总结

（1）本工程原设计为满堂支架施工五跨连续混凝土拱桥，但由于凯江河道泄洪的要求，满堂支架改为河道上架空桁架作为拱桥支架，施工过程中，特别是浇筑拱圈混凝土过程中，该支架的强度、刚度、变形、稳定直接关系到拱圈施工的质量和安全，是施工控制的关键。因此，必须对支架的钢管立柱、桁架进行计算分析。

（2）对于超静定支架结构，结构实际受力与计算假定相差甚远、材料经过反复使用性能会有所下降、支架安装有误差等都会影响计算结果的准确性和施工的安全性。因此在按设计的支架搭设以后，通过对支架进行预压，对支架的强度、刚度、变形及稳定进行再次检验，并检测其变形是施工安全及质量控制的一个重要环节。同时，根据预压结果调整计算分析得出的施工预拱度,从而保证桥梁的线性满足设计要求。

（3）拱圈混凝土分环分段浇筑，是防止支架不规则变形而引起混凝土开裂的有效方法，而混凝土浇筑过程中的对称施工，是平衡支架内力的有效手段。

（4）拱圈卸架的关键是卸载，卸载的关键是实现拱圈逐步由支架向拱圈的受力体系的转换，而连续混凝土拱桥不仅要保证单跨内的对称卸载，还要保证对称跨的同步卸载。

[1]路桥集团第一公路局.JTJ041-2005公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2001.

[2]周水兴，向中富.桥梁工程[M].重庆：重庆大学出版社, 2001.

[3]张河锦，赖永斌，汪海峰.钢筋混凝土箱形拱主拱圈施工方法介绍及分析[J].公路交通技术，2009，2(87).

[4]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社，2001.

责任编辑：孙苏，李红

武隆县开展农村D级危房检查验收

近日，武隆县城乡建委、县财政局组成联合检查验收小组对该县2012年农村D级危房建设进行了验收，对2013年计划申报的1500余户农村D级危房建设进行了现场踏勘和技术指导。

检查组对发现的问题包括改造对象是否符合规定、危房改造建设标准是否符合要求、是否于当年竣工、档案的建立与管理情况（即农村困难危房改造对象的确定是否按个人申请、村委会公示、乡镇审查公示，危房档案是否符合一户一档的要求，改造后的住房是否达到质量安全规定，农户改造结束后原来的危旧房是否拆除等）。对已经验收合格的农户，财政部门将积极组织资金，尽快将补助资金拨付到改造农户手中。正在实施的D级危房改造项目，验收小组要求各乡镇加强领导，多渠道帮助困难农户，加快建设进度，全面推进该县2013年农村D级危房建设工作。

Support Construction and Control of Multi-spanned Continuous Arched Bridge

Based on practical engineering cases,support construction and control of multi-spanned continuous arched bridge are introduced,including support erection,calculation,analysis and preloading and control methods for quality safety of arch ring linear control,concrete placing and support removal.It offers some references for similar engineering.

multi-spanned continuous arched bridge;support design;support preloading;re-camber;linear control;support removal

TU745.2

A

1671-9107（2013）07-0001-05

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.07.001

2013-06-15

赵晓彬（1962-），男，江苏盐城人，本科，教授级高级工程师，主要从事房屋建筑、道路桥梁施工技术管理和研究。

向中富(1960-)，男，四川广元人，工学硕士，教授，院长，主要从事桥梁与隧道工程研究。