黔中水利总干渠渡槽拱圈支架施工方案实例

中铁十一局集团第二工程有限公司 湖北十堰 442013

摘要：本文主要阐述了黔中水利总干渠渡槽六连拱支架施工方案，该拱圈支架高，跨度大，在拱圈混凝土浇注过程中，支架变形会不断累加，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验算，提出相应的预控措施，合理指导施工。

关键词：大跨度砼拱圈；钢管支架设计；贝雷梁；次应力；支架拆除

1.工程概况

黔中水利总干渠青年队渡槽全长848m，主槽为72节跨度11.5m的C30砼简支U型槽壳；槽壳支撑采用C25砼排架，1～6#排架及67～71#排架直接坐落于地面上，7～66#排架坐落于拱圈上，排架最高28米；拱圈采用6连拱布置，单跨108m，矢高27.15m，拱圈截面采用双箱式箱梁。

2.拱圈支架施工方案

2.1总体思路

（1）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，支架压缩变形逐步增加，大跨度拱圈施工过程中必须保证每节段拱圈在各施工期间对称加载，如产生变形需能够随着支架变形，不会产生次应力，以尽量减少拱圈混凝土的开裂情况。

（2）需综合考虑拱圈结构特点及拱圈弧线长度大，拱圈坡脚处坡度大，拱圈的高度较高，风荷载影响大等不利条件，结合桥位地质水文条件、支架变形、温度、砼收缩徐变等因素，另加考虑支架安装、模板拆除方便性问题。

综合以上因素拱圈支架选择贝雷梁+钢管立柱的结构形式，支架基础采用扩大基础。

2.2支架简介

拱圈支架主要有二部分组成，上部主梁采用15片标准贝雷梁形成的支撑架，贝雷梁横桥向布置900mm+2×225mm+2×900mm+450mm+2×225mm+450mm+2×900mm+2×225mm+900mm共15组，纵桥向按照拱圈分节分为5个节段，其中贝雷梁与拱座之间采用新制桁架进行铰接，两侧对称倾斜的两组贝雷梁之间通过新制桁架进行连接，增强整体性。为确保安全，贝雷梁在拱圈腹板位置都进行了加密，贝雷梁之间采用标准花架进行连接，将贝雷梁连接一个整体，并且间距6米采用75X75的角钢制作的新制连接器进行横向连接，以确保贝雷梁的横向稳定。贝雷梁和钢管立柱连接采用采用16锰钢加工的楔形块，楔形块通过螺栓与上部贝雷梁和下部分配梁连接。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，砂筒在厂家统一定制。支墩系统采用壁厚16mm的φ609mm的钢管立柱，每孔支墩顺桥向一共10组，每组两排，横向一排设置5根钢管立柱，钢管立柱间距为4.0m+3.0m+3.0m+4.0m，中间3根立柱为主要受力立柱，两侧的立柱主要起到增加稳定的效果；拱脚两侧较矮的采用壁厚8mm的φ630mm的钢管立柱，每个基础设置两排，每排3根，间距3.0m。为了增加整体支架的稳定性，钢管立柱之间的横向连接体系，采用壁厚6mm的φ325mm的钢管做横向连接，横向连接钢管通过环形钢板焊接在支墩钢管上面。支架基础采用混凝土基础，钢管支墩和基础的预埋钢板采用焊接，并且在钢管立柱的四周加三角楔形块，加强钢管立柱根部的抗剪能力。

2.3施工工序

2.3.1施工顺序

拱圈支架基础施工→钢管支墩搭设→支墩之间横向连接安装→吊装柱顶砂箱→吊装分配梁及贝雷梁支撑的楔形块→吊装拱架贝雷梁→固定贝雷梁及安装新制横向连接器→安装拱圈与贝雷梁之间的三角方木支撑架→铺设横向方木→调整模板高度→支架预压→调整模板高度及设置预拱度→分段绑扎拱圈钢筋→分段安装拱圈模板→分段分环对称浇筑拱圈混凝土→ 分环合拢底板混凝土→养护等强度→由拱脚向拱顶对称施工拱上排架（同时进行拱圈支架拆除）→由拱脚向拱顶对称施工拱上槽壳。

2.3.2支架基础施工

支架基础采用C30明挖基础承台，底层布置一层间距20cm的Φ16钢筋网片，基础开挖完毕后，采用动力触探检测其地基承载力不小于180KPa后，开始绑扎底层钢筋网片，并按照钢管立柱的位置预埋好1cm厚的钢板，再浇筑混凝土。支架基础做好排水处理，避免因雨水浸泡影响地基承载力。靠近水母河的支架基础均挖到基岩，并且在承台迎水面堆码沙袋，做好围堰。

2.3.3钢管立柱制作与安装

拱圈支架的支墩采用厚8mm的φ630mm和厚16mm的φ609mm的两种钢管立柱，支墩顺桥向一共6组，每组两排，横向一排设置5根厚16mm的φ609mm钢管立柱，立柱间距为4.0m+3.0m+3.0m+4.0m，其中只有中间3根钢管立柱为主要受力立柱，两侧的立柱主要起到增加支架稳定的效果，每组钢管立柱之间的连接采用壁厚6mm的φ325mm的钢管的横向连接，将每组支墩连接成格构柱，横向连接钢管通过环形钢板焊接在支墩钢管上面。钢管立柱安装时，首先将第一节钢管立柱直接焊接在基础预埋的钢板上面，钢管立柱接长采用法兰盘连接，采用塔吊每根吊装，每节钢管立柱的安装均采用铅垂仪进行检查垂直度，并且由现场技术员上去检查钢管立柱的法兰连接及焊接是否满足要求。

2.3.4横向连接

由于支架的高度较高，同时本地区的风荷载较大，而且拱圈浇筑时的水平推力较大，为了确保支架的稳定性，需采用壁厚6mm的φ325mm的钢管将其连接成一个整体。横向连接首先根据拱圈支墩的跨度，制定好长度，然后采用塔吊吊装到设计高度，通过环形钢板焊接在支墩的立柱上。

2.3.5分配梁及楔块支撑

分配梁采用2根12m长的I56b的工字钢通过坡口焊接成整体，在靠近两侧拱脚的位置分配梁采用2根9m长的2HN700×300的H型钢通过坡口焊接成整体。为保证分配梁的顺桥向的稳定性，分配梁两侧通过焊接三角擋块与砂箱顶部焊接在一起，使支架体系由下到上连接为一个整体。分配梁上部的楔块采用和贝雷梁同样材质16Mn锰钢，根据所在位置尺寸在贝雷梁厂家订做而成。制作好的楔块与上部贝雷梁之间通过加强轩杆螺丝进行连接，下部与分配梁进行焊接。

拱架贝雷梁与分配梁间楔块详图

2.3.6贝雷梁的制作和安装

拱圈的支撑主梁采用贝雷梁，横桥向间距为900mm+2×225mm+2×900mm+450mm+2×225mm+450mm+2×900mm+2×225mm+900mm共15片，在拱圈腹板位置进行了加密。贝雷梁主要分为两种结果，两侧贝雷梁为拱式结构，跨中的贝雷梁为梁式结构。贝雷梁吊装前，首选在地面上将贝雷梁拼装成使用长度，拼装完成后，安装相对应的楔形块。吊装采用塔吊安装，首先将贝雷梁的位置在分配梁上放好样，然后将第一榀贝雷梁吊装到设计位置后，将楔形块和分配梁进行焊接固定，接着开始吊装第二榀贝雷梁，待第二榀吊装到位后通过花架将其与第一榀贝雷梁连接成整体。以此类推，贝雷片全部吊装完成后，在通过由[10的槽钢制作的新制连接器，按照纵向每3m一道的间距，将贝雷梁上下横向连接成一个整体，以增加贝雷梁的横向稳定性。由于拱圈两侧拱角处坡度较大，导致水平推力较大，贝雷片和墩帽预埋的锚梁连接，将贝雷梁和墩身连接成整体，以增加稳定性。

2.3.7拱圈底模支撑架

由于贝雷梁是直线形的不能直接形成拱圈的弧度，为实现拱圈的形状，现场采用15cmX15cm和10cmX10cm采用两侧打抓钉连接制作成三角架，根据拱圈的弧度，每3米一种型号，逐一拼装成弧形。三角方木下部采用10#的铁丝与贝雷梁连接。为增加三角方木支体系的稳定性，除三角方木架之间的横向连接，还在三角方木下部每隔4米增加一道橫向10cmX10cm方木，再将横向方木在采用10#铁丝和下部贝雷梁进行连接。三角方木顶部按净宽25cm铺设横向10cm×10cm的方木，做底模的带木，由于拱圈坡度较大，横向方木上下均采用抓钉和三角方木固定。

2.4拱圈支架拆除

主拱圈拱脚混凝土强度达到设计的100%后，且砼养护龄期达到28天后才能卸架，落架时间不宜过晚，落架必须对称拆除。为了保证拱圈逐渐均匀地降落，以便使拱架所支承的结构重量逐渐转移给拱圈自身来承担，因此拱架不能突然拆除，而应按照一定的卸架程序进行。

2.4.1拆除前的验算

由于拱圈支架为六连拱支架，拆除方案只有两种。

方案一：支架由0#、6#墩身向3#墩身拆除，单孔内也由两侧向中间落模。

方案二：支架由3#墩身向0#、6#墩身拆除，单孔内也由中间向两侧落模。

两种方案采用平面杆系单元建立结构纵向计算模型。模型共538个节点，537个单元。模型边界条件，主墩采用固结，拱圈支架采用竖向约束，考虑到拱圈支架竖向压缩量的影响，在计算中考虑拱圈支架的竖向刚度为236880kN/m。拱圈自重及隔板自重采用均布荷载施加在只计刚度的拱圈上，为准确模拟支架拆除过程，荷载施加与支架的拆除保持一一对应。

经过计算结果如下：

方案一：拱圈在荷载作用下在拱顶和拱脚处均有较大弯矩，从而导致该处应力较大。计算得到箱梁上缘名义压应力最大值5.91MPa，名义拉应力最大值1.08MPa；下缘名义压应力最大值4.68MPa，名义拉应力最大值2.4MPa。

方案二：拱圈在荷载作用下在拱顶和拱脚处均有较大弯矩，从而导致该处应力较大。计算得到箱梁上缘名义压应力最大值5.99MPa，名义拉应力最大值1.01MPa；下缘名义压应力最大值4.48MPa，名义拉应力最大值2.26MPa。

总结以上计算结果支架由中间向两边拆除方案，拱圈及墩身应力较小。推荐渡槽拱圈施工完成后，支架采用由中间向两边拆除方案。

2.4.2落架步骤

由3#孔和4#孔向两侧进行对称落模，3#孔和4#孔首先对中间两排沙箱进行落模，然后也是由中间向两侧对称落模。

2.4.3落模程序

由于每孔拱圈支架内有10排沙箱，每排3个，拱圈支架落模的第一步需同时落3#和4#中间两排沙箱，需要配备1人指挥12人进行对沙箱进行放砂，对拱圈支架进行落模。每孔内的6人必须尽量保持同步进行对沙箱放砂，保持两侧同步下降

3.结束语

为确保成品拱圈的外观线型符合设计要求和施工过程的安全，在浇筑混凝土之前，还要通过预压来检验现浇支架刚度、强度和稳定性。通过模拟浇筑混凝土的施工，对支架进行加载，分析观测结果来计算现浇支架的弹性变形和非弹性变形值，根据弹性变形值计算出底模的预拱度，为后续施工模板的拱度设置提供依据。本项目在渡槽拱圈支架方案方面进行了积极的探索，并取得了很好的效果，也为类似结构施工提供了经验借鉴。

作者简介：

朱文，男，出生于1981年9月，本科毕业，现在为中级工程师，目前从事建筑工程方面的工作。