拱橋滿堂支架施工技術

鄧衛華

(湖北省核工業地質局，湖北孝感 432100)

0 引言

隨著城市交通基礎設施不斷完善和發展，越來越多的城市設置拱形橋梁作為景觀橋。本文介紹在市區或郊區施工跨河流、跨湖泊的大跨度拱橋，在不能采用懸拼鋼拱架、貝雷梁架的情況下，采用圍堰抽水清淤換填碎石土，搭設滿堂支架，整體滑移支架，省工省時，施工安全。該措施得到了有關上級部門的認可，為保證工程質量和提高工作效率發揮了積極的作用。

1 工程概況

鐘祥市東環路跨湖橋工程項目位于鐘祥市鏡月湖西北角，其中跨湖大橋橫跨鏡月湖，橋梁長496．8 m，整體寬度23．0 m，下構采用實體墩臺配樁基礎，設有32個橋墩(含6個制動墩)與2個橋臺身，上構采用33孔不等跨圓弧線板拱橋;主拱圈凈跨徑從橋臺處第1跨(第33跨)6．8 m至橋梁中心(第17跨)22．5 m依次變化，跨中高度從橋臺處第1跨(第33跨)3．60 m至橋梁中心(第17跨)9．17 m依次變化。根據跨徑的不同，主拱圈厚度分別為35 cm、40 cm、45 cm、50 cm、55 cm。本項目部采取在鏡月湖內圍堰筑壩，堰內抽水清除淤泥換填碎石土;在堰內施工跨湖大橋樁基、承臺、墩身及拱橋上構;全橋33跨拱圈分七聯采用滿堂支架現澆混凝土施工。

2 施工準備

2．1 外部環境的監測

因跨湖橋橫跨鏡月湖，堰外湖水對滿堂支架基礎產生直接威脅，因此，在施工過程中，隨時測量觀察堰外湖水水位與堤壩的穩定性，及時抽排因暴雨或其它因素引起的湖水上漲，嚴禁湖水漫溢圍堰浸泡支架地基。

2．2 人員及物質的準備

滿堂支架施工投入現場施工管理員2人，專業技術人員2人，安全員2人，架子工25人，木工10人，其他工人10人，16 t吊車一臺，ZN30裝載機一臺，JW60鋼管滾圓機一臺、備足3聯孔(全橋為33孔拱橋)的碗扣式腳手架、扣件、鋼管、方木、竹膠合模板等材料:Φ48鋼管400 t及扣件80 000余個，碗扣式腳手架600 t，頂托20 000余個，122 cm×244 cm×1 cm竹膠合板模板6 000 m2，木模板1 000 m2，5 cm×10 cm方木、10 cm×10 cm方木共計180 m3，拱架鋼管50 t，鋼筋彎曲機兩臺，鋼筋切斷機兩臺，電焊機10臺，以及配套的小型機具。以上資源配置根據工程進度要求再作調整。

2．3 驗算碗扣支架鋼管的穩定性和預壓荷載的計算

本工程拱圈滿堂支架的設計與驗算參考公路施工手冊《橋涵》及《建筑施工碗碗扣腳手架安全技術規范》(JGJ166—2008)，具體計算如下:

2．3．1 荷載

支架設計時，考慮各項荷載:模板和支架自重;新澆砼自重;鋼筋自重;振搗砼時產生荷載;風荷載。

(1)荷載標準值的取定 模板和支架自重按10%結構混凝土自重考慮;新澆鋼筋砼自重標準值采用25 kN/m3;振搗砼時產生的荷載標準值采用3．0 kN/m2;風荷載標準值采用0．6 kN/m2。

(2)荷載設計值的確定 支架設計時，所采用的荷載設計值是取荷載標準值分別乘以下述相應的荷載分項系數，然后組合而得，見表1。

表1 荷載分項系數表Table 1 Partial coefficient of load

碗扣腳手架搭設，其立桿的縱橫向間距按0．9 m×0．9 m的組合形式布置，其立桿的豎向步距統一采用0．9 m，其上設可調頂托，上鋪鋼管和方木形成模板平臺，支架荷載最不利情況為拱板砼澆注完畢尚未初凝前底板范圍內的桿件承載。

(3)荷載組合 以第11跨半幅支架和模板為驗算對象，根據《建筑施工碗扣腳手架安全技術規范》，模板支架主要驗算立桿穩定性。設計荷載主要考慮拱圈荷載、模板荷載、支架自重荷載和施工荷載、風荷載。

① 半幅拱圈鋼筋混凝土方量為86．64 m3，自重為86．64 ×2．5 ×10=2 166 kN;

半幅平面面積(22．8 －3．6)×14．85/2=142．56 m2;

拱圈鋼筋混凝土自重荷載2 166/142．56=15．19 kN/m2。

②模板與支架自重按10%結構混凝土自重考慮，即約1．52 kN/m2，并按均布荷載計算。

③ 施工人員及機具重量1．0 kN/m2。

④ 混凝土灌注振搗2．0 kN/m2。

⑤ 風荷載標準值采用0．6 kN/m2。

⑥ 荷載組合將(1項+2項)×1．0×1．2+(3項+4項 +5項)×1．0×1．4。

簡化為均布荷載:

(15．19+1．52)×1．2+(1+2．0+0．6)×1．4≈25．1 kN/m2。

2．3．2 滿堂碗扣式腳手架支架驗算

滿堂碗扣式Φ48支架布置 沿橋縱向排距0．9 m，橫向間距0．9 m，步距0．9 m;腳手架鋼管截面特性:外直徑 Φ48 mm，壁厚3．5 mm，截面積 A=489 mm2，慣性矩 I=1 219 cm4，回轉半徑 r=15．8 mm，f=205 MPa，立桿［δ］=210。

立桿穩定性計算 腳手架鋼管截面特性:直徑Φ48 mm，壁厚3．5 mm，截面積A=489 mm2，慣性矩I=1 219 cm4，回轉半徑 r=15．8 mm，f=205 MPa，立桿［δ］=21，支架橫桿步距 Lo=0．9 m;

長細比 λ =Lo/r=900/15．8=56．96，取 λ =57，查表知折減系數φ=0．829;

則立桿承載能力［N］=0．829×489×210=85 130 N=85．1 kN。

立桿根數:(1+14．85/0．9)×［1+(9．6+1)/0．9)］=18×13=234根。

每桿立桿承受荷載:N=25．1×142．56/234=15．3 kN ＜85．1 kN。

立桿承載能力遠大于要求立桿承受的荷載，滿足要求:

N/φA=19．68 × 1 000/(0．829 × 489)=48．55 MPa＜f=205 MPa，立桿穩定性滿足要求。

通過以上承載力計算和受力分析可知，碗扣腳手架按此方案布置，支架整體穩定性滿足要求。

2．3．3 地基承載力計算

均布荷載:

(15．19+1．52)× 1．2+(1+2．0)× 1．4≈24．3 kN/m2=24．3 kPa

按2．5倍安全系數考慮，要求承載力，24．3×2．5=60．8 kPa

根據工程地質勘察資料，場地表面為淤泥質軟土，其下為粉質粘土，粉質粘土地基承載力為120 kPa，我部挖除軟土至粉質粘土，換填碎石土(＞1．5 m)，平整壓實后面又施工了10 cm厚的C20混凝土墊層，經現場檢測，基礎承載力為320 kPa，遠大于支架基礎要求承載力60．8 kPa，基礎承載力滿足滿堂支架要求。

2．3．4 預壓試驗砂袋計算

選用能裝砂800～1 000 kg的預壓試驗專用砂袋，計算時按800 kg/袋考慮。

半幅拱圈施工時總荷載為預壓試驗荷載:24．3×142．56=3 464 kN=346 421 kg。

半幅砂袋用量:346 421/800=433個，第11跨全幅砂袋用量866個。

砂袋堆碼高度:346 421/［17．88 ×(9．6+1)×1 500］=1．22 m(砂按1 500 kg/m3計算)。

3 碗扣式腳手架材質性能要求

滿堂支架搭設之前先檢查碗扣桿件，不得使用挖癟、彎曲、腐蝕等以及有損傷和明顯缺陷的構件，碗扣或銷子必須用專用的銷子。碗扣件進場前必須逐件進行檢查，碗扣式腳手架用鋼管應采用符合現行國家標準《直縫電焊鋼管》(GB/T13793—92)中的Q235A級普通鋼管，其材質性能應符合國家標準《碳素結構鋼》(GB/T700)的規定。

(1)碗扣架鋼管規格為Φ48 mm×3．5 mm，鋼管壁厚≥3．5 ～0．025 mm。

(2)上碗扣、可調底座及可調托撐螺母采用可鍛鑄鐵或鑄鋼制造，其材料機械性能應符合GB9440中KTH330—08及GB11352中ZG270—500的規定。

(3)下碗扣、橫桿接頭、斜桿接頭應采用碳素鑄鋼制造，其材料機械性能應符合GB11352中ZG230—450的規定。

(4)采用鋼板熱沖壓整體成形的下碗扣，鋼板應符合GB700標準中 Q235A級鋼的要求，板材厚度≥6 mm。并經600～650℃的時效處理。

(5)立桿連接外套管壁厚≥3．5～0．025 mm，內徑≤50 mm，外套管長度≥160 mm，外伸長度≥110 mm。

(6)桿件的焊接應在專用工裝上進行，各焊接部位應牢固可靠，焊縫高度≥3．5 mm，其組焊的形位公差應符合表2的要求。

表2 桿件組焊形位公差要求Table 2 Requirement of geometric tolerance of assembly welding

(7)立桿上的上碗扣應能上下串動和靈活轉動，不得有卡滯現象;桿件最上端應有防止上碗扣脫落的措施。

(8)立桿與立桿連接的連接孔處應能插入Φ12 mm連接銷。

(9)在碗扣節點上同時安裝1～4個橫桿，上碗扣均應能鎖緊。

(10)構配件外觀質量要求。鋼管應無裂紋、凹陷、銹蝕;鑄造件表面應光整，不得有砂眼、縮孔、裂紋等缺陷，表面粘砂應清除干凈;沖壓件不得有毛刺、裂紋、氧化皮等缺陷;各焊縫應飽滿，焊藥清除干凈，不得有未焊透、夾砂、咬肉、裂紋等缺陷;構配件防銹漆涂層均勻、牢固;可調底座及可調頂托撐絲桿與螺母捏合長度不得少于4～5扣。

4 施工工藝

施工流程:地基處理→施工碎石(砂)與混凝土墊層→定位放線、布點→碗扣支架搭設→拱架制作安裝→擺放模板底方木→底模加工安裝→支架預壓→測量觀察→卸載→調整底模高程→鋼筋加工綁扎→側模加工安裝→預埋件安裝→檢查驗收→混凝土澆筑、養生→落架→移架或拆架→進入下道工序。

滿堂碗扣支采用 LG-300、LG-240、LG-180、LG-120、HG-60、HG-90、HG-120 等規格的桿件進行組合安裝;支架主要包括Φ48立桿、橫桿、KTZ50型可調底托和KTC50型可調頂托、剪力撐、弧型鋼管拱架、橫向分配方木、鋼管和底模板等。

(1)樁基施工完成后，將泥漿池內泥漿及軟土全部清除，疏通場地西邊水溝，集中降水排水，嚴禁施工場地內積水，以免造成地基不均勻沉降，引起支架失穩，出現安全隱患和事故。

(2)相鄰承臺混凝土施工完后，挖除承臺間軟土換填碎石土，碾壓密實后上鋪10 cm碎石墊層，再施工10 cm厚的C20混凝土。場地表面平整、不積水。

(3)測量放線，在混凝土面上測設出各跨的縱軸線和橋墩橫軸線，對于跨徑＜15 m的拱跨用墨線彈出縱向90 cm與橫向90 cm的方格網。對于跨徑＞15 m的拱跨用墨線彈出橫間距90 cm網線與縱向間距90 cm與60 cm的交替方格網。見圖1。

(4)弧形鋼管拱架加工制作:弧形拱架放樣平臺選在跨湖橋中間16#墩與17#跨墩之間場地內，場地基底換填碎石土，表面澆筑10 cm厚的C20混凝土，平臺表面平整、不積水。根據設計圖各跨拱的凈跨、矢高、圓弧半徑，在平整的混凝土地面上按1∶1的比例放出各拱圈大樣圖，并用紅色油漆畫出圓弧;用JW60鋼管滾圓機分段加工制作Φ48 mm×3．5 mm鋼管拱架，再放至拱圈大樣圖上進行比照，若有偏差，可再次送入JW60鋼管滾圓機反復修改，使弧形拱架與對應拱圈大樣相吻合，對加工好的拱架進行編號并分開堆放。

(5)碗扣式滿堂支架的施工，采用Φ48(d=3．5 mm)碗扣腳手架，按上述測量布設的方格網點搭設滿堂支架，豎向步距采用90 cm，每跨橫向支架搭設寬出承臺50 cm，滿堂支架設置縱、橫向掃地桿，每根立桿底部設可調底托，立柱上方設可調頂托，底托與頂托撐絲桿插入立桿內的長度不得＜15 cm，外露部分不得超過30 cm;滿堂支架搭設時，橋縱向采用雙排弧形鋼管拱架，間距為90 cm，弧型鋼管拱架下墊10 cm×10 cm方木，方木架在可調頂托上，弧型拱架上鋪5 cm×5 cm的方木與Φ48直鋼管，方木與鋼管交替排放并用鐵絲固定在拱架上，二者間距為0．3 m，用1．0 mm竹膠板做底模與側模，模板用釘子固定在方木上。

支架安裝時從拱圈的縱向一端向另一端進行，第一層拼好之后，檢查其平整度，如高差太大，用底托調平。拼立桿時用吊線錘檢查其垂直度，防止立桿偏心受力。接頭部位用碗扣連接牢固，碗扣支架搭拼完之后，用扣件式鋼管在立桿上沿縱橫向每隔3排設置一道剪刀撐，剪刀撐設置時從頂到底要連續，搭接頭保證≥60 cm，接頭卡不少于兩個，與水平橫桿的夾角為45°～60°。見圖2。

圖1 碗扣架平面布置圖Fig.1 Plane arrangement chart of cuplok scaffold

圖2 碗扣架立面布置圖Fig.2 Elevation arrangement chart of cuplok scaffold

(6)拱架高程控制。全橋起拱線在同一水平面上(高程42．0 m)，通過計算起拱線到底模的高度就能精確計算出每根立桿長度。以兩承臺間縱向軸線中點為原點，從原點往兩拱腳用鋼尺丈量a長度，如圖3。

高度h可通過以下公式計算出來:

式中:R——拱圈半徑;E——矢高;h——距中心原點距離a時起拱線至模板的高度。

根據上述公式可計算出每跨起拱線至模板的高差。計算結果見表3。

圖3 弦高計算示意圖Fig.3 Schematic diagram of string height calculation

表3 起拱線到拱圈底模立桿高度計算表Table 3 Calculation table of height of upright stanchion

在堆載預壓完成后，用水準儀測量，調整控制底模高程。底模高程=設計拱底+支架變形量+前期施工誤差的調整量。

(7)支架預壓。預壓的目的是消除地基沉降影響、支架的非彈性變形，檢驗支架的剛度、穩定性、安全性是否滿足施工要求，測出彈性數據，同時取得支架彈性變形的實際數值，作為支架施工預拱值設置的資料;在待堆載拱跨的模板1/4、1/2、3/4處測設三個斷面的沉降觀測點，同斷面于底板上橫向按每2．0 m間距布設沉降觀測點。

支架預壓重量取拱圈鋼筋砼結構自重的120%，全部預壓材料共分三級加載完成。

用編織袋裝砂作預壓材料，砂袋的堆積高度按施工時總荷載計算取值，從而使預壓荷載的分布與拱體荷載的分布相吻合。模板高程調整完畢后，在底模側面的方木上上設置觀測點。預壓時按照觀測階段和觀測時間測設各觀測點高程，采用DS2水準儀測設各觀測點高程，并記錄在冊。

第一級加壓為40%總重量，停4～6 h，測量觀測兩次。

第二級加壓為40%總重量，停4～6 h，測量觀測兩次。

第三級加壓為40%總重量，靜壓≥60 h，每天測量觀測兩次。

加載過程中，觀測支架體系沒有明顯的變化時方可繼續進行加載，預壓時要隨時觀測支架的變化情況。觀測時分次做好計錄，即加載前、加載1/3時、加載2/3時、加載完成后直至沉降穩定。直至最后連續三天的累計沉降值＜3 mm時方可卸載。

卸載時可按兩次卸完，每次分別為50%卸載后，要進行支架回彈觀測，最后計算出各點彈性變形和非彈性變形的最大值。

第一次卸載后停4～6 h，測量觀測2次;

第二次卸載后48 h內進行6次測量觀測。

預壓時主要觀測的數據有:地基沉降、頂板沉降、支架沉降;卸載后頂板可回彈量。沉降穩定卸載后算出地面沉降、支架的彈性和非彈性變形數值，根據各點對應的彈性變形數值推算拱圈預拱度。

(8)支架整體側移。支架整體側移采用手動葫蘆鋼絲繩牽引施工方法，施工要點首先是牽引力作用點的選定不能是支架上的某個點，而是在拱圈支架橫向側面選用16#U型槽鋼作橫擋，鋼絲繩在槽鋼兩端設二個牽引力作用點，以免局部點受力過大拉散支架;其次是鋼絲繩牽引合力作用線要與拱圈橫向拱軸線吻合，牽引力作用點、鋼絲繩、手動葫蘆要在同一水平面了，防止支架側移過程中偏位變形。

采用滿堂支架依次施工第一聯、第二聯及第七聯、第六聯左半幅拱圈混凝土;在拱圈混凝土強度達到設計要求時，保留第二聯的第10跨、第11跨及第六聯的第23跨、24跨拱圈左幅支架，依次將1～9跨、25～33跨拱圈左幅支架頂托松落，同時用手動葫蘆向下輕拉底模，使拱圈底模完全脫離拱圈混凝土底面約5 cm;縱向立桿每隔一排上調立桿底托，調使其離開地面懸空約15 cm，在其下安放16#U型槽鋼與12#U型槽鋼。12#U型槽鋼凹槽內每隔1．5 m安裝一個UC305軸承，16#U型槽鋼內涂抹機油等潤滑劑，12#U型槽鋼凹面朝下一起放置在16#槽鋼凹槽內，再將上調的支架底托落到12#U型槽鋼背部;在滿堂支架側面背部高0．5 m處用一根6 m長的16#U型槽鋼作橫擋，用18．5號鋼絲繩作拉繩，三根Φ48鋼管斜打入地下0．8 m作反力裝置，支架與墩身接觸處單個側面用4個萬向輪作導向，用二個5 t手拉葫蘆人工牽引將左幅支架整體側移至右幅。依此方案組織施工第七聯、第六聯、、第一聯、第二聯右半幅拱圈，及其他第三、四、五聯拱圈。正常情況，五個架子工一天可完成一跨支架的整體側移，省工省時。

圖4 支架側移牽引示意圖Fig.4 Schematic diagram of traction of scaffold lateral displacement

(9)滿堂支架拆除工藝。根據設計要求，待拱圈混凝土強度達到設計強度的100%后方可進行拱圈底支架拆除。不得隨意提前，以免拱圈混凝土發生開裂。在橋臺處，支架拆除前必須完成臺后擋土墻的施工及臺背2/3回填工作。拆除支架時，先拆除各跨拱跨中1/2范圍支架，再向兩側放松拱圈支架直到拱腳。卸落量開始宜小，以后逐漸增大。

落架、拆模時，要對稱、均勻進行，分三次卸完，不允許某個局部突然拆架，不得使主拱局部產生過大應力。落架時要統一指揮，統一行動，每次落架過程都要仔細認真地進行，以達到均衡、同步。拆模時防止撬壞模板和碰壞混凝土面。在落架前，落架到1/2及落架結束后對拱圈混凝土頂面高程、縱軸線落架要進行測量觀測。

拆除支架規定:拆除程序應遵守由上而下，先搭后拆的原則。拆除順序為剪刀撐→橫向水平桿→縱向水平桿→立桿。

拆除前應先拆除腳手架上雜物及地面障礙物;拆除作業必須由上而下逐層拆除，嚴禁上下同時作業;拆除過程中，凡已松開連接的桿、配件應及時拆除運走，避免誤扶、誤靠;拆下的桿件應以安全方式吊走或運出，嚴禁向下拋擲;不準分立面拆架或在上、下兩步同時拆架，做到一步一清，一桿一清;拆除腳手架時，地面應設圍欄和警示標志，嚴禁非操作人員入內;腳手架拆除時應制止和杜絕違章指揮、違章作業;拆下的桿件以安全方式運下來，集中堆碼整齊;拆除時要統一指揮，上下呼應，動作協調，以防墜落。

5 結語

在鐘祥市東環路跨湖橋施工過程中，由于對每跨滿堂碗扣支架嚴格控制、立桿高度精確計算，支架整體滑移，從而減小了拱圈模板弧度及高程的整體控制難度、保證了拱圈提前順利合攏。結果表明:若采用常規施工方法先拆模、拆架再搭設，一拆一搭費工費時，模板損耗相當大，且碗扣架在圍堰內堆放場地有限;而采用整體滑移支架，施工機械設備投入小，省工省時，施工安全。提高了工作效率，節省工期2個月，為跨湖橋年底竣工通車提供了強有力保障。

［1］ 顧懋清，石紹甫．公路橋涵設計手冊 拱橋(上、下冊)［S］．北京:人民交通出版社，2000．

［2］ JTG/TF50—2011，公路橋涵施工技術規范［S］．

［3］ JGJ166—2008，建筑施工碗扣腳手架安全技術規范［S］．