黔中水利總干渠渡槽拱圈支架施工方案實例

中鐵十一局集團第二工程有限公司 湖北十堰 442013

摘要：本文主要闡述了黔中水利總干渠渡槽六連拱支架施工方案，該拱圈支架高，跨度大，在拱圈混凝土澆注過程中，支架變形會不斷累加，不合理的施工工藝對拱圈結構會產生次應力等不利影響，故拱圈混凝土澆筑需經過反復驗算，提出相應的預控措施，合理指導施工。

關鍵詞：大跨度砼拱圈；鋼管支架設計；貝雷梁；次應力；支架拆除

1.工程概況

黔中水利總干渠青年隊渡槽全長848m，主槽為72節跨度11.5m的C30砼簡支U型槽殼；槽殼支撐采用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連拱布置，單跨108m，矢高27.15m，拱圈截面采用雙箱式箱梁。

2.拱圈支架施工方案

2.1總體思路

（1）拱圈混凝土施工是一個對支架不斷加載的過程，隨著荷載的逐步施加，支架壓縮變形逐步增加，大跨度拱圈施工過程中必須保證每節段拱圈在各施工期間對稱加載，如產生變形需能夠隨著支架變形，不會產生次應力，以盡量減少拱圈混凝土的開裂情況。

（2）需綜合考慮拱圈結構特點及拱圈弧線長度大，拱圈坡腳處坡度大，拱圈的高度較高，風荷載影響大等不利條件，結合橋位地質水文條件、支架變形、溫度、砼收縮徐變等因素，另加考慮支架安裝、模板拆除方便性問題。

綜合以上因素拱圈支架選擇貝雷梁+鋼管立柱的結構形式，支架基礎采用擴大基礎。

2.2支架簡介

拱圈支架主要有二部分組成，上部主梁采用15片標準貝雷梁形成的支撐架，貝雷梁橫橋向布置900mm+2×225mm+2×900mm+450mm+2×225mm+450mm+2×900mm+2×225mm+900mm共15組，縱橋向按照拱圈分節分為5個節段，其中貝雷梁與拱座之間采用新制桁架進行鉸接，兩側對稱傾斜的兩組貝雷梁之間通過新制桁架進行連接，增強整體性。為確保安全，貝雷梁在拱圈腹板位置都進行了加密，貝雷梁之間采用標準花架進行連接，將貝雷梁連接一個整體，并且間距6米采用75X75的角鋼制作的新制連接器進行橫向連接，以確保貝雷梁的橫向穩定。貝雷梁和鋼管立柱連接采用采用16錳鋼加工的楔形塊，楔形塊通過螺栓與上部貝雷梁和下部分配梁連接。下部結構支墩采用螺旋鋼管，立柱支墩通過砂筒和分配梁連接，砂筒在廠家統一定制。支墩系統采用壁厚16mm的φ609mm的鋼管立柱，每孔支墩順橋向一共10組，每組兩排，橫向一排設置5根鋼管立柱，鋼管立柱間距為4.0m+3.0m+3.0m+4.0m，中間3根立柱為主要受力立柱，兩側的立柱主要起到增加穩定的效果；拱腳兩側較矮的采用壁厚8mm的φ630mm的鋼管立柱，每個基礎設置兩排，每排3根，間距3.0m。為了增加整體支架的穩定性，鋼管立柱之間的橫向連接體系，采用壁厚6mm的φ325mm的鋼管做橫向連接，橫向連接鋼管通過環形鋼板焊接在支墩鋼管上面。支架基礎采用混凝土基礎，鋼管支墩和基礎的預埋鋼板采用焊接，并且在鋼管立柱的四周加三角楔形塊，加強鋼管立柱根部的抗剪能力。

2.3施工工序

2.3.1施工順序

拱圈支架基礎施工→鋼管支墩搭設→支墩之間橫向連接安裝→吊裝柱頂砂箱→吊裝分配梁及貝雷梁支撐的楔形塊→吊裝拱架貝雷梁→固定貝雷梁及安裝新制橫向連接器→安裝拱圈與貝雷梁之間的三角方木支撐架→鋪設橫向方木→調整模板高度→支架預壓→調整模板高度及設置預拱度→分段綁扎拱圈鋼筋→分段安裝拱圈模板→分段分環對稱澆筑拱圈混凝土→ 分環合攏底板混凝土→養護等強度→由拱腳向拱頂對稱施工拱上排架（同時進行拱圈支架拆除）→由拱腳向拱頂對稱施工拱上槽殼。

2.3.2支架基礎施工

支架基礎采用C30明挖基礎承臺，底層布置一層間距20cm的Φ16鋼筋網片，基礎開挖完畢后，采用動力觸探檢測其地基承載力不小于180KPa后，開始綁扎底層鋼筋網片，并按照鋼管立柱的位置預埋好1cm厚的鋼板，再澆筑混凝土。支架基礎做好排水處理，避免因雨水浸泡影響地基承載力。靠近水母河的支架基礎均挖到基巖，并且在承臺迎水面堆碼沙袋，做好圍堰。

2.3.3鋼管立柱制作與安裝

拱圈支架的支墩采用厚8mm的φ630mm和厚16mm的φ609mm的兩種鋼管立柱，支墩順橋向一共6組，每組兩排，橫向一排設置5根厚16mm的φ609mm鋼管立柱，立柱間距為4.0m+3.0m+3.0m+4.0m，其中只有中間3根鋼管立柱為主要受力立柱，兩側的立柱主要起到增加支架穩定的效果，每組鋼管立柱之間的連接采用壁厚6mm的φ325mm的鋼管的橫向連接，將每組支墩連接成格構柱，橫向連接鋼管通過環形鋼板焊接在支墩鋼管上面。鋼管立柱安裝時，首先將第一節鋼管立柱直接焊接在基礎預埋的鋼板上面，鋼管立柱接長采用法蘭盤連接，采用塔吊每根吊裝，每節鋼管立柱的安裝均采用鉛垂儀進行檢查垂直度，并且由現場技術員上去檢查鋼管立柱的法蘭連接及焊接是否滿足要求。

2.3.4橫向連接

由于支架的高度較高，同時本地區的風荷載較大，而且拱圈澆筑時的水平推力較大，為了確保支架的穩定性，需采用壁厚6mm的φ325mm的鋼管將其連接成一個整體。橫向連接首先根據拱圈支墩的跨度，制定好長度，然后采用塔吊吊裝到設計高度，通過環形鋼板焊接在支墩的立柱上。

2.3.5分配梁及楔塊支撐

分配梁采用2根12m長的I56b的工字鋼通過坡口焊接成整體，在靠近兩側拱腳的位置分配梁采用2根9m長的2HN700×300的H型鋼通過坡口焊接成整體。為保證分配梁的順橋向的穩定性，分配梁兩側通過焊接三角擋塊與砂箱頂部焊接在一起，使支架體系由下到上連接為一個整體。分配梁上部的楔塊采用和貝雷梁同樣材質16Mn錳鋼，根據所在位置尺寸在貝雷梁廠家訂做而成。制作好的楔塊與上部貝雷梁之間通過加強軒桿螺絲進行連接，下部與分配梁進行焊接。

拱架貝雷梁與分配梁間楔塊詳圖

2.3.6貝雷梁的制作和安裝

拱圈的支撐主梁采用貝雷梁，橫橋向間距為900mm+2×225mm+2×900mm+450mm+2×225mm+450mm+2×900mm+2×225mm+900mm共15片，在拱圈腹板位置進行了加密。貝雷梁主要分為兩種結果，兩側貝雷梁為拱式結構，跨中的貝雷梁為梁式結構。貝雷梁吊裝前，首選在地面上將貝雷梁拼裝成使用長度，拼裝完成后，安裝相對應的楔形塊。吊裝采用塔吊安裝，首先將貝雷梁的位置在分配梁上放好樣，然后將第一榀貝雷梁吊裝到設計位置后，將楔形塊和分配梁進行焊接固定，接著開始吊裝第二榀貝雷梁，待第二榀吊裝到位后通過花架將其與第一榀貝雷梁連接成整體。以此類推，貝雷片全部吊裝完成后，在通過由[10的槽鋼制作的新制連接器，按照縱向每3m一道的間距，將貝雷梁上下橫向連接成一個整體，以增加貝雷梁的橫向穩定性。由于拱圈兩側拱角處坡度較大，導致水平推力較大，貝雷片和墩帽預埋的錨梁連接，將貝雷梁和墩身連接成整體，以增加穩定性。

2.3.7拱圈底模支撐架

由于貝雷梁是直線形的不能直接形成拱圈的弧度，為實現拱圈的形狀，現場采用15cmX15cm和10cmX10cm采用兩側打抓釘連接制作成三角架，根據拱圈的弧度，每3米一種型號，逐一拼裝成弧形。三角方木下部采用10#的鐵絲與貝雷梁連接。為增加三角方木支體系的穩定性，除三角方木架之間的橫向連接，還在三角方木下部每隔4米增加一道橫向10cmX10cm方木，再將橫向方木在采用10#鐵絲和下部貝雷梁進行連接。三角方木頂部按凈寬25cm鋪設橫向10cm×10cm的方木，做底模的帶木，由于拱圈坡度較大，橫向方木上下均采用抓釘和三角方木固定。

2.4拱圈支架拆除

主拱圈拱腳混凝土強度達到設計的100%后，且砼養護齡期達到28天后才能卸架，落架時間不宜過晚，落架必須對稱拆除。為了保證拱圈逐漸均勻地降落，以便使拱架所支承的結構重量逐漸轉移給拱圈自身來承擔，因此拱架不能突然拆除，而應按照一定的卸架程序進行。

2.4.1拆除前的驗算

由于拱圈支架為六連拱支架，拆除方案只有兩種。

方案一：支架由0#、6#墩身向3#墩身拆除，單孔內也由兩側向中間落模。

方案二：支架由3#墩身向0#、6#墩身拆除，單孔內也由中間向兩側落模。

兩種方案采用平面桿系單元建立結構縱向計算模型。模型共538個節點，537個單元。模型邊界條件，主墩采用固結，拱圈支架采用豎向約束，考慮到拱圈支架豎向壓縮量的影響，在計算中考慮拱圈支架的豎向剛度為236880kN/m。拱圈自重及隔板自重采用均布荷載施加在只計剛度的拱圈上，為準確模擬支架拆除過程，荷載施加與支架的拆除保持一一對應。

經過計算結果如下：

方案一：拱圈在荷載作用下在拱頂和拱腳處均有較大彎矩，從而導致該處應力較大。計算得到箱梁上緣名義壓應力最大值5.91MPa，名義拉應力最大值1.08MPa；下緣名義壓應力最大值4.68MPa，名義拉應力最大值2.4MPa。

方案二：拱圈在荷載作用下在拱頂和拱腳處均有較大彎矩，從而導致該處應力較大。計算得到箱梁上緣名義壓應力最大值5.99MPa，名義拉應力最大值1.01MPa；下緣名義壓應力最大值4.48MPa，名義拉應力最大值2.26MPa。

總結以上計算結果支架由中間向兩邊拆除方案，拱圈及墩身應力較小。推薦渡槽拱圈施工完成后，支架采用由中間向兩邊拆除方案。

2.4.2落架步驟

由3#孔和4#孔向兩側進行對稱落模，3#孔和4#孔首先對中間兩排沙箱進行落模，然后也是由中間向兩側對稱落模。

2.4.3落模程序

由于每孔拱圈支架內有10排沙箱，每排3個，拱圈支架落模的第一步需同時落3#和4#中間兩排沙箱，需要配備1人指揮12人進行對沙箱進行放砂，對拱圈支架進行落模。每孔內的6人必須盡量保持同步進行對沙箱放砂，保持兩側同步下降

3.結束語

為確保成品拱圈的外觀線型符合設計要求和施工過程的安全，在澆筑混凝土之前，還要通過預壓來檢驗現澆支架剛度、強度和穩定性。通過模擬澆筑混凝土的施工，對支架進行加載，分析觀測結果來計算現澆支架的彈性變形和非彈性變形值，根據彈性變形值計算出底模的預拱度，為后續施工模板的拱度設置提供依據。本項目在渡槽拱圈支架方案方面進行了積極的探索，并取得了很好的效果，也為類似結構施工提供了經驗借鑒。

作者簡介：

朱文，男，出生于1981年9月，本科畢業，現在為中級工程師，目前從事建筑工程方面的工作。