上承式拱橋支架設計與預壓監測
——以永春縣三桃片區人行橋為例

余永泉 朱昆

(福建省永正工程質量檢測有限公司 福建福州 350000)

上承式拱橋支架設計與預壓監測
——以永春縣三桃片區人行橋為例

余永泉 朱昆

(福建省永正工程質量檢測有限公司 福建福州 350000)

以永春縣三桃片區人行橋為例，詳細介紹了該支架基底處理和滿堂支架安裝工藝。為了使支架的承載力及穩定性滿足設計要求，降低支架的非彈性變形及地基土的不均勻沉降，對該橋支架進行了預壓試驗，觀測支架基礎沉降和支架沉降。監測結果表明：支架線形良好，未出現超限的模板或支架變形，各項指標滿足規范要求。最后，以該工程實例研究為基礎，提出了拱橋滿堂支架預壓施工一些建議。

上承式拱橋；支架設計；預壓監測

0 引言

在支架搭設完成后必須要進行支架的預壓試驗，為了避免出現安全問題，增加主拱圈、腹拱圈的承載力，在主拱圈支架及主拱圈底模襯板施工完成后對其進行超載預壓試驗[1-2]。

超載預壓試驗的目的是為了檢查支架是否滿足拱橋施工時所需承載力，保障施工安全，減小由地基、支架自身引起的非彈性變形。測量預壓時如有支架材料特性產生的彈性變形，再根據其彈性變形數據對支架進行預拱度調整[3]，便于控制橋面線形。

由于支架的承載力、穩定性及安全性對人身和財產安全影響非常大，并且在橋梁施工過程中監測有著重要的指導意義，所以預壓試驗的數據必須準確有效。因此，對于預壓試驗的關鍵因素必須要控制到位，保證得到準確有效的數據，達到預壓目的[4]。

本文以福建省永春縣三桃片區人行橋為例，詳細介紹該橋支架基底處理和滿堂支架安裝工藝，并基此提出一些相關建議，期與同行共磋。

1 工程背景

永春縣三桃片區人行橋工程位于福建省泉州市永春縣，橋梁跨越桃源南路及道路北側的桃溪，為三跨連拱人行橋，跨徑組合為30m+40m+30m，橋梁全長100m。上部結構采用上承式鋼筋混凝土連續無鉸板拱，主拱圈橫斷面寬度4.8m，邊跨凈跨徑為28.7m，矢跨比為1/6.38，拱圈厚度0.6m。中跨凈跨徑為38.0m，矢跨比為1/6.33，拱圈厚度0.8m，主拱圈采用搭設鋼管貝雷梁支架進行施工。拱上建筑采用：主拱圈兩側設置鋼筋砼擋墻，擋墻內填充摻5%石灰粉煤灰填土。為減少拱上建筑自重，并加大過流面積，在橋墩處設置腹拱，腹拱亦采用鋼筋砼結構，板厚0.5m，跨徑9m，矢高3.0m，矢跨比1/3。下部結構：橋臺均采用U型橋臺，橋墩均采用變截面船型板式墩，基礎采用沖(鉆)孔灌注樁基礎。

設計荷載：人群荷載為5.0kN/m2，欄桿推力為2.5kN/m，豎向荷載為1.2kN/m，風荷載為0.80kN/m2。橋型布置圖如圖1所示。

圖1 橋型布置圖(單位：cm)

2 支架設計

2.1 確定拱圈底模標高

在拱圈支架現澆施工過程中，確定好立模標高，有利于控制拱圈線形的平順，使其達到設計要求。在確定標高時應結合實際考慮地形及基礎等因素，并對其有效控制，可使拱橋的線形平順美觀。如果不能準確控制標高，最終施工完畢后的拱圈線形則達不到預期效果。

在確定立模標高時，應考慮施工過程中產生的各種變形，這就需要設置一定的預拋高。模板定位標高計算公式如下：

d=d1+d2+d3+d4

(1)

式中：d—模板定位標高； d1—設計標高； d2—運營預拋高； d3—施工預拋高； d4—支架變形。

由于地質情況、材料特性及施工誤差等因素的影響，必須為支架設置一定的預拱度，使其最終成形的拱圈線形順適、美觀，并符合設計及規范要求。根據以往施工經驗及本橋實際情況，預拱度計算主要由以下6個方面組成。

(1)由墩臺水平位移引起的拱頂彈性撓度值；

(2)在支架基礎受載后產生的非彈性下沉；

(3)由拱圈自重引起的拱頂彈性下沉；

(4)荷載作用下拱架的彈性及非彈性變形；

(5)拱圈由溫度變化引起的拱頂彈性下沉；

(6)拱圈由混凝土的收縮及徐變引起的拱頂彈性下沉。

以上6個方面均應按施工設計圖的要求進行有效準確控制。預拱度計算公式如下式：

δ=δ2+δ3+δ4

(2)

式中：δ—預拱度； δ2—運營預拋高； δ3—施工預拋高； δ4—支架變形。

各點按二次拋物線分配(公式如下)，與設計和監控單位提供的數據對比，判斷是否需要調整，即：

δx=δ(1-4x2/l2)

(3)

式中：δx—任意點(距離拱頂水平距離為x)的預加高度；

δ—預拱度總值；

x—跨中至拱腳的水平距離；

l—拱圈的計算跨徑。

2.2 操作工藝

(1)支架基底處理

支架基底必須進行整平處理，再對其進行碾壓，以提高支架基底的承載力，保證支架和拱架在施加荷載后的下沉高度能控制在設計預留施工拱度及標高范圍以內，支架基底處理大樣如圖2所示。

圖2 支架基底處理圖

(2)施工交通疏導及防汛措施

因該橋梁跨越桃源南路及道路北側的桃溪，故需在施工期間做好桃源南路的交通疏導及桃溪的防汛措施。

桃源南路現狀為雙向6車道，道路車流量大，行人橫穿不便，交通安全隱患多。根據實地勘察測量，在桃源南路架設一座鋼箱梁天橋連接桃溪人行橋以緩解交通壓力。

桃溪人行橋位于桃溪上，桃溪護岸防洪標準為20年一遇。根據桃溪水文資料，項目部設立雨季施工和防汛應急措施領導小組，在施工現場設置集水、排水、排污系統，保證雨天施工場地不積水。潮汛季節應配備抽水設備，并保證排水系統通暢。每天了解天氣預報，做到心中有數，并按氣候情況安排當日工作，同時做好雨季、汛季施工安全教育工作。

圖3 監測系統示意圖

(3)滿堂支架安裝

①支架搭設時，按照《建筑施工扣件式腳手架安全技術規范》(GJ130-2011)[5]的要求進行施工。

②在底板上用墨線彈出立桿的位置，根據立桿位置先搭設水平和橫向掃地桿件，再搭設立桿和橫桿，滿堂支架的間距為30cm×30cm(縱橫向)。

③為增強支架的穩定性，搭設剪刀撐、斜撐，剪刀撐斜桿與地面的傾角45°～60°，每隔兩排立桿搭設一組剪刀撐。斜撐在拱腳和L/4處，每隔一組立桿搭設一組斜撐，兩組斜撐錯開布設。

④立桿與橫桿用直角扣件扣緊，不得隔步設置或遺漏，相鄰的接頭位置錯開布置在不同的步距內，與相應橫桿的距離不大于步距的1/3。上、下橫桿的接長位置嚴禁重疊，且與相近立桿的距離不大于縱距的1/3。

⑤支架立桿搭設間距偏差控制在±50mm內，單根立柱搭設垂直度偏差控制在3‰以下，支架縱軸平面位置偏差應不大于27mm。支架鋼管底模與地基的接觸面上保持平整。

3 預壓監測

對支架進行預壓可以檢驗其承載能力，同時可以減小、消除非彈性變形，并測出支架的實際變形值。根據支架預壓加載測得的數據，可為施工過程中的監控工作提供可靠依據，確保支架的整體性、剛度、強度與穩定性滿足要求。

3.1 監測系統

按《鋼管滿堂支架預壓技術規程》(JGJ/T 194-2009)[6](以下簡稱《預壓規程》)第6.2條對監測點布置的要求 ，本文預壓監測采用圖3所示的監測系統。選取各跨順橋向拱跨L/4截面、跨中截面、L/4截面以及貝雷梁立柱和跨中位置作為測試截面，設置支架變形(A1～A9)和支架基礎沉降(貝雷梁和立柱，B1～B8)兩組測點， 所有測點在上下游均有設置，且支架變形測點在支架頂、底部均有設置。測點布設方法采用鋼絲吊重錘和鋼尺粘結鋼管立柱相結合的方法。其中，鋼絲吊重錘布設法具體做法如下：上端固結在拱圈槽鋼上，下端在距地面約1.5m左右的鋼絲與鋼尺連接，并在鋼尺下端吊重錘。

3.2 監測方案

3.2.1 加載方案

根據設計文件，本項目邊跨主拱采用0.6 m厚的現澆鋼筋混凝土板拱，中跨主拱采用0.8 m厚的現澆鋼筋混凝土板拱，腹拱采用0.5m厚的現澆鋼筋混凝土板拱。混凝土容重按26.0kN/m3計，主拱圈支架預壓荷載不小于1.2倍拱圈自重，預壓荷載按式(4)計算，計算得到邊跨主拱、中跨主拱和腹拱預壓荷載集度分別為18.72kN/m、24.96kN/m和15.6kN/m。

q=α·d·γ

(4)

式中：q—預壓荷載，kN/m； α—安全系數，取α=1.2； d—拱橋圈厚度，m； γ—混凝土容重，kN/m3。

中跨主拱圈支架預壓荷載采用混凝土塊與沙袋組合加載，邊跨主拱圈采用試塊加載，腹拱圈采用沙袋加載，從拱腳往拱頂對稱施加。

預壓荷載分三級施加，每級施加的均布荷載分別為滿載的60%、80%和100%。

預壓過程為防止模架失穩，監測人員在加載過程中應嚴格按照加載方案分級加載，仔細觀察分析加載過程數據及模架變化，如有失穩征兆應第一時間撤離現場人員，查明原因，做好安全監測工作，以防止工程事故發生。

3.2.2 測試方案

本項目預壓監測開始前已完成支架基礎施工和支架的搭設工作，監測內容包括支架基礎(貝雷梁和立柱)沉降的預警和支架沉降監測，主要技術路線如圖4所示。

圖4 預壓監測技術路線

加載前，對全橋測點測讀；加載過程中，僅需測試支架基礎沉降測點的標高；加載完畢后，對全橋測點測讀；卸載6h后，再次對全橋測點測讀，得到支架的彈性變形與非彈性變形。

對支架基礎沉降測點，在每級荷載(包含滿載的60%、80%和100%，共三級)施加完畢后進行一次觀測，為加載過程中支架基礎沉降進行預警。當貝雷梁跨中沉降小于10mm，且其立柱支承位置沉降小于5mm時，判定合格。合格標準依據《預壓規程》[6]。

對支架沉降測點，分析其在加載完畢后的沉降量平均值，當各監測點最初24h的平均沉降小于1mm，或最初72h的平均沉降小于5mm時，判定合格。合格標準根據《預壓規程》[6]給出。

3.3 監測結果與分析

3.3.1 支架基礎沉降監測

加載過程中對支架基礎沉降測點累計進行3次監測，監測結果如圖5所示。圖中沉降量為上、下游監測結果的平均值。

結果表明，預壓加載過程貝雷梁跨中和立柱支承位置最大沉降量分別為0.476cm和0.092cm，均未超過預警值。

圖5 支架基礎沉降監測結果

3.3.2 支架合格判定

支架變形監測結果如圖6所示。

圖6 支架變形監測結果

監測結果表明：支架在加載24h后各測點最大沉降差為0.075cm，各監測點最初24h的沉降量平均值小于1mm，故支架預壓合格。

3.3.3 支架彈性變形和非彈性變形

根據各監測點初讀數據、滿載24h監測數據和卸載后6h監測數據計算得到預壓荷載作用下各監測點豎向的彈性變形和非彈性變形，如表1所示。表中支架基礎沉降測點數據為上下游測點數據的平均值，支架沉降測點數據為拱頂上下游測點數據的平均值。

4 拱橋滿堂支架預壓監測對預壓施工的啟示

本文根據以往施工監控經驗及該橋梁的滿堂支架預壓經驗進行了總結，并對其進行引申，對現階段拱橋滿堂支架的預壓施工提出以下6點建議。

(1)支架施工第一工序是對地基土進行處理。為了防止地基不均勻沉降對地基安全的影響，必須要對相應的地基土，相應的地質條件進行分析，對其采取有效的處理措施。

(2)在支架的設計中，必須要對所選支架的搭設方案進行建模，對其進行承載力驗算和穩定性分析，使支架滿足荷載要求。

(3)在支架預壓前后應對其進行安全性檢測，由技術負責人及安全員組織檢測隊伍對地基和基礎進行檢測，并對較大缺陷進行記錄，如地基和支架存在變形量過大現象、扣件存在松動現象。

(4)支架預壓加載形式應根據現場情況制定適宜的加載方案。一般來說，荷載應由中心向四周擴散的方式，荷載的堆放也應嚴格按照要求進行，避免由堆放不均勻引起的局部荷載過大，保證施工安全。

(5)由于對測量精度的要求較高，需要改進測量方法，在滿堂支架內部進行測量時，由于測量不便，儀器擾動，使得測量誤差較大。

(6)預拱度的設置主要由結構本身所需預拱度及施工所需預拱度組成，而施工所需預拱度主要由模版支架的彈性變形、非彈性變形及基礎沉降變形三個方面影響。

5 結語

本文以永春縣三桃片區人行橋為例，對拱橋的滿堂支架的設計方法進行了詳細介紹，提出了支架基底處理和滿堂支架安裝時的操作細則。按照本文方法設計支架并進行預壓檢測，達到了預期的效果，支架線型良好，未出現超限的模板或支架變形，各項指標滿足規范要求。

基于筆者在預壓監測工作中的一些經驗，提出了拱橋滿堂支架預壓施工建議，以供同行參考。

[1] 楊曉鑫，楊翔，楊建榮，等.空腹式拱橋滿堂支架預壓施工技術研究[J].施工技術，2015(S2)：750-752.

[2] 趙兵.現澆混凝土連續箱梁支架預壓技術探討[J].公路交通技術，2008(02)：79-81，85.

[3] 鄭斐，郭琦，張崗.大跨徑拱橋現澆施工支架的穩定性分析[J].華東公路，2007(06)：33-36.

[4] 張玉娥，王新華，朱英磊.大跨拱橋施工支架設計及施工控制[J].石家莊鐵道學院學報，2006(02)：36-38.

[5] JGJ130-2011 建筑施工扣件式腳手架安全技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社，2011.

[6] JGJ/T 194-2009 鋼管滿堂支架預壓技術規程[S].北京：光明日報出版社，2009.

Design and preloading monitoring of upper arch bridge scaffold ——A case study of pedestrian bridge in three peach area of Yongchun County

YUYongquanZHUKun

(Fujian Yongzheng Construction Quality Inspection Co., Ltd, Fuzhou 350000)

Taking the pedestrian bridge of the three peach area in Yongchun County as an example, the treatment of the support base and the installation of the full story frame are introduced in detail. In order to support the bearing capacity and stability meet the design requirements, reduce stent inelastic deformation of foundation soil and uneven settlement of the bridge bracket of Preloading test, settlement observation and settlement based support bracket. The monitoring results show that the stent has good alignment, no excessive deformation of the template or stent, and all the indexes meet the requirements of the specifications. Finally, on the basis of the case study, some suggestions are put forward for the pre construction of the full span support of arch bridges.

Upper arch bridge; Scaffold design; Preloading monitoring

余永泉(1991.9-)，男，助理工程師。

E-mail:309909336@qq.com

2017-05-25

U442

A

1004-6135(2017)09-0085-05