拱桥支架径向圆木支撑施工工法.docx
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拱桥支架径向圆木支撑施工工法
拱桥支架径向圆木支撑施工工法
韩飞著
1、前言
拱桥是一种能充分发挥圬工及钢筋混凝土材料抗压性能、外型美观、维修管理费用少的合理桥型,因此被广泛采用。
拱桥的施工,从方法上大体可分为有支架施工和无支架施工两大类。
有支架施工石拱桥、现浇混凝土拱桥以及混凝土预制块砌筑的拱桥,都采用有支架的施工方法修建,其主要施工工序有材料的准备,拱圈放样（包括石拱桥拱石的放样）,拱架制作与安装,拱圈及拱上建筑的砌筑等。
2、工法特点
2.1、结构简单、受力明确
用该工法施工的桥拱支架，整体受力均匀、构造简单，避免采用复杂的节点和接头形式。
具有足够的强度、刚度和整体稳定性，确保拱架在荷载作用下的变形最小且变形曲线圆滑。
相比以往的“满堂红”钢结构受力垂直于基础的受力相对减小，主要受力大部分有结构本身内部受力的相互抵消为主，可以把工法施工的支架比作一个镂空的“土牛”结构。
2.2、成本低、工期较短
用该工法施工的拱桥拱架，可以根据拱桥的设计弧形断面进行任意组合，相对工期较短，分别能在最短的时间内完成中、小拱桥的施工任务。
相比以往的“满堂红”钢结构的定型钢模扳，具有组合自由，能重复利用多次
的优点。
2.3、“草鞋底”基础整体稳定
在拱架基础施工时采用“草鞋底”式基础，相比传统的混凝土条形基础、桩基础和换填土基础更加突显出“草鞋底”基础的整体性、稳定性和低成本，满足支架在菏载作用下的整体稳定性。
3、适用范围
本工法适用于高度不超35米的大、中、小拱桥，尤其是无通航的浅水河道及其北方山区的大、中、小拱桥。
4、工艺原理
本工法主要采用径向法的支撑原理，使得刚浇筑的钢筋混凝土荷载作用在拱架上以后，不是直接由拱架传递到基础上，而是通过拱架的上部（拱盔）结构内部大部分受力相抵消（受力示意图），剩下的受力再通过拱架的下部（支架）结构传递到基础。
基础通过采用“草鞋底”的方法用钢模板、槽钢、碎石进行编织，而达到强度高、整体稳定性好的理想基础。
5、工艺流程及操作要点
5.1、地基处理
5.1.1、开挖放样
根据岩土工程勘察报告建议和圆木支撑支架地基要求的范围放出支架换填杂土的轮廓线。
5.1.2、挖除杂填土
采用机械开挖或人工开挖，按照图纸要求开挖至设计高程。
5.2、浆砌片石基础验算及施工
5.2.1、基础承载力验算
已知：
材料7.5号浆砌片石：
容重r=23kN/m3，碎石子：
容重r=20kN/m3
拟定基础分为四层，第一层采用7.5号浆砌片石，厚度为0.6m；第二层采用石砟，厚度为0.3m；第三层采用碎石子中间夹钢模板（钢模板槽向上，槽内填满碎石子）厚度为0.1m；第四层采用槽钢。
荷载计算：
基础上部拟采用承载45kN
基础自身荷载为：
N基
N基=N浆砌片石+N石砟+N碎石+N槽钢=24.3kN/m3
N=N上部+N基础=69.3kN/m3
基础承载力验算：
当基础底面只承受中心荷载时，基底为均匀受压，其应力分布为矩形：
基底应力σ=N/A=N/ab=54.3kN/1=69.3kPa
当基础宽度b≤2m；埋置深度h≤3m时，砂性土的容许承载力查表得［σ］=150kPa
因：
σ＜［σ］所以基础满足设计要求。
5.2.1、浆砌片石基础施工
杂填土清除完以后，用压路机碾压，并根据工程具体需要满铺浆砌片石，或消除其松软状态，再用碎石找平，上面用钢模板铺底，钢模板槽向上，槽里槽外满铺1-2碎石子，最后把槽钢坐在钢模板上，做圆木的踏脚，砌筑时，应自外缘开始往里逐步砌筑，保证密实。
5.3、支架强度验算及支架施工
5.3.1支架强度计算
1）、立杆强度验算：
已知：
立杆为D=140mm的松木杆，经查表计算得出许用应力［σ］=10Mpa；其固定点至地面的高度为H=3m，拟承载40kN。
解：
σ杆=N/A=4×40×103/π×1402=2.6MPa＜［σ］
σ杆＜［σ］许用应力，固立杆强度符合设计要求。
立杆稳定性验算：
立杆截面惯性矩：
I=πD4/64=π140mm4/64=1884.78×104（mm4）
立杆截面面积：
A=πD2/4=153.8×102（mm2）
惯性半径：
ⅰ=√I/A=35mm
柔度：
λ=μL/ⅰ=0.7×3000/35=60
查表：
当λ=60时ω=0.658
校核稳定性：
σ杆=2.6Mpa
ω［σ］=0.658×10=6.58Mpa
因σ杆＜ω［σ］所以立杆满足稳定性条件。
2）、腹杆强度验算：
已知：
腹杆为100mm×80mm的方木松木杆，经查表计算得出许用应力［σ］=10Mpa；其固定点至地面的高度为H=3m，拟承载40kN。
解：
σ杆=N/A=40×103/100mm×80mm=5MPa＜［σ］
σ杆＜［σ］许用应力，固立杆强度符合设计要求。
腹杆稳定性验算：
腹杆截面惯性矩：
I=100mm×803mm/12=426.6×104（mm4）
腹杆截面面积：
A=bh=100mm×80mm=80×102（mm2）
惯性半径：
ⅰ=√I/A=23mm
柔度：
λ=μL/ⅰ=0.5×3000/23=65
查表：
当λ=65时ω=0.616
校核稳定性：
σ杆=5Mpa
ω［σ］=0.616×10=6.16Mpa
因σ杆＜ω［σ］所以腹杆满足稳定性条件。
5.3.2支架施工
径向圆木支撑支架，由立柱、界梁、对鞘木楔、拉梁、斜撑、剪刀木、横撑木、扒钉和弓形木等组成。
支架基础做完以后，在槽钢踏脚上开始作木拱架，圆木支撑支架立柱的间距根据拱圈下受力的不同做具体的分配（横向0.7-1.5米、纵向1-5米）。
立柱顺水方向两侧各用5m的剪刀木做固定，立柱顺桥方向两侧各用5m的横撑木做固定，立柱上边坐15*15长4m的方木界梁，每根立柱与界梁的连接处用4根扒钉固定，界梁上坐在对鞘木楔，对鞘木楔与界梁连接的一方固定在界梁上，对鞘木楔上坐在拉梁，拉梁顺桥方向与界梁成90度角，拉梁5根对接，左右各顶在墩台帽上，中间用木楔把5根拉梁挤紧，然后在拉梁的4个面用扒钉把拉梁固定死，使5根拉梁变成一个整体、并在拉梁90度角上用5*10长5米方木做拉梁的横撑，拉梁作好以后做斜撑，所有斜撑方向都指向拱圈的圆心点并与切线垂直（附横向示意图），斜撑与拉梁连接处用4根扒钉固定。
斜撑顺水方向两侧各用5m的剪刀木做固定，立柱顺桥方向用5m的横撑木做固定，斜撑上部采用弓形木纵向找拱度，斜撑与弓形木的连接处用扒钉固定，两侧各两根，最后在弓形木上横向满铺设5*10长4m的拱顶方木，并用铁钉把拱顶方木固定在弓形木上，拱顶方木上满铺一层钢板，镀锌铁皮铺完后上面放置沙袋试压（注：
应按拱圈全宽度），试压合格后使用。
5.4、支架预压
支架预压的目的：
1、检查支架的安全性，确保施工安全。
2、消除地基非弹性变形和支架非弹性变形的影响。
预压荷载为拱板单位面积最大重量的1.2倍。
本方案采用沙袋预压法进行预压：
施工前，按照加载重量标定每个沙袋装满沙以后的重量，在拱板上按照浇注砼的顺序人工摆放沙袋。
为了解支架沉降情况，在人工摆放沙袋之前测出各测量控制点标高，测量控制点按主拱圈的拱顶、拱圈1/3处各一个、两拱脚各一个置成一排，每排4个点。
在加载50%和100%后均要复测各控制点标高，加载100%预压荷载并持荷24小时后要再次复测各控制点标高，如果加载100%后所测数据与持荷24小时后所测数据变化很小时，表明地基及支架已基本沉降到位，可卸载，否则还须持荷进行预压，直到地基及支架沉降到位方可卸载。
卸载时人工将沙袋清除至桥位区外，以免影响处理好的地基承载力，卸载完成后，要再次复测各控制点标高，以便得出支架和地基的弹性变形量（等于卸载后标高减去持荷后所测标高），用总沉降量（即支架持荷后稳定沉降量）减去弹性变形量为支架和地基的非弹性变形（即塑性变形）量。
预压完成后要根据预压成果通过可调顶托调整支架的标高。
为减小人为观测误差，应定人、定仪器观测，观测时间应选择在早晨或傍晚，避免在强光、高温时进行。
预压时间不少于二天。
根据观测结果调整底模标高，清理干净底模及侧模绑扎钢筋。
5.5、混凝土浇注方法
拱圈在浇筑时，为了避免拱架变形而产生裂缝以及减小混凝土的收缩应力，我们采用分段浇筑的施工方法。
分段长度为3-5米。
分段位置确定的原则应是使拱架受力对称、均匀、并使拱架变形小。
因此，设在拱架挠曲线为折线的拱架支点、及拱顶、拱脚等处，分段浇注时应对称于拱顶进行，拱脚浇筑一部分，开始浇筑拱顶（对拱顶施压），使拱架变形保持对称均匀和尽可能的小。
浇筑时应适时挪动泵管均匀浇筑，不得用振动棒拖动混凝土。
振动方式：
采用插入式振动器与平板式振动器相结合的方式。
底板先用插入式振动器振捣，然后用平板式振动器拖平。
腹板采用插入式振动器振捣，振动器移动间距不超过其作用半径的1.5倍，与侧模保持50－100mm的距离，插入下层混凝土50－100mm，每一处振动完毕后应边振动边徐徐提出振动棒，应避免振动棒碰撞模板、钢筋及其它预埋件。
对每一振动部位，必须振动到该部位密实为止。
密实的标志是混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆。
（浇筑顺序见附图）
5.6、混凝土养护
砼浇捣完成，麻布覆盖，浇水养护三天后才能上人，养护5天后才能上料作业，以防止过早上人和上料而对砼构件产生破坏。
砼浇水养护时间14天，每天浇水2～3次，天气炎热时适当增加浇水次数，以保证麻布湿润为宜，并做好砼养护记录。
5.7、卸拱架
拱架的的拆除必须在拱圈浇注完成后20-30天左右，待混凝土强度达到设计强度的75%以上方可拆除。
此外还必须考虑拱上建筑、拱背填料，等因素对拱圈受力的影响，尽量选择对拱体产生最小应力的卸落拱架。
为了能使拱架所支承的拱圈重力能逐步转给拱圈自身来承受，拱架不能突然卸落，应按一定的程序进行。
卸架程序：
根据验算分配在各支点的卸落量，从拱顶开始，逐次同时向拱脚对称卸落。
（卸架顺序见附图）
5.8、施工观测及质量控制
5.8.1、在支架施工中；混凝土浇筑前；混凝土施工过程中；混凝土浇筑完毕都要对支架进行沉降观测，如发现超过允许值的变形应及时采取措施予以调整。
5.8.2、支架卸落的过程中，应设专人用仪器配合施工进度随时观测拱圈、拱架的挠度和横向位移以及墩台的变化情况，并做好详细记录，如发现异常及时分析，采取措施，必要时可调整加载或卸架程序。
6、材料与设备
6.1、主要工程材料
采用的主要材料直径为14-16cm的圆木、18*18弓形木、35cm*35cm*35cm对鞘木楔、15*15的方木、16*16方木、Φ14扒钉和5寸铁钉等。
6.2、机具设备
木工圆锯两台、多功能平刨1台、经纬仪1台、水准仪1台、铁锤15把、钢卷尺20把、气钉枪4把、手持电锯2个、空气压缩机吨1台、2Kg线锤6个。
7、质量控制
7.1、支架施工的质量控制标准
1）、拱架安装的质量标准控制
项目
检查项目
规定值或允许偏差（mm）
1
纵轴的平面位置
跨度的1/1000或30
2
曲线形拱架的标高
+20，-10
2）、浆砌片石基础质量标准
项目
检查项目
规定值或允许偏差（mm）
1
砂浆强度
在合格标准内
2
顶面高程
+20、-20
3
表面平整度
30
7.2、质量控制要求
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中国建筑工业出版社；
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001中国建筑工业出版社；
《木结构设计规范》GB50005-2003中国建筑工业出版社；
《建筑施工计算手册》江正荣著中国建筑工业出版社；
《建筑施工手册》第四版中国建筑工业出版社；
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中国建筑工业出版社；
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中国建筑工业出版社；
《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99中国建筑工业出版社；
《建筑结构静力计算手册》（第二版）中国建筑工业出版社；
《地基与基础工程施工及验收规范》（GBJ202）；
《地基与基础处理规范》中国建筑工业出版社；
《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000人民交通出版社。
7.3、质量控制措施
1）推行全面质量管理，广泛开展群众性的QC小组活动，建立质量保证体系，并在运行中不断完善。
2）实行技术交底制度。
开工前下发作业指导书，分项工程开工前下达技术交底书，严格按设计图纸及操作规程施工。
3）严格三检制度，作好班组自检，并按检验程序及时报检。
4）技术人员、质检员跟班作业，尤其在支架安装中要全过程旁站。
5）实行经济责任制，责任到人，工程质量的优劣与收入挂钩，严格奖惩制度。
6）优化施工组织设计，做到科学施工；信息反馈及时，适时调整和优化施工计划，确保工序按时或提前完成。
7）加强项目总工程师技术岗位负责制，项目工程师对技术总负责。
8）采用施工网络管理，明确进度目标，优化网络设计，并在施工过程中不断修正与完善。
9）严格按照规范进行施工，加强现场质量检查工作，避免返工现象，以加快施工进度。
10）专业工程师都是曾经参加过多座特大型桥梁和多条高速公路建设的骨干。
他们有十年以上的工作经历，都具有丰富的施工经验，有强烈的事业心，工作责任感。
特别是质检、试验工程师，他们都曾接受过专门的培训。
11）配备满足要求的测量仪器和测量人员。
8、安全措施
8.1、支架搭设人员、高处作业人员必须经体检合格后方可上岗，并要定期进行体检，凡患有高血压、心脏病、精神病、恐高症、癫痫病、严重贫血病，严重关节炎等疾病及其他不适合高处作业的人员，不得从事高处作业施工。
8.2、搭设支架人员必须戴安全帽、系安全带、穿防滑鞋。
8.3、作业层上的施工荷载应符合设计要求，不得在超载，不得将泵送混凝土的输送管等固定在支架上，严禁悬挂起重设备。
8.4、当有六级及六级以上大风和雾、雨、雪天气时应停止支架搭设与拆除作业，雨、雪后上架应有防滑措施。
8.5、支架应定期、定阶段进行安全检查与维护。
8.6、在支架上方要搭设安全网，安全网应按有关规定搭设或拆除。
8.7、支架使用期严禁拆除下列杆件：
主节点处的纵、横向横撑木、剪力木，纵、横向扫地木。
8.8、不得在支架基础及其邻近处进行挖掘作业，否则应立即采取安全措施，并报主管部门批准。
8.9、在支架上进行电、气焊作业时，必须有防火措施和专人看守。
8.10、工地临时用电线路的架设及支架接地等应按现行作业标准《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46）的有关规定执行。
8.11、搭设支架时，地面应设围栏和警戒标志并派专人看守，严禁非操作人员入内。
8.12、在高处作业时，作业人员必须配备工具袋，防止各种工具、零件等物料坠落伤人。
8.13、严禁作业人员向下乱抛杂物。
8.14、高处作业十不准
1）不准在未经安全检查、认可的高处从事高处作业。
2）不系好安全带，不准从事高处作业。
3）没有安全防护隔离措施的条件下，不准从事双层、多层作业。
4）不准将有缺陷的脚手板投入高处作业使用。
5）不准从高处向下丢弃、抛掷物件。
6）小件工具和物件不摆放稳妥、牢靠，不准开展高处作业。
7）梯子没搭稳牢靠，人员不准上、下。
8）不准在不稳妥的脚手架或结构物上工作、行走。
9）不准随便拆移脚手板、栏杆、梯子、安全网，已移动或损坏的要及时恢复。
10）大雨、大雾和六级以上大风的天气，不准从事高处作业和起重作业。
9、环境保护措施
施工期间，为使自身和周围环境得到切实保护，不影响周围居民的正常生产和生活，遵守国家有关环境保护的法规，做好施工区的环境保护工作，防止由于施工造成施工区附近的环境污染，制定环境保护措施，由项目工程师组织有关人员对重要环境因素进行排查确认并制定管理方案，并由项目工长组织实施。
9.1、噪声控制
噪声控制的对象包括：
噪声源、运输噪声、建筑施工噪声以及相关方噪声。
9.1.1、噪声源控制
1）尽量选择环保性能好、噪声低的机械设备
2）在施工现场尽可能将各种有高噪声的机械设备集中放置，并采用具有吸声吸音的材料将其进行围护封闭。
3）对所用设备要经常进行维护和保养，主要是设备运行期间，要定期检查，发现异常及时上报。
4）不同施工阶段的噪声要按以下规定进行控制：
白天施工不得大于75db,夜间施工不得大于55db。
9.1.2、运输噪声控制
各项目要加强所用车辆的管理、维护和保养工作，保持技术性能良好减少噪声的产生。
9.1.3、建筑施工噪声控制
1）建筑施工时应执行国家和地方有关建筑施工公告、作业时间要求等规定。
2）各施工项目要在各施工阶段的施工交底中提出降噪要求。
9.2、污水的控制
污水的控制对象包括：
施工现场的污水。
9.2.1、项目开工前，项目部应根据当地环保部门的有关规定向建设单位进行排污申报凳记。
9.2.2、建立雨水排水系统，防止施工现场严重积水。
9.2.3、清洗搅拌机及管道作业的污水排放，应禁止随地排放，有条件的应临时设置排水管道或溜槽，在合理位置设沉淀池后重复使用。
9.3、固体废弃物排放控制
固体废弃物排放控制对象包括建筑垃圾、粉尘。
9.3.1、土方挖运、装卸等各环节设专人用水除尘，现场堆放的土方、砂等应在表面洒水，使其临时固化，起到降尘作用。
9.3.2、施工现场的主要道路、加工场地和办公临舍区等处，宜做硬化地面，并洒水清洁。
9.3.3、施工过程中所需的粉质材料，尽量使用袋装，堆放时应设工棚或进行覆盖，防止扬尘。
9.3.4、施工方将严格按监理的指示做好施工弃渣治理，在工程完工后的限定期限内，拆除施工临时设施，清除施工区和生活区及其附近的施工物，并按监理批准的环保计划，完成环境恢复工作。
10、效益分析
10.1、经济效益
采用径向圆木支撑拱架与钢管支架施工相比，施工相对简单易操作，节约用工、降低了施工成本，经济效益提高了8-12%。
10.2、技术经济分析
采用径向圆木支撑拱架施工工法，木支架间距要比钢管支架间距大，劳动用工比较少，提高施工工效，缩短施工工期，解决了支架施工时间长、影响总工期的难题。
10.3、社会效益
采用径向圆木支撑拱架施工工法，在缩短工期的基础上，保证了安全，同时又降低了成本，所施工工程均在要求工期内完成施工任务受到市领导、建设单位及监理单位的一致好评。
10.4、环境效益
施工期间严格按照工法中环境保护措施，避免对河道几周围环境造成污染，没有影响到周围居民的正常生产和生活，施工完毕对其进行恢复，对周边环境没有造成影响。
10.5、节能效益
采用径向圆木支撑拱架施工工法，降低了钢材的消耗，使用了较少的木材，取得了好的经济效益和社会效益。
11、工程实例
桥长86m，为3孔20m双曲拱桥。
在原桥两侧增设同跨径、等长度，宽7.5m的钢筋混凝土拱桥两座，全桥总宽增至26米。
工程于2009年3月20日开工，2009年8月20日竣工。
桥长58m，桥宽20m，为3孔15m的砼拱桥；沁县彩虹桥工程桥长62m，桥宽14m的混凝土拱桥，本工法在这些工程中都得到了成功的应用，并且在缩短工期的前提上，保证了安全、节约用工、降低了施工成本和施工难度。
取得了良好的效果，得到了社会各界的广泛好评。
12、附《拱架受力示意图》
13、附《拱架正视图》
14、附《混凝土浇筑顺序图》
15、附《拱架卸落示意图》
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