大跨度可调试无支墩钢拱架施工混凝土拱桥工法文档格式.docx
《大跨度可调试无支墩钢拱架施工混凝土拱桥工法文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大跨度可调试无支墩钢拱架施工混凝土拱桥工法文档格式.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
图2
拱架总体布置图
2．水平滑道、侧向滑道、支承墩。
水平滑道由预埋在支承墩顶面的16mm钢板（高出支承墩5mm）及焊接在其表面的15mm不锈钢复合板（即固定滑道）、拱架支承垫梁（即活动滑道）和两者之间的聚四氟乙烯滑板组成。
侧向滑道由预埋在拱座前墙内的16mm钢板（突出前墙面5mm）及焊接在其表面的15mm不锈钢复合板（即固定滑道）、支座下支顶垫梁背面的钢板（即活动滑道）和两者之间的聚四氟乙烯滑板组成。
滑道及支座布置图见图3。
图3
滑道及支座布置图
支承墩，即拱座前墙伸出1.5m面和拱座基础后侧面缩进2m面分别作支承墩的前后侧面，混凝土为C30。
3．索塔、扣索、后锚。
在桥头两岸设置平面尺寸为2m×
4m由万能杆件组拼而成的柱式索塔各一座，中心线与大桥左幅中心线重合，基础尺寸采用10m×
3m×
1m（长×
宽×
深），C30混凝土；
在每座索塔上设置5组索鞍。
对于扣索，采用Φ21.5钢丝绳，设置10组，每组走六滑轮组（即32t的3轮滑车）。
扣索一端固定在后锚的地锚环上，另一端通过索鞍后悬吊未合拢的拱架片；
松紧程度由5t慢速卷扬机调整。
对于后锚，尺寸采用10m×
5m×
2.5m（长×
深），C30混凝土，前侧设置每组5根Φ32的钢筋锚环16组。
4．拱架计算。
根据有限元原理，采用计算机模拟，应用SAP90程序对大桥施工拱架全部杆件进行计算，并且应用PCSAP程序对此进行验算，两者结果吻合。
（四）操作要点
1．缆索吊安装。
缆索吊是运输施工材料及拼装拱架，拆除拱架的必要设备，设计起重量3t，行车速度30m／min，起重速度9m／min。
缆索吊安装包括：
安装塔架、灌注地锚，穿索等一系列工作。
塔架采用万能杆件拼装，下设混凝土基础，基础平面尺寸2×
16m，在塔架顶部设置纵横梁以安装索鞍，为了减小塔顶吊重时向跨中偏移，设置后缆风绳并适当加大后缆的拉力，使塔架顶向后锚方向产生位移量，以抵消缆索吊重时的前移量，减小塔顶本身的悬臀受力。
（1）缆索系统。
①主索：
主索用2Φ32.5钢丝绳组成一组，主索经过塔顶索鞍后锚固于两岸钢筋混凝土地锚上，为了使两根主索松紧度一致，将两根主索接成一根，通过地锚滑轮绕组，这样就保证了两主索垂度一致，主索的架设过程，是先将Φ21.5的牵引索架设于塔顶并经滑轮组及卷扬机绕成循环牢索，再用循环牢索将主索拖架至塔顶到地锚间，完成主索架设。
②牵引索：
采用Φ21.5钢丝绳，牵引索采用循环式单台卷扬机进行牵引作业，牵引索出卷扬机后经一桥头塔顶索鞍到跑车至另一桥头塔顶，经滑轮绕回这一桥头塔顶回到卷扬机，以达到进退统一，减少人为操作失误。
③起重索：
用Φ21.5钢丝绳，起重索进出口在同一直线上，相对于跑车纵横对称，使其受力均匀，起重索两头均进卷扬机，起重索通过塔顶到塔底滑轮转向，进入3t卷扬机。
④地锚采用钢筋混凝土。
（2）缆索吊试运行。
缆索吊架设完成后，对其系统和各种设备进行全面检查和观测塔架地锚的受力情况，以便对设备的整体运行情况进行分析和鉴定，设计吊装3t的缆索吊，先吊1t，逐次增加到3t，为了增大安全系数，试吊重量采用设计重的1.5倍，并往返运行两次。
试车正常运行后，缆索吊即可投入到紧张的施工中，在使用过程中需设专人对缆索吊进行检修、保养。
2．拱架拼装。
（1）准备工作。
拱架拼装准备工作包括设施、材料、机械和人员等准备。
①滑道安装：
在灌注拱座和支承墩混凝土时，预先分别在拱座前墙面和支承墩顶面预埋钢板，然后，在预埋钢板上焊上不锈钢复合板，铺设聚四氟乙烯滑板和安装支承垫梁。
在施工滑道的同时，安装索塔、索鞍、滑轮组和卷扬机，在拱架两侧设置缆风绳地锚。
②材料准备。
拼装拱架所需材料见表1。
表1
主要材料一览表
（2）拼装。
拱架拼装采用差接绑贴法，先对称拼装5片，其具体方法及程序如图4所示。
图4
差接绑贴法示意图
注：
图中标号为拼装顺序号，第28段为合拢段。
①在预拼场内预拼拱片单元。
每拱片由4个或6个军用梁三角，1个L型调节杆（合拢拱片单元为2个L型调节杆）或1个端三角组成（见图5）。
图5
预拼拱片单元
②安装第1拱片支座，吊装其第1拱片单元，调整高度，拉紧扣索1；
吊装其第2单元，调整高度，拉紧扣索2，并微松扣索1。
③安装第2、3拱片支座，分别吊装其第1单元，调整高度，拉紧扣索3、5；
上好与第1拱片间的套管螺栓，调整已拼拱片的拱轴线和标高，在第2单元两侧拉好第一道缆风绳。
④吊装第1拱片的第3单元，调整高度，将扣索1移到该单元并拉紧，稍微放松扣索2；
吊装第2、3拱片的第2单元，调整高度，拉紧扣索4、6，上好与第1拱片间的套管螺栓，微松扣索3、5。
⑤安装第4、5拱片支座，吊装其第1单元，调整高度，拉紧扣索7、9，并上好与第2、3拱片间的套管螺栓，，
⑥吊装第1拱片的第4单元，调格好高度，将扣索2移奉该单元并拉紧，在其两侧拉上第二道缆风绳。
吊装第2、3拱片的第3单元，调整好高度，将扣索3、5移至该单元并拉紧，上好与第1拱片间的套管螺栓，稍微放松扣索4、6。
吊装第4、5拱片的第2单元，调整高度，拉紧扣索8、10，并上好与第2、3拱片间的套管螺栓。
⑦重复2、6工序，分别安装第1拱片的5、6、7单元，第2、3拱片的4、5、6单元和第4、5拱片的3、4、5单元，用1～10号扣索倒换调接高度并拉紧。
在第1拱片第6单元两侧拉上第三道缆风。
各拱片在距第6单元末端16m前的套管螺栓均应上好。
以上工序两岸都应同时进行。
⑧吊装第l拱片合拢单元，利用扣索调整两岸拱架高度，用倒链滑车调整距离，合拢第1拱片，在其两侧拉上中间道缆风绳。
合拢第2～5拱片，上好剩余套管螺栓。
利用2、4、6、8、10号扣索调整已拼5个拱片标高，利用缆风绳凋整拱片中线。
⑨从第6拱片开始，以已拼好的5个拱片为基础，用扣索7、8、9、10拉紧，在两岸对称拼装，直至全部拱片合拢。
⑩利用扣索调整拱架标高（两岸标高差值不超过1cm），利用缆风绳调整拱架中线（中线偏差不超过3cm且为同方向），在拱架上上好钢枕和联系槽钢，对拱架进行全面检查。
3．拱圈施工。
包括拱盔制作，拱圈混凝土浇筑。
（1）拱盔制作。
拱盔由垫木、砂袋、拱形木、横木、底模等组成，结构如图6所示。
图6
拱盔结构图
①高程控制。
拱盔高程控制主要指底模施工时其顶面的高程控制，它直接关系到拱圈高程。
底模施工高程由底板底面设计高程和拱架、拱盔、拱圈的预拱度决定。
②拱架、拱盔、拱圈的预拱度。
拱架受拱盔、拱圈的荷载产生变形（Δ拱架）；
拱盔受拱圈的荷载产生变形（Δ拱盔），包括砂袋变形与联接处变形；
拱圈受自重、混凝土收缩与徐变、墩台位移影响产生变形（Δ拱圈）。
如果条件许可，最好对拱架、拱盔进行预压，以消除拱架、拱盔的非弹性变形。
拱盔根据以上变形，设置拱架、拱盔和拱圈的预拱度（如果预压，则需扣除相应的非弹性变形）。
③底模顶面施工高程H施：
H施=H设+Δ拱架+Δ拱盔+Δ拱圈
（2）灌注工艺。
拱圈混凝土灌注采用分环分段法。
分为底板、腹板、顶板三环，先灌注第一环底板，再灌注第二环腹板，最后灌注第三环顶板。
底板、腹板可分五段灌注，顶板分九段灌注如图7、图8所示。
图7
拱圈分段施工工序图
图8
拱圈顶板分段施工工序图
拱圈混凝土灌注时，两岸须对称进行。
拱圈合拢采用开口箱合拢，即在底板、腹板的所有分段混凝土和段间10cm缝混凝土强度达到设计强度70％时，灌注底板、腹板合拢段（70cm）混凝土；
在顶板的所有分段混凝土和段间10cm缝混凝土强度达到设计强度70％时，灌注顶板合拢段（70cm）混凝土。
这样，底板、腹板形成拱，承受部分荷载，减少拱架承受荷载，利于安全施工拱圈。
另外，拱圈合拢时，宜在较低温度进行，合拢温度为15℃为宜。
4．砂袋卸架。
（1）方案选定。
目前，国内施工支架卸架设备有：
木楔、螺旋千斤顶、砂箱、硫磺砂浆垫块等。
这些设备在使用中存在某些局限性，且造价较高。
如：
螺旋千斤顶落架时易控制，但较笨重；
砂箱不能承受过大的水平力；
硫磺砂浆块强度低，多加水泥和砂子则不易熔化，且熔化时易引起火灾；
木楔不能使其高度全部用于卸架。
受砂箱卸架原理启示，在运三高速公路吴家嘴大桥施工中，我们成功开发和应用了砂袋卸载落架技术。
（2）砂袋试验。
①材料。
砂袋用伸缩量小的丁纶帆布制作，并多圈缝制，以防漏砂。
砂选用中粗砂，装入砂袋前洗净烘干。
②砂袋尺寸选定。
根据主拱圈分环分段施工中会产生不同应力的情况，对不同压力作用下、不同尺寸砂袋的压缩量进行模拟实测和回归分析，然后根据钢拱架的实测高程和弹性挠度、拱圈预拱度及砂袋和支垫方木的压缩量确定砂袋尺寸，通过大量试验，选定砂袋为22cm×
22cm×
11cm（长×
高）的方形布袋，在一个面的中部留口，装入洗净烘干的中粗砂，装满为止，密实程度以人工捣实即可。
制成砂袋作为卸架设备。
③试验。
通过压力试验，确定砂袋的极限承载力及沉降量。
根据砂袋实际需要受力情况，把试验分为三组：
第一组，单个砂袋受压试验；
第二组，两个砂袋叠放受压试验；
第三组，三个砂袋叠放受压试验。
把每组砂袋放置于压力机承压板上，逐渐加载至砂袋破裂，并记录砂袋在每个压力下的沉降值。
经过多次试验，可得出：
一个砂袋的承载力在50t以上；
二个砂袋叠放的承载力可达20t以上，在砂袋间垫铁皮时为30t以上，三个砂袋叠放的承载力为15t以上，在砂袋间垫铁皮时为20t以上。
为验证以上动载试验，需对砂袋做静载试验，即在每组砂袋上放置相应荷载的重物，直至砂袋的沉降基本停止，结果与动载试验——致。
计算砂袋点位处实际所受应力，证明砂袋可满足受力要求。
（3）卸架工艺。
①砂袋放置。
根据拱架卸落空间；
确定砂袋的竖向个数；
根据拱形木横向排数，设置砂袋在一排垫木上的点位数。
把砂袋放置于垫木之上拱形木之下，外包塑料袋，两层以上的砂袋间垫铁皮即可。
②卸架。
a．准备工作。
成立砂袋卸架小组，对工人进行卸架技术培训，备足联络器材，割袋、放砂工具、监测仪器等。
另外，拆除侧模、拱盔中的斜撑等。
b．操作过程。
当拱圈顶板合拢段混凝土强度达到设计强度90％时，方能卸架。
砂袋卸架原则：
对于卸落量，开始小，后渐大，纵向从拱顶到拱脚逐渐减小，横向一致；
对于卸架顺序，纵向从拱顶到拱脚，两岸对称，横向同时。
卸架时，分成若干循环，每一循环即从拱顶到拱脚放砂一次。
在卸架前刻、过程中和卸架后都必须进行卸架监控。
如果在卸架过程中出现异常（如拱圈偏位较大、拱圈混凝土出现拉应力等），必须立即停止卸架，待对出现的问题分析解决后，方能恢复。
卸架监控包括四个方面：
一是通过应力检测仪测应力变化；
二是通过悬挂的线垂测挠度变化；
三是通过全站仪测轴线偏位；
四是通过值班人员检查异常。
5．拱架横移。
（1）备好油泵、千斤顶（千斤顶的规格选定是根据滑道的摩擦力F=μN大小决定）、千斤顶后背、垫铁垫块、各种尺寸顶杆及配套的设备和配件，严格检查其性能和质量，按要求进行安装。
顶推作业人员共24人，其中8人操作油压千斤顶和安放顶铁，12人（左右各6名）控制缆风绳，2人观察拱脚处的水平横移距离，2人用测量仪器观察拱架纵轴线的就位情况。
（2）铺设滑移方向前方的支座滑道及支座后背滑道，检查支座滑道高差，支座后背的垂直度、平行度和滑板表面的粗糙度是否符合要求，并在两滑板上涂润滑油。
（3）自活动滑道支顶垫梁的前端某一位置开始，每隔10cm在支座后背滑道的固定钢板上方拱座前墙面上，用油漆做好标记，以便控制拱架两端的滑移距离。
（4）拱架顶进时，两头用对讲机联系，统一行动。
顶进过程中，随时相互通报顶进距离，力争做到同时起顶，同一速度进行，同时停止顶进。
两端顶进距离差超过5cm时，必须停止顶进，调整好后，方可重新顶进。
（5）在拱架滑移过程中，拱架滑离侧缆风绳要根据每次滑移长度进行放松，使其始终
保持松弛状态，但不得全部放松。
拱架滑移侧的缆风绳要全部用5t倒链拉紧。
（6）在滑移过程中，根据千斤顶的行程，按时增加或更换垫块及顶件，检查顶铁顶杆安装质量是否符合要求。
（7）横移就位后，用仪器检测拱架的位置是否正确，确认无误后，用倒链拉紧缆风绳。
6．拱架拆除。
拱架拆除时，先将拱架横移出适当数量拱片，拆除上面的钢枕和联系槽钢等，后按拱架拼装的相反顺序，逐片拆除。
对于最后3个拱片的拆除，预先在拱圈顶板上顺拱圈方向等间距预埋U形螺栓，穿人工字钢枕并悬出拱圈适当长度，吊住拱片，拆除。
7．应力监测。
在拱圈施工中，需对拱圈应力及拱架应力、挠度进行不间断监测。
（1）监测设备和方法。
拱架挠度监测采用垂吊垂球法，应力监测采用1G120电阻应变片作探头，牢固粘贴在被测构件上，利用UCAM—70A—10型数据采集仪（探头与仪器间采用3芯屏蔽电缆线传输信号）采集输出应力或应变值，并由此计算出杆件内力增量的方法。
（2）监测内容。
①测试各施工阶段拱架典型截面的挠度，分析验证挠度数据。
②测试各施工阶段拱架典型截面的应力，验证结构分析数据。
③测试拱圈混凝土典型截面的应力，提供施工参考数据。
④通过数据分析对各施工阶段进行数值监控，保证施工安全。
（3）监测工况。
①浇筑拱脚段底板混凝土；
②浇筑剩余底板混凝土；
③浇筑拱脚段腹板混凝土；
④浇筑剩余腹板混凝土；
⑤浇筑拱顶段顶板混凝土；
⑥浇筑拱脚段顶板混凝土；
⑦浇筑剩余顶板混凝土；
⑧拱架落架完毕。
（4）监测分析。
①拱架挠度监测结果分析。
a．绘制各工况下拱架挠度理论值与实测值曲线图，进行比较，各测点实测值与理论值十分接近，证明各施工过程是合理、安全的。
b．实测挠度值出现两边不对称及个别点差值较大现象，可能是由于估读误差和温度影响造成的。
c．采用垂球法监测拱架挠度，有简单易行、经济、方便等优点。
但受温度影响较大，温度上升，拱架和垂吊钢丝将上拱和伸长；
反之，拱架和钢丝将下挠和缩短，两者影响相互抵消一部分，其差值即为温度影响值。
经估算跨中温度变化1℃，温度影响可达1.2mm。
另机肉眼测读误差较大。
②拱架应力监测结果分析。
a．绘制各工况下拱架应力理论值与实测值曲线图，在各工况下拱架应力各测点实测值与理论值非常接近，证明各施工过程合理、安全。
b．对各测点的原始数据进行分析，各工况下拱片受力不均匀系数除个别测点偏大外，其余均小于1.2，说明拱架计算中采用不均匀系数1.2是合理的。
③拱圈混凝土应力监测结果分析。
拱圈混凝土应力监测，在落架过程中，对于控制落架程序、保证拱圈混凝土不产生裂缝起关键作用。
然而，拱圈各测点混凝土应力值并不代表其测点的实际混凝土应力，因为它包含着大量的混凝土徐变、收缩应变所换算的应力在内。
试验表明，在长期荷载作用下，加载初期徐变、应变增长较快，后期增长较慢，一般三年以后就基本停止增长。
据资料介绍，结构的徐变变形累计总值可达3×
10–4～15×
10–4mm／mm，为同样应力下产生弹性变形的1.5～3.0倍或者更大，混凝土的极限收缩值也可达50×
10–5～55×
10–5mm／mm。
为此，监测点混凝土应力中所包涵的徐变、收缩应变换算的应力之大是显而易见的，而混凝土的徐变、收缩应变不通过其他监测手段是无法从测点监测的总应变中分离出来的。
四、机具设备
主要机具见表2。
表2
主要机具一览表
五、劳动力组织
劳动力组织见表3。
表3
拼架拼装劳动力组织（每工班）
六、质量控制
1．严格执行《公路桥涵施工技术规范》和《公路工程质量检验评定标准》。
2．严格按设计图纸要求施工，按技术交底施工。
3．加强施工管理，成立质检小组，严肃质检程序，奖罚分明。
4．对拱架、拱圈的挠度、应力进行全过程监测。
5．滑道预埋钢板要求做到：
（1）对于拱座前墙面预埋钢板，全长喇叭口偏差不大于3mm，短边垂直偏斜不大于lmm。
（2）对于支承墩顶面预埋钢板，全长高差不大于3mm，短边倾斜度不大于1mm。
（3）上述钢板任何1m长范围内的高差不得大于1mm。
6．拱架拼装时，利用扣索调整拱架标高两岸标高差值不超过1cm，利用缆风绳调整拱架中线偏差不超过3cm且为同方向。
7．拱架横移两支座顶进距离相差不超过5cm。
七、安全措施
（一）缆索吊作业安全技术措施
1．缆索吊安装时，安装塔架用的手拉葫芦，悬挂支承点必须牢固，同时严禁斜拉重物，发生卡链时，应在重物下方支垫后进行检查修理，不得硬拉。
塔架拼装时，作业平台四周挂好安全网。
2．卷扬机应安置在平整坚实处，与下部浇筑的混凝土底座联系在一起。
3．紧索时，钢丝绳下部四周20m范围内不得有人员逗留。
4．缆风绳不得绑扎在电杆或其他不稳定的物件上。
5．各种起重机具不得超负荷使用，作业中遇有停电或其他特殊情况，应将重物落至地面，不得悬在空中。
（二）拱架作业安全技术措施
1．对下落、提升、运输军用梁必须有明确的色旗和哨音等指挥设备，设有专职信号员，负责指挥索吊的运行。
2．采用差接绑贴法悬臂拼装拱架时，根据悬臂长度，随时拉好扣索和缆风绳，以确保拱架稳定，拼装安全。
3．扣索必须扣在拱架的大节点处，决不可扣在小节点处。
4．拼装过程中，要及时上足拧紧套管螺栓并进行全面检查。
5．提升用的钢丝绳必须与吊钩连接牢固，保证在升降时不脱钩，钢丝绳安全系数必须大于6，且安排专人经常检查，发现有断丝或伤口必须更换。
6．拱上拼装人员必须佩带安全带，并且将安全带挂在牢固处。
（三）拱圈卸架安全措施
1．成立拱圈卸架小组，对小组成员进行安全培训。
2．拱圈卸架在其顶板合拢段混凝土强度达到设计强度的90％进行。
3．拱圈卸架按照开始小，后逐渐增大；
纵向对称、横向同时的原则进行。
4．对拱圈卸架前刻、过程中和完成后都应进行监控，包括拱架挠度、拱架应力和拱圈应力等监控。
5．拱圈卸架时，卸架人员须戴安全帽、穿防滑鞋等。
（四）拱架横移安全措施
1．拱架横移前，对参加拱架横移人员进行技术交底和技术培训及安全教育。
2．指挥员要严格按照预定程序及技术措施下达指挥令。
操作人员必须听从指挥、服从命令，真正做到统一指挥、统一信号，统一行动。
除指挥员外，任何人员不得随意下达指挥令。
3．拱架两端必须同步滑移，两端滑移距离差不得超过5cm。
否则，应立即停止横移，待两端调整一致后，方可继续横移。
4．控制缆风绳人员要坚守岗位，不得擅离职守。
右侧拉紧缆风绳人员必须控制好拉力，不能过大，也不能过小。
拉力大小以克服因拱架滑移产生的惯性为准，做到使拱架中间部分与两端支座同步前进，防止某一部分拱架滞后或冒进量过大，使拱架扭坏。
左侧控制缆风绳人员，要使缆风绳起溜绳作用，同时要防止拱架前倾，不能将缆风绳全部松掉。
5．拱架滑移过程中，要随时检查拱架中心线是否一致，否则应用缆风绳调整好，以防止拱架被扭坏。
6．每次安装垫铁、垫块、顶杆和千斤顶时，要使其在同一直线上。
同时要检查顶杆连接头的牢固性及垫块之间的密贴程度，以防在顶推过程中因安装质量不符合要求造成顶杆失稳，酿成重大事故。
（五）拱圈施工安全措施
1．拱圈浇筑前，对机具设备及防护没施等进行检查，对施工人员进行技术交底。
2．拱圈浇筑时，随时检查拱架和模板，发现异常状况及时采取措施。
3．拱架经过验算，具有足够的强度、刚度和稳定性。
4．拱圈浇筑时，侧模外预留人行道并且安装栏杆。
5．拱圈浇筑时，严格按照浇筑顺序进行浇筑。
6．拱阉浇筑时，应进行挠度、应力监控。
7．夜间施工，必须有充足的照明设施。
八、效益分析
1．采用大跨度可调式无支墩军用梁钢拱架比采用万能杆件拼装满堂支架施工拱桥，可节约材料，缩短工期，降低成本，具有显著的经济效益。
2．采用该成果施工对地形破坏程度小，防止了水土流失，有利于当地环境保护，具有较好的社会效益。
九、工程实例
运城——三门峡高速公路吴家嘴大桥横跨高差达80余米的U形深谷，山势陡峭，围岩破碎，施工场地狭窄，材料运输困难。
大桥全长188.98m，桥宽20.5m，设计为1—140m的双幅分离式钢筋混凝土箱形拱桥。
该桥采用139．5m跨度可调无支墩军用梁钢拱架作支架，砂袋作卸架设备和拱架整体横移等技术进行施工，比采用万能杆件搭设满堂支架施工本桥，节约材料约1200t，缩短工期3个多月，节省投资130多万元，且对地形破坏程度较小，防止了水土流失，有利于当地环境保护，取得了较好的经
升级会员 