大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法

由中國水利水電第十三工程局有限公司完成的工法大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法01形成原因操作原理質(zhì)量控制工法特點(diǎn)材料設(shè)備安全措施目錄030502040607環(huán)保措施應(yīng)用實(shí)例效益分析榮譽(yù)表彰目錄0908010基本信息《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》是中國水利水電第十三工程局有限公司完成的建筑類施工工法，完成人是徐建亭、劉持鵬、鄭花香、雒煥斌、齊宗海。適用于跨度在50米以內(nèi)，拱肋斷面尺寸在1400毫米×800毫米（高×寬）左右，凈空高度30米以下的旱地施工，兩端拱支座間帶預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿的雙拱肋上承式鋼筋混凝土拉桿拱，跨越結(jié)構(gòu)在支架模板上現(xiàn)澆施工的工程?！洞罂缍壬铣惺筋A(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》主要的工法特點(diǎn)是材料通用性強(qiáng)、基礎(chǔ)處理簡單、搭設(shè)速度較快等。2011年9月，《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部評定為2009-2010年度國家二級工法。形成原因形成原因中國水利水電第十三工程局有限公司承建的南水北調(diào)東線膠東界河渡槽工程主要結(jié)構(gòu)形式為跨度50.6米的上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱式矩形渡槽，截至2009年，該結(jié)構(gòu)形式在中國國內(nèi)外水利工程設(shè)計(jì)、施工方面屬首次采用（圖1）。圖1上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱式矩形渡槽結(jié)構(gòu)示意圖上承式預(yù)應(yīng)力拉桿拱結(jié)構(gòu)施工存在的主要技術(shù)難點(diǎn)包括支撐體系設(shè)計(jì)、支架搭設(shè)及穩(wěn)定和變形控制、拱肋線形控制、拉桿拱澆筑分段及澆筑順序、長細(xì)桿構(gòu)件預(yù)應(yīng)力張拉等。該公司為此專門成立了課題攻關(guān)小組，小組成員經(jīng)過一年半的不懈努力，終于攻克了以上難題，并總結(jié)形成了《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》。上承式預(yù)應(yīng)力拉桿拱結(jié)構(gòu)形式見圖2所示。

圖2上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱結(jié)構(gòu)示意圖工法特點(diǎn)工法特點(diǎn)《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》采用碗扣式腳手架，具有材料通用性強(qiáng)、基礎(chǔ)處理簡單、搭設(shè)速度較快等特點(diǎn)；拱肋底模加工定型桁架模板，既能保證拱肋軸線符合設(shè)計(jì)要求，又便于底模的安裝、加固與拆除；拱肋鋼筋采用分段加工成骨架再吊裝焊接成整體的方法施工，提高了施工工效，保證了鋼筋施工質(zhì)量；拉桿拱合理的分段和澆筑順序減少了混凝土澆筑次數(shù)和施工縫鑿毛工程量，縮短了工期，加快材料的周轉(zhuǎn)；拉桿對稱、同步張拉，有效防止了長細(xì)桿的失穩(wěn)和出現(xiàn)裂縫。

操作原理適用范圍施工工藝工藝原理操作原理適用范圍《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》適用于跨度在50米以內(nèi)，拱肋斷面尺寸在1400毫米×800毫米（高×寬）左右，凈空高度30米以下的旱地施工，兩端拱支座間帶預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿的雙拱肋上承式鋼筋混凝土拉桿拱，跨越結(jié)構(gòu)在支架模板上現(xiàn)澆施工的工程。

工藝原理《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》的工藝原理敘述如下：施工時的各種荷載均由支架承擔(dān)，因此，支架的穩(wěn)定是該工法成敗的關(guān)鍵。模板支架設(shè)計(jì)采用空間桿系有限單元法和空間梁柱有限單元法進(jìn)行計(jì)算，其基本原理是桿件為基本單元，以節(jié)點(diǎn)位移為基本未知量，先由桿件內(nèi)力與節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系建立單元剛度矩陣，然后根據(jù)各節(jié)點(diǎn)平衡及變形協(xié)調(diào)條件，建立結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)荷載和節(jié)點(diǎn)位移間關(guān)系，形成結(jié)構(gòu)總剛度矩陣和總剛度方程?？倓偠确匠淌且怨?jié)點(diǎn)位移為未知量的線性方程組。引入邊界條件后，求解出各節(jié)點(diǎn)位移值。最后由桿件單元內(nèi)力與節(jié)點(diǎn)位移間關(guān)系求出桿件內(nèi)力。

施工工藝《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》的施工工藝流程見圖3。

圖3大跨度上承式拉桿拱施工工藝流程《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》的操作要點(diǎn)敘述如下：一、基礎(chǔ)處理界河渡槽工程勘探控制深度內(nèi)的地層主要為全新統(tǒng)沖積堆積的礫質(zhì)粗砂、沖洪積堆積的砂壤土和上更新統(tǒng)沖洪積堆積的礫質(zhì)粗砂、殘坡積堆積的砂質(zhì)壤土；基巖為燕山早期花崗巖，間雜有燕山明期輝長巖脈的侵入?；A(chǔ)處理時，先用裝載機(jī)清除地表腐殖土，地基用18噸振動碾碾壓密實(shí)，鋪筑30-50厘米砂礫石，再次碾壓后，利用重型釬探儀進(jìn)行重型動力觸探試驗(yàn)，地基承載力達(dá)到支架設(shè)計(jì)時要求的承載力（根據(jù)腳手架規(guī)范第5.5條要求計(jì)算，界河渡槽工程要求地基承載力特征值不小于0.279兆帕）后，進(jìn)行支架施工。對于承載力不滿足要求的局部區(qū)域可采用基礎(chǔ)換填、進(jìn)一步壓實(shí)、加大支架墊板寬度等方法進(jìn)行處理。施工中應(yīng)保證支架基礎(chǔ)高于四周地面，并在四周設(shè)置排水溝排除外來雨水，防止基礎(chǔ)被雨水浸泡而降低承載力。材料設(shè)備材料設(shè)備《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》所用的材料及設(shè)備明細(xì)如下：1.鋼筋：I級圓鋼（HPB235）、II級螺紋鋼（HRB335）、ID級螺紋鋼（HRB400）。2.綁絲：20-22號鋼絲。3.電焊條：對于HRB335鋼筋（II級鋼），采用FA303型號的電焊條；對于HRB400鋼筋（HI級鋼），采用E5003型號的電焊條。4.保護(hù)層：砂漿墊塊、大理石墊塊、各種掛鉤或撐桿等。5.波紋管：采用塑料波紋管，內(nèi)徑80毫米。6.鋼絞線：1860兆帕級低松弛鋼絞線，規(guī)格為фj15.20毫米（7ф5）。7.錨具和夾片：HQM15-8系列產(chǎn)品。8.錨墊板：鑄鐵錨墊板。9.水泥：強(qiáng)度等級不低于42.5級的低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥，水泥熟料中C3A含量不大于8%，在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下不大于5%。質(zhì)量控制質(zhì)量控制《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》的質(zhì)量控制要求如下：1.施工前編制施工方案，經(jīng)審批后，編制成詳細(xì)的施工作業(yè)指導(dǎo)書。施工嚴(yán)格按作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行。2.對全體員工進(jìn)行崗前質(zhì)量意識教育、技能培訓(xùn)，提高全體施工人員質(zhì)量意識和工作技能、工藝水平。認(rèn)真做好施工前的技術(shù)交底工作，做到人人心中有數(shù)，不盲目施工。3.堅(jiān)持工序交接制度，嚴(yán)格控制各道工序施工質(zhì)量，堅(jiān)持“三檢制”。4.堅(jiān)持現(xiàn)場材料管理和設(shè)備管理制度，不合格的材料不得用于工程施工，保證施工設(shè)備的正常運(yùn)行。5.設(shè)置試驗(yàn)室、測量隊(duì)并配備專業(yè)試驗(yàn)、測量人員，對施工材料、成品、半成品和各工序質(zhì)量按規(guī)范要求進(jìn)行檢驗(yàn)、試驗(yàn)、測量。測量、檢驗(yàn)、試驗(yàn)設(shè)備按其檢定周期定期送有資質(zhì)的單位進(jìn)行檢定，保證其完好、精確，并建立臺賬。6.隱蔽TZ程在隱蔽前必須經(jīng)有關(guān)人員驗(yàn)收簽字后方可隱蔽。7.施工技術(shù)資料與工程形象進(jìn)度同步，確保資料真實(shí)、完整。建立質(zhì)量記錄歸檔制度，完善質(zhì)量信息收集、整理、歸檔和質(zhì)量反饋，指導(dǎo)工程施工的質(zhì)量控制。安全措施安全措施采用《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》施工時，除應(yīng)執(zhí)行國家、地方的各項(xiàng)安全施工的規(guī)定外，尚應(yīng)遵守注意下列事項(xiàng)：1.建立安全管理制度及安全施工守則。醒目處張貼安全標(biāo)語，加強(qiáng)職工安全教育，增強(qiáng)安全意識。2.嚴(yán)禁違章作業(yè)和違章指揮，嚴(yán)格遵守各項(xiàng)操作規(guī)程。3.施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場必須做好安全防護(hù)工作，佩戴安全帽。4.非機(jī)電人員不準(zhǔn)使用機(jī)電設(shè)備，機(jī)電設(shè)備防護(hù)措施要完善，手持電動機(jī)具安裝觸電保護(hù)器。5.夜間施工，做好照明設(shè)施，確保施工人員、機(jī)械設(shè)備及交通行車安全。

支架的整體穩(wěn)定是該工法涉及的最大安全問題，需根據(jù)工程具體情況進(jìn)行計(jì)算論證后，才可進(jìn)行施工。在支架施工與高空作業(yè)時需注意：1.嚴(yán)格遵循有關(guān)安全制度和規(guī)定，針對支架施工高空作業(yè)特點(diǎn)開展經(jīng)常性的安全教育，并實(shí)行嚴(yán)格監(jiān)控和檢查，及時發(fā)現(xiàn)、解決安全存在的問題，消除安全隱患。2.施工現(xiàn)場設(shè)明顯標(biāo)志，與支架施工無關(guān)的人員嚴(yán)禁進(jìn)入支架作業(yè)范圍內(nèi)。環(huán)保措施環(huán)保措施《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》的環(huán)保措施如下：1.支架搭設(shè)或拆除時，需敲擊碗扣和鋼管，噪聲較大，現(xiàn)場操作人員應(yīng)佩戴防護(hù)耳塞，并經(jīng)常輪換作業(yè)以減少噪聲對健康的危害；同時，控制敲擊力度，盡量降低噪聲。2.支架預(yù)壓材料采用砂袋時，應(yīng)做好砂袋保護(hù)工作，防止砂袋破損，砂子泄漏，產(chǎn)生灰塵。3.廢棄的砂袋、腳手架板等材料應(yīng)集中堆放，能回收利用的均回收利用，不能利用的按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)處理。4.水泥等易飛揚(yáng)細(xì)顆散體物料盡量采取儲罐或庫內(nèi)存放，運(yùn)輸和存放時采取措施以防揚(yáng)塵，水泥貯倉安裝粉塵報(bào)警信號器，所有通氣口安裝合適的過濾。5.對綜合加工場和起塵大的施工道路，采取灑水降塵措施。運(yùn)輸?shù)缆泛筒僮髅媛涞亓希ㄉ皾{、混凝土等）及時清掃。6.在拌合系統(tǒng)附近設(shè)沉淀池，對混凝土拌合系統(tǒng)和運(yùn)輸設(shè)備沖洗廢水采用間歇式自然沉淀的方式去除易沉淀的砂粒，待廢水沉淀達(dá)標(biāo)后排出。7.機(jī)械修理時產(chǎn)生的含油廢水采用間歇式小型隔油沉淀池并定時投加絮凝劑的處理方式。不能利用的廢油進(jìn)行焚燒或中和處理。效益分析效益分析《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》的效益分析是：由于上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱結(jié)構(gòu)造價在工程總造價中所占比例大，該工法采取的系列技術(shù)措施，一方面能保證工程的質(zhì)量和安全，加快進(jìn)度，另一方面，新技術(shù)、新工藝和新方法的引用，大幅度地降低工程施工成本，創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。普通腳手架搭設(shè)需大量扣件，丁字螺栓很容易丟失；碗扣式腳手架搭設(shè)基本不需要扣件，有效地提高了搭設(shè)速度，減少了丁字螺栓損耗。普通腳手架6米立桿安裝較困難，危險性大；碗扣式腳手架立桿僅長3米，安裝較易，有利于保證施工安全。在支架較高的情況下，普通腳手架立桿垂直度較難控制；碗扣式腳手架立桿用定尺的橫桿連接，基本只需在第一層控制好一排立桿的垂直度就可滿足垂直度要求，提高了搭設(shè)速度。另外，碗扣式腳手架拆除速度也快于普通腳手架。搭拆時間的減少有利于節(jié)約工期和周轉(zhuǎn)材料及設(shè)備租賃費(fèi)。該工法采用的利用可調(diào)頂托調(diào)節(jié)底模高程方案，周轉(zhuǎn)材料回收價值較大，部分拆除的架管可加工成1米、1.5米、2米等定尺的鋼管用于其他工程；支架搭設(shè)時不需再加工不同長度的普通架管，只需按要求和高程搭設(shè)成臺階形，桁架安裝簡單、迅速，施工效率高；桁架底梁水平設(shè)置，受力條件好，桁架上部荷載直接傳遞到下部的方木和支架上，只需將桁架安放在支架頂端的橫向方木上。兩片底模桁架之間、同拱圈上相鄰的兩片桁架之間均可采用普通腳手架管連接，連接加固簡單；桁架堅(jiān)固性好，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，維修量小。應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例《大跨度上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱施工工法》的應(yīng)用實(shí)例如下：2005年12月中國水利水電第十三工程局有限公司中標(biāo)承接的南水北調(diào)東線膠東界河渡槽工程，位于山東省煙臺市招遠(yuǎn)境內(nèi)，全長2021米，造價3534.14萬元。界河渡槽主要結(jié)構(gòu)形式有3種：一是上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱式矩形渡槽結(jié)構(gòu)，跨度50.6米，共21跨；二是簡支梁板式預(yù)應(yīng)力混凝土矩形渡槽結(jié)構(gòu)，跨度20米，共36跨；三是簡支梁板式普通鋼筋混凝土矩形渡槽結(jié)構(gòu)，跨度10米，共18跨。50.6米的上承式預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿拱式矩形渡槽存在施工難度大、技術(shù)含量高、高空作業(yè)多等特點(diǎn)。上弦桿采用兩棉C50鋼筋混凝土矩形斷面（1.4米×0.8米）、拋物線形拱肋，之間設(shè)C50鋼筋混凝土橫梁和斜撐，橫梁斷面0.6米×0.6米，斜撐斷面0.5米×0.5米。拱肋拋物線矢高f=10.5米，凈跨度l=47米。為抵消支座的水平推力，下弦桿采用兩道預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土拉桿連接兩端拱支座，拉桿斷面0.6米×0.6米，每根拉桿內(nèi)設(shè)4束低松弛鋼絞線，每束8根鋼絞線（fptk=1860兆帕）。拱圈上設(shè)14道C40鋼筋混凝土排架柱作為矩形渡槽的豎向支撐結(jié)構(gòu)。拱上渡槽采用C40聚丙稀纖維