許溝大跨度拱橋支架施工技術

許溝大跨度拱橋支架施工技術

1大跨度鋼筋混凝土箱形拱系統(tǒng)徐溝大橋位于洛陽至峽谷高速公路義馬區(qū)，中心k9.750m。該橋跨越許溝,橋孔布置自東向西:9×20m+220m+4×20m,全長493.14m。主孔為等截面懸鏈線箱型無鉸拱,拱軸系數(shù)m=1.543,凈跨徑l0=220m,凈矢高f0=40m,矢跨比f0/l0=1/5.5。采用有支架現(xiàn)澆拱箱施工。220m大跨度鋼筋混凝土箱形拱采用有支架施工在我國目前尚屬首例。該橋支架用軍用制式器材、萬能桿件、碗扣式支架并輔以方木、可調托撐等來拼裝成拱形勁性支架(如圖1),多點卸架進行主拱圈脫架。主橋共需軍用制式器材2000t,萬能桿件1800t,碗扣式支架500t,方木650m3,可調托撐5600個。桿件型號達300余種。支架的拼裝、拆卸工藝復雜,施工難度大,支架施工質量的好壞直接關系到支架的穩(wěn)定、拱圈的線型,甚至關系到該橋建設的成敗。2剛性受力整體結構設計支架拼裝就是將各類桿件按設計要求進行聯(lián)結,最后形成剛性受力整體,頂端形成設計拱形。施工中要加強桿件之間的聯(lián)結,確保支架的穩(wěn)定、安全,避免支架非彈性變形過大。2.1混凝土施工質量控制為了避免地基變形影響支架穩(wěn)定,該橋采用由8個片石混凝土澆筑而成的臨時支墩來支撐支架。臨時支墩的地基承載力不得小于600kPa,片石混凝土施工時要嚴格控制混凝土的質量。相鄰墩之間高程誤差不得大于5mm,以防橫梁偏載;用于臨時支墩和支架連接的U形螺栓預埋位置偏差不得大于3mm,預埋時采用鋼框架固定,頂面混凝土的平整度不得大于3mm,以防支架支墩豎向偏移。2.2現(xiàn)澆支架的安裝支架拼裝前應對所有桿件質量進行檢查,清除銹蝕、損壞、變形和尺寸不符的桿件。支墩、萬能桿件、碗扣式桿件采用4臺15kN卷揚機和6套倒鏈配套起吊、定位和聯(lián)結;軍用梁、縱橋向聯(lián)結系在地面拼裝,用2臺500kN起重機配合起吊,整體安裝;螺栓、螺母等小型物件采用2臺獨腳扒桿運輸。具體拼裝步驟如下:(1)墊梁安裝完畢后,測量各處中心是否正確,頂面是否平整,上下兩層墊梁要正交,矩形對角線長度差不大于5mm。(2)為減少高空作業(yè),拼裝立柱前即上滿接頭板。(3)每個立柱與墊梁間用8個螺栓連接;立柱與立柱間每個連接處不得少于8個螺栓。使用螺栓時都要均勻涂抹黃油,防止螺栓銹蝕后呈脆性斷裂,派專人用力矩扳手檢測每個螺栓扭矩是否達到200～250kN·m,并做好每個螺栓的檢測記錄。(4)為保證立柱方正與垂直,下墊梁與立柱之間、立柱與立柱之間以及最下2個節(jié)間的拉撐聯(lián)結時,均應過沖。安裝過程中,應隨時檢查立柱的垂直、方正與水平。(5)立柱安裝完畢后要緊接著上拉撐。(6)安裝最后一層的水平拉撐和水平斜拉撐時,要注意保證立柱的垂直度和間距的準確,以免安裝上墊梁時出現(xiàn)偏差。(7)安裝過程中,如遇桿件錯孔而不能安裝聯(lián)結螺栓時,可用過沖糾正,如過沖也不能糾正,則應松開附近桿件的若干螺栓,調整附近桿件的相對位置。(8)上下方木的尺寸嚴格按設計施工,下方木的接頭應位于可調托撐內,上方木可按設計鋸成楔形,亦可用方木加上三角墊,嚴禁采用方木代替,以免模板處方木應力過大,下沉量大。(9)碗扣式支架應盡量放開可調托撐,以防落架量不足,如受尺寸限制,可調節(jié)桿件配置,利用可調底座調節(jié)。由于受拱座施工的影響,拱腳段支架施工采用萬能桿件及碗扣式腳手架組拼,安排在后期進行。各墩混凝土基礎,軍用墩混凝土基礎,軍用墩、軍用梁施工,拼制等工序安排為平行作業(yè)。2.3弧形成(1)設計高程、預拱度、彈性變形方面的設計Hl=Hs+Δy+Δe+Δue+Δf式中:Hl—拱架的立模高程(拱弧高程);Hs—拱腹的設計高程;Δy—設計預拱度;Δe—拱架的彈性變形;Δue—拱架的非彈性變形;Δf—地基的彈性變形。拱架的彈性變形由拱架結構計算得到,拱架的非彈性變形,由預壓試驗獲得,地基彈性變形由地基計算獲得。(2)形成拱門根據(jù)各個部位拱弧高程的計算結果,逐個調整支架頂端的可調托撐,直到高程符合計算值,然后再拼裝拱圈模板,進行拱圈施工。2.4梁安裝支撐預壓基坑開挖及處理→澆注混凝土臨時支墩→安裝墊梁→安裝軍用墩→安裝軍用梁→安裝下方木→安裝碗扣式支架→調整托撐頂面高程→安裝上方木→形成拱弧→支架預壓,支架應力應變監(jiān)測→鋪設模板3壓和預壓測試3.1水平力作用失穩(wěn)在拱圈的施工過程中,整個支架中的碗扣式支架部分屬于薄弱環(huán)節(jié),即其在水平力作用下容易失穩(wěn)。為了驗證支架拼裝方案是否合理,檢查碗扣式支架的安全、穩(wěn)定性能,在地面上模擬拱架上碗扣式支架,搭設平臺并施加與主拱圈混凝土相同的荷載,通過檢測試驗來考查其穩(wěn)定性。(1)水平桿間距與豎向間距模擬碗扣式支架由縱、橫向水平桿、豎桿及斜桿形成空間剛性體系,豎桿縱向間距為60cm,橫向間距為120cm;水平桿豎向間距也為120cm,頂端設可調托撐。考慮加載方便,模擬支架設計為平臺,長10.8m,寬4.8m,高9.0m。(2)預壓持續(xù)2d采用砂袋均布加載,最大荷載為1080kN,預壓持續(xù)2d;第3d施加斜力,拉力與水平夾角36°,當斜拉力達到246kN時,支架外側一排豎桿脫離方木支撐,試驗結束。(3)碗扣式支架結構豎桿受力不均,中間豎桿單根最大壓應力為23.1kN,邊豎桿最大壓應力只有14.0kN;水平橫桿與斜桿主要起力的傳遞作用,斜桿較水平橫桿壓應力大;當水平力達200kN時,支架外側豎桿懸空。但通過計算,拱上碗扣式支架實際水平力不到100kN。試驗表明:支架設計方案是合理可行的;碗扣桿件的內力儲備較大;支架是安全穩(wěn)定的。3.2支護施工加載拱頂支架拼裝完成后,為了驗證整體支架的受力性能,避免支架非彈性變形,掌握支架受力后彈性變形規(guī)律,在拱頂?shù)?22排至133排立桿之間,用裝砂編織袋模擬拱圈混凝土施工加載過程。(1)測量點的配置用表面鋼弦式傳感器作為測試元件。在軍用墩、軍用梁、上下系梁上,共布設12個測點。(2)荷載作用下加載總重為5.用砂袋對支架均布加載,每天加載約800～1000kN,加載總重為5700kN,按荷載2900、3940、5030、5700kN四個階段進行。(3)外模支架穩(wěn)定性測試結果表明:隨著荷載增加,各桿件內力逐漸增大,增大幅度規(guī)律性較強;各桿件內力儲備較大,支架結構是穩(wěn)定安全的;加載最大時,拱頂支架最大位移5.6cm,卸載后的剩余豎向位移3.1cm,由此可以推算出支架各部位變形規(guī)律。4管架設計中采用管機關托撐來調整高程和落架,降低技術難度主拱圈混凝土最低強度達到設計的90%后,即進行主拱圈脫架。由于拱架設計中采用可調托撐來調整高程和落架,落架點多達5600個之多,落架施工技術難度大。根據(jù)計算分析,確定卸架原則為橫橋向必須同時均勻卸落,在縱橋向從拱頂向拱腳逐排卸落,并保持拱頂兩側對稱同步進行。4.1計算每個點的床差的數(shù)量各落架點卸落總量由2部分組成;即為主拱圈裸拱的彈性變形Δg與拱架的彈性變形Δe之和,由計算可得,拱頂最大卸落量9cm。4.2施工支架卸落許溝大橋的拱架設計中采用了碗扣式支架頂端設可調托撐,用以調整高程和落架,上、下半幅各拱圈落架點多達2800個(每排橫向10個可調托撐,縱向共280排),對于如此多的落架點,就不可能達到各點同步均勻地卸落。為了獲得一種合理的卸架順序,將拱架與主拱圈組成的復合體系用多種方法進行計算比較,確定了落架方案。支架卸落在橫橋向必須同時均勻卸落,在縱橋向從拱頂向拱腳逐排卸落,并保持左右兩側同步對稱進行。根據(jù)這個原則制定施工支架卸落程序如下:(1)卸落拱頂?shù)?號軍用墩至第5號軍用墩范圍內的支架,125～133號桿卸落量3cm。卸落第3號(第5號)軍用墩至第4號(第6號)軍用墩范圍內的支架,110～124號桿卸落量2cm,100～109號桿卸落量1cm。(2)再次卸落拱頂?shù)?號軍用墩至第5號軍用墩范圍內的支架,125～133號桿卸落量3cm。再次卸落第3號(第5號)軍用墩至第4號(第6號)軍用墩范圍內的支架,110～124號桿卸落量2cm,卸落第1號(第6號)軍用墩至第3號(第8號)軍用墩范圍內的支架。48～109號桿卸落量1cm。(3)從拱頂開始到拱腳全部卸落各立桿,卸落量均大于3cm。要求模板與主拱圈完全脫離。根據(jù)落架過程中的測量結果,理論分析與實測值比較接近。落架方案是可行的。4.3拆除支撐主拱圈脫架后,即進行支架拆卸,支架拆卸與拼裝過