许沟大跨度拱桥支架施工技术

许沟大跨度拱桥支架施工技术

1大跨度钢筋混凝土箱形拱系统徐沟大桥位于洛阳至峡谷高速公路义马区，中心k9.750m。该桥跨越许沟,桥孔布置自东向西:9×20m+220m+4×20m,全长493.14m。主孔为等截面悬链线箱型无铰拱,拱轴系数m=1.543,净跨径l0=220m,净矢高f0=40m,矢跨比f0/l0=1/5.5。采用有支架现浇拱箱施工。220m大跨度钢筋混凝土箱形拱采用有支架施工在我国目前尚属首例。该桥支架用军用制式器材、万能杆件、碗扣式支架并辅以方木、可调托撑等来拼装成拱形劲性支架(如图1),多点卸架进行主拱圈脱架。主桥共需军用制式器材2000t,万能杆件1800t,碗扣式支架500t,方木650m3,可调托撑5600个。杆件型号达300余种。支架的拼装、拆卸工艺复杂,施工难度大,支架施工质量的好坏直接关系到支架的稳定、拱圈的线型,甚至关系到该桥建设的成败。2刚性受力整体结构设计支架拼装就是将各类杆件按设计要求进行联结,最后形成刚性受力整体,顶端形成设计拱形。施工中要加强杆件之间的联结,确保支架的稳定、安全,避免支架非弹性变形过大。2.1混凝土施工质量控制为了避免地基变形影响支架稳定,该桥采用由8个片石混凝土浇筑而成的临时支墩来支撑支架。临时支墩的地基承载力不得小于600kPa,片石混凝土施工时要严格控制混凝土的质量。相邻墩之间高程误差不得大于5mm,以防横梁偏载;用于临时支墩和支架连接的U形螺栓预埋位置偏差不得大于3mm,预埋时采用钢框架固定,顶面混凝土的平整度不得大于3mm,以防支架支墩竖向偏移。2.2现浇支架的安装支架拼装前应对所有杆件质量进行检查,清除锈蚀、损坏、变形和尺寸不符的杆件。支墩、万能杆件、碗扣式杆件采用4台15kN卷扬机和6套倒链配套起吊、定位和联结;军用梁、纵桥向联结系在地面拼装,用2台500kN起重机配合起吊,整体安装;螺栓、螺母等小型物件采用2台独脚扒杆运输。具体拼装步骤如下:(1)垫梁安装完毕后,测量各处中心是否正确,顶面是否平整,上下两层垫梁要正交,矩形对角线长度差不大于5mm。(2)为减少高空作业,拼装立柱前即上满接头板。(3)每个立柱与垫梁间用8个螺栓连接;立柱与立柱间每个连接处不得少于8个螺栓。使用螺栓时都要均匀涂抹黄油,防止螺栓锈蚀后呈脆性断裂,派专人用力矩扳手检测每个螺栓扭矩是否达到200～250kN·m,并做好每个螺栓的检测记录。(4)为保证立柱方正与垂直,下垫梁与立柱之间、立柱与立柱之间以及最下2个节间的拉撑联结时,均应过冲。安装过程中,应随时检查立柱的垂直、方正与水平。(5)立柱安装完毕后要紧接着上拉撑。(6)安装最后一层的水平拉撑和水平斜拉撑时,要注意保证立柱的垂直度和间距的准确,以免安装上垫梁时出现偏差。(7)安装过程中,如遇杆件错孔而不能安装联结螺栓时,可用过冲纠正,如过冲也不能纠正,则应松开附近杆件的若干螺栓,调整附近杆件的相对位置。(8)上下方木的尺寸严格按设计施工,下方木的接头应位于可调托撑内,上方木可按设计锯成楔形,亦可用方木加上三角垫,严禁采用方木代替,以免模板处方木应力过大,下沉量大。(9)碗扣式支架应尽量放开可调托撑,以防落架量不足,如受尺寸限制,可调节杆件配置,利用可调底座调节。由于受拱座施工的影响,拱脚段支架施工采用万能杆件及碗扣式脚手架组拼,安排在后期进行。各墩混凝土基础,军用墩混凝土基础,军用墩、军用梁施工,拼制等工序安排为平行作业。2.3弧形成(1)设计高程、预拱度、弹性变形方面的设计Hl=Hs+Δy+Δe+Δue+Δf式中:Hl—拱架的立模高程(拱弧高程);Hs—拱腹的设计高程;Δy—设计预拱度;Δe—拱架的弹性变形;Δue—拱架的非弹性变形;Δf—地基的弹性变形。拱架的弹性变形由拱架结构计算得到,拱架的非弹性变形,由预压试验获得,地基弹性变形由地基计算获得。(2)形成拱门根据各个部位拱弧高程的计算结果,逐个调整支架顶端的可调托撑,直到高程符合计算值,然后再拼装拱圈模板,进行拱圈施工。2.4梁安装支撑预压基坑开挖及处理→浇注混凝土临时支墩→安装垫梁→安装军用墩→安装军用梁→安装下方木→安装碗扣式支架→调整托撑顶面高程→安装上方木→形成拱弧→支架预压,支架应力应变监测→铺设模板3压和预压测试3.1水平力作用失稳在拱圈的施工过程中,整个支架中的碗扣式支架部分属于薄弱环节,即其在水平力作用下容易失稳。为了验证支架拼装方案是否合理,检查碗扣式支架的安全、稳定性能,在地面上模拟拱架上碗扣式支架,搭设平台并施加与主拱圈混凝土相同的荷载,通过检测试验来考查其稳定性。(1)水平杆间距与竖向间距模拟碗扣式支架由纵、横向水平杆、竖杆及斜杆形成空间刚性体系,竖杆纵向间距为60cm,横向间距为120cm;水平杆竖向间距也为120cm,顶端设可调托撑。考虑加载方便,模拟支架设计为平台,长10.8m,宽4.8m,高9.0m。(2)预压持续2d采用砂袋均布加载,最大荷载为1080kN,预压持续2d;第3d施加斜力,拉力与水平夹角36°,当斜拉力达到246kN时,支架外侧一排竖杆脱离方木支撑,试验结束。(3)碗扣式支架结构竖杆受力不均,中间竖杆单根最大压应力为23.1kN,边竖杆最大压应力只有14.0kN;水平横杆与斜杆主要起力的传递作用,斜杆较水平横杆压应力大;当水平力达200kN时,支架外侧竖杆悬空。但通过计算,拱上碗扣式支架实际水平力不到100kN。试验表明:支架设计方案是合理可行的;碗扣杆件的内力储备较大;支架是安全稳定的。3.2支护施工加载拱顶支架拼装完成后,为了验证整体支架的受力性能,避免支架非弹性变形,掌握支架受力后弹性变形规律,在拱顶第122排至133排立杆之间,用装砂编织袋模拟拱圈混凝土施工加载过程。(1)测量点的配置用表面钢弦式传感器作为测试元件。在军用墩、军用梁、上下系梁上,共布设12个测点。(2)荷载作用下加载总重为5.用砂袋对支架均布加载,每天加载约800～1000kN,加载总重为5700kN,按荷载2900、3940、5030、5700kN四个阶段进行。(3)外模支架稳定性测试结果表明:随着荷载增加,各杆件内力逐渐增大,增大幅度规律性较强;各杆件内力储备较大,支架结构是稳定安全的;加载最大时,拱顶支架最大位移5.6cm,卸载后的剩余竖向位移3.1cm,由此可以推算出支架各部位变形规律。4管架设计中采用管机关托撑来调整高程和落架,降低技术难度主拱圈混凝土最低强度达到设计的90%后,即进行主拱圈脱架。由于拱架设计中采用可调托撑来调整高程和落架,落架点多达5600个之多,落架施工技术难度大。根据计算分析,确定卸架原则为横桥向必须同时均匀卸落,在纵桥向从拱顶向拱脚逐排卸落,并保持拱顶两侧对称同步进行。4.1计算每个点的床差的数量各落架点卸落总量由2部分组成;即为主拱圈裸拱的弹性变形Δg与拱架的弹性变形Δe之和,由计算可得,拱顶最大卸落量9cm。4.2施工支架卸落许沟大桥的拱架设计中采用了碗扣式支架顶端设可调托撑,用以调整高程和落架,上、下半幅各拱圈落架点多达2800个(每排横向10个可调托撑,纵向共280排),对于如此多的落架点,就不可能达到各点同步均匀地卸落。为了获得一种合理的卸架顺序,将拱架与主拱圈组成的复合体系用多种方法进行计算比较,确定了落架方案。支架卸落在横桥向必须同时均匀卸落,在纵桥向从拱顶向拱脚逐排卸落,并保持左右两侧同步对称进行。根据这个原则制定施工支架卸落程序如下:(1)卸落拱顶第4号军用墩至第5号军用墩范围内的支架,125～133号杆卸落量3cm。卸落第3号(第5号)军用墩至第4号(第6号)军用墩范围内的支架,110～124号杆卸落量2cm,100～109号杆卸落量1cm。(2)再次卸落拱顶第4号军用墩至第5号军用墩范围内的支架,125～133号杆卸落量3cm。再次卸落第3号(第5号)军用墩至第4号(第6号)军用墩范围内的支架,110～124号杆卸落量2cm,卸落第1号(第6号)军用墩至第3号(第8号)军用墩范围内的支架。48～109号杆卸落量1cm。(3)从拱顶开始到拱脚全部卸落各立杆,卸落量均大于3cm。要求模板与主拱圈完全脱离。根据落架过程中的测量结果,理论分析与实测值比较接近。落架方案是可行的。4.3拆除支撑主拱圈脱架后,即进行支架拆卸,支架拆卸与拼装过