斜腿刚构桥施工工法.docx
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斜腿刚构桥施工工法
设置拱型钢管浇注钢筋砼拱桥施工工法
1、前言
随着桥梁技术的发展，桥梁造型越来越受到人们的重视，适用、优美、多样化、与公路沿线地形地貌的和谐统一，减少行车疲劳，给人以美的享受，各种拱式天桥具有结构新颖、造型美观的优点，该桥型的采用为xx高速公路增加了一道道靓丽的风景线，xxx公司承担xx高速公路第三合同段8.7Km施工任务，线内共设计人行天桥（或兼渡槽）共设计7道（其中斜腿刚构桥3道），梁体结构为现浇钢筋混凝土板拱或坦拱结构。
通过施工实践比较，采用本工法进行施工，方便快捷，工程成本显著降低，取得了良好的社会效益和经济效益。
本工法就是经对该类工程的总结、提高后形成的。
下面以板拱式斜腿刚构桥为例叙述该工法。
2、工法特点
2.0.1支架采用碗扣式钢管支架，拱部支架、模板则采用顶托、横钢管、拱型钢管、建筑组合钢模板，上铺设一层五合板及一层光面薄厘板形成，取代了传统的横木、拱型木及大量的竹胶板进行拱桥施工方法，本工法能大量缩短施工工期、减少大量人工及木材用量，降低施工成本。
2.0.2该工法更方便进行拱部结构施工过程中高程的调整控制，更好的保证拱桥的施工质量。
3、适用范围
3.0.1本工法适用于石砌、钢筋混凝土拱桥、斜腿刚构桥的施工。
4、工艺原理
4.0.1通过结构计算及碗扣钢管尺寸模数进行支架横纵间距的确定。
4.0.2顶部采用顶托作为顶部横向钢管支撑，更加方便标高调整控制，通过结构计算确定横向钢管及拱型钢管的间距，确保拱部结构满足受力要求。
5、施工工艺
5.1工艺流程见图1
5.2施工要点：
5.2.1支架结构计算。
xx高速公路K24+850斜腿刚构天桥全长47m，跨径为10.5m（悬臂）+22m（中跨）+10．5m（悬臂），桥宽3.5m，桥型布置如图1所示：
5.2.1-1斜腿刚构桥型布置图
斜腿刚构天桥上部采用一次性浇注混凝土斜腿刚构，斜腿撑座采用钢筋混凝土。
本天桥为超静定结构，两端悬臂长度为中跨跨度的0．5倍；梁体采用变高度异型板梁，根部梁高为跨中梁高的1．63倍，因此主梁悬臂不是太长，且根部梁高与跨中梁高比值不是太大的情况下，使得主梁承受的正弯矩值较大，故对基础会产生较大的水平推力和次内力。
同时，施工过程中，混凝土收缩、温度变化、墩台不均匀沉降等因素的影响和作用，产生的附加力会更大，因此施工中除严格控制撑座和桥台的施工外，还要重点控制对现浇主梁搭建的支架施工质量。
1拱型钢管结构计算：
钢管立柱的纵向间距为0.60，横向间距为0.60m，因此拱型钢管的计算跨径取0.60m，忽略模板自重，在顺桥向单位长度内混凝土重量为：
q1=1.2×0.5×25=15（KN/m）
倾倒混凝土和振捣混凝土产生的荷载均按2KN/m2计算，作用在拱型钢管上的均布荷载为：
q=q1+2×0.5=16（KN/m）
弯曲强度：
δ=q×L12/（10×W）=113＜[δ]=215MPa
挠度：
f=q×L14/（150×E×I）=0.54＜3mm
以上结构处于安全受力状态。
2横杆（拱型钢管下横杆）结构计算：
纵向每排顶托上均架设一根钢管，间距为60cm。
考虑到支架钢管使用次数较多，工人操作不太熟练等因素，为了安全施工，计算中采用简支结构进行计算：
计算简图如下：
p1=（0.15+0.175）×1.2×0.6×25=5.85（KN）
倾倒混凝土和振捣混凝土产生的荷载均按2KN/m2计算，作用在横钢管上的均布荷载为：
p=p1+2×0.6×0.325=6.24（KN/m）
Mmax=p÷L×（2c+b）×X=1.8KN.m（当X=a时弯矩最大）
弯曲强度：
δ=M÷W=211＜[δ]=215MPa
挠度：
f=p×a÷（6×E×I×L）×[（2a+c）×L2-4×a2×L+2a3-a2b-c3]=0.007＜3mm
以上结构处于安全受力状态。
3立杆钢管结构计算
按钢管纵、横均为O．6m间距考虑，立杆承受横杆传来的荷载，因此，N=2×P=2×6.24=12.48（KN）,大横杆步距拟采用1.2m，长细比λ=L/i=1200/12.48=96.2,查《路桥施工计算手册》附录三P790，得φ=0.55，那么有[N]=φ×A×[σ]=0.55×489×215=57824N，即为57.82KN。
由N＜[N],可见，立柱钢管处于安全状态。
4通道工字钢结构设计计算：
过道顶部工字钢设置5根，架设于加密立柱钢管上，工字钢上放置20cm×20cm的枕木，枕木上再支立钢管架。
工字钢计算结构简图如下:
工字钢跨径为4米，间距为0.5m，忽略模板自重，在顺桥向单位长度内混凝土重量为：
q1=1.2×0.5×25=15（KN/m）
倾倒混凝土和振捣混凝土产生的荷载均按2KN/m2计算，作用在工字钢上的均布荷载为：
q=q1+2×0.5=16（KN/m）选用20a的工字钢，W=237cm3
弯曲强度：
δ=q×L12/（10×W）=108＜[δ]=215MPa
挠度：
f=q×L14/（150×E×I）=0.55＜3mm
可见，工字钢处于安全状态。
从上部荷载传至底托（接触面10cm×10cm）上的最大值12.48KN，可知地基承载力为：
12.48÷（0.3×0.3）×1．4（集中荷载传力系数）×2．0（安全度系数）=388.3kPa。
搭建支架前，首先对基底进行整平压实（压实度满足96%），上面铺一层15cm厚C20混凝土层能满足此承载条件，钢管底部加垫20cm×20cm枕木。
结论：
本斜腿刚构的支撑体系为60cm×60cm立柱双向排列，沿立柱高度每1.2m双向设水平横杆，中间留出的车辆通道支架上设置5根20a工字钢考虑。
5.2.2支架基础处理
因该斜腿刚构桥设于挖方地段，底部为基岩，支架基础情况良好，为了防止基础受雨水浸泡造成支架下沉变形，支架基础采用浇注8cm厚C25混凝土处理。
5.2.3预拱度设置
本斜腿刚构模板体系在梁板跨中设置预拱度，为了防止因支架沉降、变形等因素造成结构影响，在支架顶部按二次抛物线设置预拱度予以补偿，按Y=4f拱×X×（L-X）/L2（其中f拱为2200/400=5.5cm），跨中最大预拱度为5.5cm。
按梁底曲线渐变率逐渐向两端渐变，施工中推算出每根顶托控制高程。
见表5.2.3-1
表5.2.3-1预拱度设置及顶托控制高程计算表
X
0.00
0.80
1.60
2.40
3.20
4.00
4.80
5.60
6.40
7.20
8.00
8.80
9.60
10.40
11.00
Y1
0.000
0.070
0.135
0.195
0.249
0.298
0.341
0.380
0.413
0.440
0.463
0.480
0.492
0.499
0.500
Y2
1.3
1.304
1.308
1.312
1.316
1.32
1.324
1.328
1.332
1.336
1.34
1.344
1.348
1.352
1.3568
Y1设计高程
382.925
382.995
383.060
383.120
383.174
383.223
383.266
383.305
383.338
383.365
383.388
383.405
383.417
383.424
383.425
Y2设计高程
384.225
385.529
385.533
385.537
385.541
385.545
385.549
385.553
385.557
385.561
385.565
385.569
385.573
385.577
385.582
Y1计算预拱度
0.000
0.006
0.013
0.020
0.026
0.031
0.036
0.041
0.045
0.048
0.050
0.052
0.054
0.055
0.055
Y2计算预拱度
0.000
0.006
0.013
0.020
0.026
0.031
0.036
0.041
0.045
0.048
0.050
0.052
0.054
0.055
0.055
Y1实际高程
382.925
383.001
383.073
383.139
383.200
383.254
383.303
383.345
383.382
383.413
383.438
383.457
383.471
383.478
383.480
Y2实际高程
384.225
385.535
385.546
385.557
385.567
385.576
385.585
385.594
385.602
385.609
385.615
385.621
385.627
385.632
385.637
顶托标高
382.773
382.843
382.908
382.968
383.022
383.071
383.114
383.153
383.186
383.213
383.236
383.253
383.265
383.272
383.273
5.2.4模板、支架工程施工
模板应具有足够的强度、刚度和稳定性，表面平整，接缝严密不漏浆，确保构件形状和尺寸的准确，且表面平整美观、没有缺陷。
桥台基础模板采用组合式钢模板，撑座、桥台外露的结构物用竹胶板，模板的立柱采用10×8cm的木枋,围楞采用φ48钢管，每排两根，间距不超过80cm，内穿φ14的对拉钢筋，外面采用蝴蝶扣固定于围楞钢管上，如图5.2.4-1外露模板固定结构图所示。
模板与混凝土接触面应涂刷脱模剂。
基础模板采用地锚支撑牢固，不变形、不松动、不漏浆且容易拆装。
为了斜腿及梁体外表美观，降低施工成本底模采用建筑组合钢模板+5合板+光面薄厘板，侧模采用1.2cm竹胶板。
支撑脚手架的地基必须严格压实，并垫15cm厚C20混凝土。
脚手架搭设必须牢固可靠，加设斜撑、剪刀撑，以保证整体稳定。
图5.2.4-1外露模板固定结构图
斜腿及现浇梁体支架均采用为碗扣式钢管架，下设底托，上设顶托，高度依据不同跨高由立杆及柱顶、底托进行调整，模板支架设计见图图5.2.4-2：
图图5.2.4-2模板支架示意图
模板、支架计算如下：
本实体结构部分为钢筋混凝土实心板，厚度按最大截面高度1.2m，宽度为2m进行计算，整体浇注施工，支架采用碗扣式支架，钢管外径为φ48mm，壁厚t为3.5mm，支架直接支承混凝土垫层上。
因斜腿构件和支撑体系不是正交，而钢管支撑系与地面也不是垂直面，斜腿是43度角，钢管是90度角，为了保证受力要求，在斜腿下钢管上按垂直斜腿方向增加斜撑钢管。
为方便计算，力的分解省略（对安全系数有利）。
5.2.4混凝土浇筑施工
混凝土搅拌采用集中拌和，混凝土输送车运输，拌和时严格按确定的配合比下料，掺加0．5％缓凝型减水剂，各种集料用混凝土配料机送料，各种材料应准确计量，加水均匀，严格控制施工坍落度。
混凝土搅拌后及时送至浇注部位，间隙时间不得超过3O分钟，浇注混凝土采用汽车混凝土输送泵，有效地避免了混凝土离析。
混凝土应分层阶梯法浇注，每层厚度不应超过30cm。
混凝土振捣采用插入式振捣器振捣，振动棒应与侧模板保持5—10cm的距离，并不能直接振动钢筋骨架，振动棒应快插慢拔，振到混凝土停止下沉，不再冒泡，表面泛浆平坦时为止，切勿漏振或过振。
混凝土浇注至顶层时用平板振捣器振捣至表面平整密实，再用人工抹面，定浆后再二次抹面，使表面平整。
在混凝土收浆后应尽快洒水养护，并覆盖养生，养生时间不少于7天。
混凝土强度达到15MPa后（一般24小时）可拆除侧模板。
混凝土浇注过程中应安排木工、电工、钢筋工和试验员在现场跟班生产，发现问题及时处理。
混凝土强度试件应在现场浇注地点随即制取，每工作班应制取不少于3组。
桥梁在施工阶段，斜腿下端20cm范围设置模板及支撑来设置铰接支撑，待上部结构施工全部完成，且变形稳定后，将铰接部位浇注混凝土变成固接，实现桥梁体系转换。
新老混凝土的结合面，必须将其进行凿毛、冲洗，保证新老混凝土的结合质量。
主梁浇注按照先浇注跨中梁段，然后浇注两侧边跨梁段，两侧边跨梁段则向支点方向的顺序进行浇注，最后浇注偶节点，确保一次浇筑成形。
由于上部结构空心部直径较大，可采用竹笼芯模，经济实用。
5.2.5支架卸落
待斜腿底部固铰部分砼强度不小于设计强度90%方能卸除拱架，卸架程序：
1卸跨中梁段，由跨中向斜腿方向对称均匀卸架；
2两侧边跨梁段由斜腿向支点方向对称卸架；
3卸斜腿支架，由斜腿顶部向底部方向斜架。
拆时严禁抛扔，侧模的拆模时间不宜过早或过晚，以保证砼构件不被损坏，最好在模板容易脱落时为宜且砼强度至少达到2.5Mpa才可以拆模。
底模的拆除，卸落支架时，不允许用猛烈地敲打和强扭等方法进行。
模板、支架拆除后，应维修整理，分类妥善存放。
6材料及机具设备
6.1主要材料一览表见表6.1-1
表6.1-1K24+850天桥施工材料表
序号
名称
规格
单位
数量
序号
名称
规格
单位
数量
长度
宽度
厚度
长度
宽度
厚度
1
竹胶板
2.44
1.22
0.012
块
55
7
竖向钢管
2
根
288
主梁底模
底部钢模板
1.5
0.3
0.05
块
280
8
竖向钢管
5
根
112
薄厘板
m2
9
竖向钢管
4
根
64
U型卡
个
1400
10
竖向钢管
6
根
44
斜腿底模
底部钢模板
1.5
0.3
0.05
块
98
11
翼板小钢管
1
根
412
薄厘板
m2
12
翼板竖钢管
2
根
206
U型卡
个
490
13
大横钢管
6
根
205
2
顶部横向钢管
4
14
小横钢管
4
根
256
顶部纵向钢管
6
根
42
15
外斜钢管
6
根
24
对接扣件
个
42
16
里斜钢管
6
根
32
3
顶托
个
1000
17
扣件
十字扣件
个
3000
4
翼板横木
1
0.1
0.1
根
206
18
旋转扣件
个
300
5
翼板竖木
1.4
0.1
0.1
根
206
19
28a工字钢
5
根
4
6
翼板小横木
不限
0.5
0.5
米
164
20
外径55cm竹笼
3
个
8
21
塑料布
m2
50
6.2机具设备见表6.2-1
表6.2-1机具设备
序号
项目
名称
型号
单位
数量
用途
备注
1
桥台施工
挖掘机
PC220
台
1
基坑开挖
砂浆搅拌机
JZC350
台
2
桥台砌筑
1
混凝土工程
发电机
GF350
台
1
2
混凝土拌和机
JUZ350
台
2
拌和混凝土
3
混凝土运输车
HNJ5241
台
3
混凝土运输
4
汽车混凝土输送泵
BHT40
台
1
混凝土浇注
混凝土输送压力5.6MPa
5
插入式振捣器
台
4
混凝土捣实
棒头直径5cm
6
钢筋工程
钢筋弯曲机
GW-40
台
1
钢筋加工
7
钢筋调直机
GT-8山
台
1
钢筋加工
8
钢筋弯切断机
QJ40-1
台
1
钢筋加工
9
电焊机
ZXG-500
台
3
钢筋加工
10
测量仪器
全站仪
620SA
台
1
中线控制
11
自动安平水准仪
AT-G2
台
2
高程控制
12
水平塔尺
根
2
13
对讲机
TK2107
台
4
7质量控制
本工法除执行设计图纸及《桥涵施工技术规范》外，还要做到以下几点：
7.0.1成立QC小组，编制作业指导书，明确岗位职责。
严格执行首相工程认可制，做好现场施工技术交底。
7.0.2桥梁在施工阶段，斜腿下端20cm范围设置模板及支撑来设置铰接支撑，待上部结构施工全部完成，且变形稳定后，将铰接部位浇注混凝土变成固接，实现桥梁体系转换。
新老混凝土的结合面，必须将其进行凿毛、冲洗，保证新老混凝土的结合质量。
7.0.3现浇施工严格遵守对称浇注原则。
主梁浇注按照先浇注跨中梁段，然后浇注两侧边跨梁段，两侧边跨梁段则向支点方向的顺序进行浇注，最后浇注偶节点，确保一次浇筑成形。
7.0.4若支架基础土质情况较差,则需要采用沙袋预压的方法进行，避免因地基沉降造成梁体变形。
7.0.5为更好地保证梁体的外观质量，在钢筋制作完毕后，再将粘贴好的五合板+光面薄厘板放置于组合钢模板上，并将板缝拼接严实，板缝不得大于2mm。
7.0.6拱部横向钢管必须放置与顶托中部，并与顶托连接牢固，拱型钢管接头必须设置对接扣连接牢固。
组合钢模板铺设完毕后，初步进行高程调整控制，待钢筋绑扎基本完毕后，再进行准确控制，采用顶托进行调整至控制标高，偏差不得大于5mm。
7.0.7严格在施工监控的指导下进行工序施工，不得盲目施工，发现异常，要停止施工，查明问题采取措施后再继续施工。
8．安全措施
8.0.1开工前，对全体施工作业人员做好现场施工安全技术交底。
8.0.2严格遵守各种安全操作规程，机械设备严格按照操作规程使用，按规定设置限高等各种醒目的安全标志，顶部周遍设置栏杆及挂设防抛网。
8.0.3施工人员必须佩带安全帽，高空作业必须系安全带。
8.0.4施工时严禁底部站人，顶部机具、材料放置牢稳，严禁从高空抛掷物体。
8.0.5支架立杆搭设前，必须在底部混凝土上放样弹线，严格按放样线进行支立，底托长度不宜超过30cm。
边坡上立杆除挖设平台外，必须设置斜撑杆件与路基上立杆相连，防止边坡上支架失稳。
8.0.6支架过道上的工字钢必须于立杆顶部顶托上，严禁放置于横杆,避免因横杆接头受力破坏后支架跨塌，出现安全事故。
8.0.7斜腿底部固铰部分砼强度不小于设计强度90%方能卸除拱架，并严格按要求顺序进行拆除，确保支架拆除安全。
9．环保措施
9.0.1避免施工噪音对周边居民造成不良影响。
9.0.2基坑开挖出不能利用的Ⅰ类土，弃至指定弃土场，推平进行碾压好，待弃土结束后植草绿化。
9.0.3工地现场设置足够的临时卫生设施，做好施工现场的卫生管理工作，建筑、生活垃圾要堆放在指定地点，按规定及时清理或处理。
施工及生活废水必须经过处理后再排入指定的排水系统。
9.0.4临时道路施工期间要洒水，以避免尘土飞扬污染环境。
10．资源节约
施工中支架采用碗式支架，支架高度平均4.8m。
支架底部采用15cm厚混凝土进行硬化，顶托上架设横向受力钢管，再在横向钢管上设置拱型钢管，底模采用组合钢模板+5合板+光面薄厘板组合而成，侧模为1.2cm厚竹胶板。
这样，在保证施工质量的前提下，较一般施工中顶托上设置横木，横木上设置拱型木，再铺设竹胶板作为底模能大量节约人工、机具及材料费用，缩短了施工工期。
11．效益分析
拱部结构通过采用顶托上架设横向受力钢管，再在横向钢管上设置拱型钢管，底模采用组合钢模板+5合板+光面薄厘板组合而成，侧模为1.2cm厚竹胶板，结构简单，大量节约了人工、材料及机具费用，减少了工程一次性投入，经过测算，全线7道天桥，节约施工成本达33.5万元。
12．应用实例
2001年在xx公司施工的成（都）南（充）高速公路E4合同段进行斜腿刚构桥施工，得到了监理公司和建设单位的赞扬，社会效益和经济效益显著。
2008年-2009年在xx公司施工的xx高速采用此工法进行了三道斜腿刚构桥施工，同时，在xx高速公路LJ3建设中，采用本工法，保质保期完成了四道坦拱结构天桥的施工，节约了工程成本，缩短了施工工期。
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