蔣斌，楊玉銀

(1.中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第一分局，四川成都 610066;2.中國(guó)水利水電第五工程局有限公司安全監(jiān)察部，四川成都 610066)

1 概述

拱形結(jié)構(gòu)在我國(guó)有著悠久的歷史，隨著節(jié)約型經(jīng)濟(jì)和結(jié)構(gòu)技術(shù)的日益發(fā)展，拱形結(jié)構(gòu)也得到了廣泛的應(yīng)用。筆者結(jié)合張峰水庫輸水總干Ⅶ標(biāo)12#(林村河)渡槽五跨連續(xù)雙肋拱排架渡槽的成功施工，對(duì)多跨連續(xù)肋拱結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行了總結(jié)。

2 工程概況

張峰水庫輸水總干Ⅶ標(biāo)12#(林村河)渡槽位于沁水縣端氏鎮(zhèn)曲則村林村河上，渡槽設(shè)計(jì)流量為2.49 m3/s，設(shè)計(jì)縱坡為 1/1 000，全長(zhǎng) 288 m，最大高度38 m，跨度40 m，矢跨比1/5，其結(jié)構(gòu)形式見圖1。渡槽采用等截面大跨度連續(xù)肋拱排架“U”型薄殼渡槽型式，肋拱斷面采用兩根斷面為60 cm×80 cm鋼筋混凝土拱橋，肋上設(shè)40 cm×60 cm排架，排架高6～12 m，排架上部為15 cm厚“U”型薄殼渡槽。12#渡槽(林村河)立面見圖1。

圖1 12#渡槽(林村河)立面圖

3 施工程序及其穩(wěn)定性分析

結(jié)合渡槽肋拱采用兩根60 cm×80 cm(寬×高)、凈間距1.3 m的拱形斷面，建筑平面投影面寬度僅為2.5 m，且渡槽位于河床區(qū)的長(zhǎng)度達(dá)210 m。該建筑具有高度大、橫斷面小、縱斷面長(zhǎng)的線性特點(diǎn)，肋拱混凝土要求將封拱溫度控制在5℃～20℃，有效作業(yè)時(shí)間短。根據(jù)歷史氣溫記錄，必需在4～6月份完成全部肋拱封拱澆筑任務(wù)。

首先，對(duì)渡槽橋墩施工期穩(wěn)定性進(jìn)行分析，現(xiàn)場(chǎng)取最不利荷載組合進(jìn)行施工荷載組合。最不利荷載組合為完成單跨肋拱混凝土澆筑，拆除肋拱下部腳手架，完成肋拱上部排架混凝土澆筑和完成上部渡槽槽身混凝土澆筑后再轉(zhuǎn)入下一跨肋拱澆筑。

經(jīng)計(jì)算，其主要參數(shù)為:

(1)靜荷載:①肋拱混凝土重2 662 kN;②模板荷載180 kN;③上部腳手架荷載153 kN;④架板荷載 48.5 kN。

(2)動(dòng)荷載:①振搗荷載按2 kN/m2計(jì)入;②施工人員及設(shè)備荷載按1 kN/m2計(jì)入。

墩身穩(wěn)定計(jì)算:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用5跨連續(xù)拱結(jié)構(gòu)形式，其混凝土墩埋深較淺，僅4 m左右，因此對(duì)其進(jìn)行了抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 計(jì)算簡(jiǎn)圖

經(jīng)計(jì)算:M推=26 143 kN·m;M重=21 848 kN·m。

因M重＜M推，故在完成槽身混凝土澆筑狀態(tài)下再進(jìn)行下跨施工勢(shì)必造成墩身失穩(wěn)，因此，渡槽施工時(shí)在沒有進(jìn)行下跨拱受力平衡時(shí)不能進(jìn)行槽身混凝土澆筑。

根據(jù)該受力情況，進(jìn)行不澆筑槽身混凝土狀況下的受力分析，經(jīng)計(jì)算:其M推=17 080 kN·m;M重=21 535 kN·m。在該種施工荷截條件下M重＞M推，施工期安全穩(wěn)定。

根據(jù)以上計(jì)算及分析，最終決定渡槽施工采取從兩個(gè)邊跨向中間跨推進(jìn)施工，首先完成肋拱及拱上排架混凝土澆筑，待全部五跨肋拱封拱后，再進(jìn)行槽身混凝土澆筑的施工方案。

4 施工方法

4.1 施工腳手架搭設(shè)的施工方法

4.1.1 肋拱及排架腳手架搭設(shè)方案

該建筑腳手架搭設(shè)具有高度大、斷面小、長(zhǎng)度長(zhǎng)的線性特點(diǎn)。擬采取碗扣式腳手架結(jié)合扣件式腳手腳方案進(jìn)行搭設(shè)，按照最小斷面、最大搭設(shè)高度進(jìn)行腳手架荷載驗(yàn)算和安全性驗(yàn)算，計(jì)算斷面如圖3所示。

(1)永久荷載(恒荷載)。① 腳手架結(jié)構(gòu)自重:4.4 kN/m2;② 腳手架板等(竹串腳手板):0.35 kN/m2;③ 混凝土荷載:24 kN/m。

(2)可變荷載。① 施工荷載(均布荷載):3 kN/m2;②風(fēng)荷載(作用于腳手架上的水平風(fēng)荷載):=0.397 6 kN/m2;③ 腳手架風(fēng)荷載體型系數(shù):陣風(fēng)系數(shù)1.64;④ 模板荷載;1.3 kN/m2;⑤ 振搗荷載:2 kN/m2;⑥施工人員及設(shè)備:1 kN/m2。

圖3 計(jì)算斷面示意圖

經(jīng)過對(duì)其腳手架縱、橫向水平桿荷載、立桿荷載、風(fēng)荷載對(duì)立桿產(chǎn)生彎矩值、立桿軸向力、立桿穩(wěn)定性、縱向水平桿、橫向水平桿穩(wěn)定性、斜桿受力、地基承載力等受力情況進(jìn)行分析及計(jì)算，其受力均滿足結(jié)構(gòu)安全要求，因此，采取了如圖3斷面型式進(jìn)行腳手架搭設(shè)，并根據(jù)規(guī)范設(shè)置纜風(fēng)繩。

4.1.2 肋拱腳手架搭設(shè)方法

肋拱碗扣式腳手架的搭設(shè)按照碗式腳手架的標(biāo)準(zhǔn)間距確定好底基層立桿并用兩層橫桿鎖定，然后用水準(zhǔn)儀進(jìn)行可調(diào)底座調(diào)平，調(diào)平后將各碗扣接點(diǎn)扣死，達(dá)到平面水平、立面垂直，經(jīng)水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀進(jìn)行底層驗(yàn)收后方可進(jìn)行下層立桿接長(zhǎng)。在施工中隨時(shí)檢查腳手架的垂直度，搭設(shè)時(shí)，及時(shí)對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)構(gòu)件有損壞或變形的及時(shí)進(jìn)行更換，特別是立桿有彎曲和碗扣破損的現(xiàn)象一律不得使用。采用扣件式管架搭設(shè)剪刀撐，剪刀撐必須隨架體搭設(shè)進(jìn)度同步，立桿在水平方向按50%錯(cuò)開接頭，腳手搭設(shè)至纜風(fēng)繩高度時(shí)立即按施工方案要求采用纜風(fēng)繩加固，加固完畢再行進(jìn)行加高。

4.1.3 拱上腳手架搭設(shè)方法

肋拱上部扣件式腳手架搭設(shè)(圖4)。該部位腳手架采用扣件式鋼管架，其搭設(shè)待拱底模拆除后開始進(jìn)行搭設(shè)，搭設(shè)時(shí)要求首先進(jìn)行拱部位的抱箍鋼管搭設(shè)，以確保架管牢固附著于拱上，有效的把架管上部的受力傳遞于拱上，然后將拱上腳手架起到與拱頂齊平高程時(shí)開始拆除肋拱底部架管，并順利完成作業(yè)面上移。拱上扣件式腳手架搭設(shè)時(shí)要緊扶已澆筑好的排架(墩上排架)，待其達(dá)到排架頂部時(shí)即開始搭設(shè)斜撐平臺(tái)鋼管，架好通道。

圖4 拱上腳手架搭設(shè)簡(jiǎn)圖

腳手架的拆除。不論是扣件式腳手架還是碗扣式腳手架，拆除時(shí)均要求按照拱受力的特點(diǎn)左右對(duì)稱拆除。左右兩側(cè)同時(shí)由高向低逐層拆除，杜絕單面或不均勻拆除。

4.2 肋拱施工方法

因肋拱封拱溫度需控制在5℃～20℃。根據(jù)施工時(shí)段開兩個(gè)作業(yè)面同時(shí)開展，即從渡槽兩個(gè)邊跨向中間跨推進(jìn)施工，肋拱混凝土澆筑采用“滿堂紅”腳手架支承組合鋼模板分跨進(jìn)行澆筑，JS500拌和站集中拌制混凝土，農(nóng)用自卸汽車將混凝土水平運(yùn)輸至作業(yè)面下部，由人工轉(zhuǎn)入膠輪車，門架升降機(jī)進(jìn)行垂直運(yùn)輸，人工推膠輪車溜筒入倉，人工平倉，φ50振搗棒振搗密實(shí)。由于肋拱長(zhǎng)度為44 m，為防止從拱腳澆筑造成拱軸線變形或位移，因此，對(duì)每跨肋拱混凝土共分為5個(gè)倉位，分序進(jìn)行澆筑，分倉情況見圖5。先拱腳部Ⅰ部，Ⅰ部澆筑完成后澆筑頂部Ⅱ部。為防止桿件混凝土產(chǎn)生收縮裂縫，待Ⅰ、Ⅱ部混凝土澆筑完成14 d后進(jìn)行Ⅲ部澆筑，最后進(jìn)行封拱澆筑，將封拱混凝土的澆筑溫度控制在設(shè)計(jì)要求的溫度時(shí)段進(jìn)行。拱圈澆筑完成后7 d左右進(jìn)行側(cè)墻模板拆除，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行底拱模板拆除。模板拆除時(shí)，先由頂拱拆除，然后逐漸、平行均勻拆除。

圖5 肋拱分序澆筑分倉圖

4.3 排架及槽身施工方法

當(dāng)肋拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%或拱圈合攏超過10 d后開始澆筑排架混凝土。排架采用分段法施工，每段以排架橫梁頂部以上30 cm為一澆筑分層段，以每跨肋拱為單元搭設(shè)鋼管架施工平臺(tái)，待排架混凝土澆筑完成7 d后開始進(jìn)行槽身混凝土澆筑。根據(jù)拱形受力的特點(diǎn)，為防止拱的不均勻受力給拱造成破壞，排架及槽身混凝土澆筑采用同跨肋拱左右對(duì)稱的澆筑方案進(jìn)行澆筑。

5 經(jīng)驗(yàn)及總結(jié)

多跨連續(xù)拱在施工過程中結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜，施工期荷載特別是施工期拱圈自身受力以及對(duì)下部橋墩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定至關(guān)重要。因此，首先要求按施工過程中最不利荷載組合進(jìn)行計(jì)算，確定出拱形以上最大施工荷載及總體施工方案，然后依據(jù)總體施工方案進(jìn)行各細(xì)部施工方案的制定，拱上部結(jié)構(gòu)的施工基本方案為同一拱跨左右對(duì)稱上升，不得非對(duì)稱上升，以免發(fā)生拱受力不均引起施工腳手架受力不均而變形造成工程事故。對(duì)于多跨連續(xù)拱渡槽施工，其關(guān)鍵是分析各個(gè)施工階段的受力并采取相應(yīng)的措施，確保施工安全。