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现浇钢筋混凝土拱桥施工方案

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2020年4月19日
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现浇钢筋混凝土拱桥
一、工程概况
滹沱河大桥是新城大道工程的一部分，桥梁设计起点为K0+260.5，本桥平面位于直线上，与滹沱河交角90°。桥梁全长2414.06m、分为17联，其中跨滹沱河主桥采用9×66米跨径的上承式钢筋混凝土板拱。全桥下部结构采用钻孔灌注桩基础，主桥桥墩基础采用φ1800mm的钻孔桩，矩形承台（承台高度分为2.5米与3.5米两种）。
桥梁横断面为双向8车道，两侧设置人行道，标准断面总宽度49米：2×（6.0米人行道+15.0米机动车道+0.5米防撞护栏+3米中空带），桥面铺装为10cm厚的沥青混凝土。
二、编制依据
(1)、合同文件；
(2)、施工设计图纸；
(3)、国家、交通部、建设部、河北省现行设计、施工规范、验收评定标准及有关文件；
(4)、项目办及总监办下发的有关文件；
(5)、现场实际情况及施工条件；
(6)、我公司积累的成熟技术、科技成果、施工工艺及同类工程的施工经验；可调用到本合同段工程的各类资源。
三、主要工程数量
主拱圈采用钢筋混凝土板拱，截面高1.0m、宽221.5m，采用C40混凝土，一个主拱圈混凝土理论数量1435.3m3，全桥左右幅18个主拱圈共计25835.4m3.
四、现浇拱桥施工方案
（1）、基底处理
1、地基处理
根据桥位处水文地质情况，滹沱河河道内地下水位较高，且基本上为砂层，因此承台开挖需要采取1:1.5的边坡并采取防水措施，河道内有水的承台采用施打钢板桩防水、开挖。
现浇拱桥在施工过程中荷载较大，因此在搭设支架前对地基进行全面处理，首先把施工区域内的淤泥、杂物及泥浆池中的泥浆清理干净，换填砂层（采用水压）。整体整平后再填筑30cm厚以上砂砾层，分层碾压成型，并做出单向横坡。处理后测试地基承载力,地基符合要求后，浇筑15cm厚C20混凝土垫层。在混凝土浇筑完成后，要进行收面、压光、必须保证砼面的平整度。在收完面以后进行洒水，并用塑料薄膜覆盖养护。
2、排水沟挖设
地基范围一米外两边挖设60×80cm的排水沟，排水沟要做防渗处理，防止雨水浸泡地基，避免地基沉陷，碗扣支架产生不均匀沉降。
（2）、支架搭设
支撑方式采用满堂式碗扣支架。碗扣支架采用WDJ式支架，架杆外径4.8cm，壁厚0.35cm，内径4.1cm。支架要求钢管表面无锈、光滑、无裂纹，具有出厂合格证，所用钢材符合有关规定。根据主拱圈混凝土的重量，支架纵桥向间距0.6m，横桥向间距0.6m，横杆间距0.6m。考虑支架的整体稳定性，支架顶部及底部设置水平剪力撑，中部剪力撑设置间距小于4.8米；在支架的四周及中间的纵横向，由底到顶连续设置竖向剪力撑，其间距不大于4.5米，剪力撑斜杆与地面的夹角在45°—60°之间。
斜杆每步与立杆扣接，扣接点距碗扣节点的距离 ≤150mm；当出现不能与立杆扣接的情况时可采取横杆扣接，扣接点牢固。斜杆的搭接长度不小于1m，搭接处设2个扣件，两端扣件位置距端头不小于10cm。
1、测量放样
测量人员用全站仪放样出现浇拱桥在地基上的竖向投影线，并用白灰撒上标志线，现场技术员根据投影线由中心线向两侧对称布设碗扣支架。
2、碗扣支架安装
根据立杆及横杆的设计组合，从底部向顶部依次安装立杆、横杆。一般先全部装完一个作业面的底部立杆及部分横杆，再逐层往上安装，同时安装所有横杆。立杆和横杆安装完毕后，安装斜撑杆，保证支架的稳定性。斜撑杆经过扣件与碗扣支架连接，安装时尽量布置在框架结点上。
支架安装要设置扫地杆，底托下垫方木或木板以使地基受力均匀，底托伸出量控制在20cm以内。
2.1、人行坡道的搭设：
①人行马道立杆纵向间距1.2m，横桥向间距1.2m，横杆步距1.2m。内侧横杆与马道面平行。
②人行坡道搭设宽度为1.0米。
③人行坡道坡度1：2。
④人行坡道踏步高度不大于25厘米。
⑤在外侧立面设置一道剪刀撑，并应由底至顶连续设置，两侧立面由底至顶连续设置八字斜撑；剪刀撑采用搭接，搭接长度不小于1m。
⑥上栏杆上端高度1.2m，中栏杆居中设置。
⑦栏杆和挡脚板应搭设在外墩身的内侧。
⑧挡脚板高度不应小于180mm。
2.2、搭设要求
①可调底座及可调托撑丝杆与螺母捏合长度不得少于4-5扣，插入立杆内的长度不得小于150mm。
②随着架体升高，剪刀撑同步设置。
③安全网在剪刀撑等设置完毕后设置。
④安全网满挂在外排杆件内侧大横杆下方，用26＃铁丝把网眼与杆件绑牢。
⑤搭设满堂碗扣式脚手架时，使用普通钢管搭设水平剪刀撑。
⑥安装碗扣式脚手架时，立柱和纵、横桥向水平杆的安装必须同步进行，接头必须锁紧。支架搭设完成后，对碗口进行检查，必须保证所有碗口都已敲紧锁死，并检查立杆连接销是否安装、斜杆扣接点是否符合要求、扣件拧紧程度。
⑦脚手架顶自由端高度不得大于600mm,超过后设置水平横杆连接。
⑧搭设脚手架因地势情况出现端正时，用十字扣件连接水平横杆。
3、顶托安装
为便于在支架上高空作业，安全省时，可在地面上大致调好顶拖，再运至支架顶安装。每个断面横向设置5个控制点，顺桥向在拱脚、1/8L、1/4L、3/8L、拱顶设置控制面，精确调出顶托标高。然后用明显的标记标明顶托伸出量，以便校验。最后再用拉线内插方法，依次调出每个顶托的标高（以设计图纸确定最终标高，注意加上预拱度），顶托伸出量控制在20cm以内。
4、拱顶支架固结
由于现浇结构为拱桥，因此在支架顶（拱腹下方）位置将纵横向立杆用钢管连接，连接钢管采用两道，间距为60cm，钢管确保与立杆的每个接触点用十字扣件扣接牢固。
（3）、纵横梁安装
顶托标高调整完毕后，在其上安放15×15cm的方木横梁，在横梁上安放5cm厚的纵板，横梁长度随桥梁宽度（21.5m）而定，每一边各宽出至少100cm，以支撑外模支架及检查人员行走。安装纵横方木、模板时，应注意横向方木的接头位置与纵向方木的接头错开，且在任何相邻两根横向方木接头不在同一平面上。
（4）、支架预压
1、支架预压目的
为保证支架施工安全，提高现浇拱桥质量，在拱桥支架安装完毕，拱桥底模铺设完成后，对支架进行超载预压，超载系数为1.2。
预压目的：
1）检查支架的安全性，确保施工安全。
2）消除地基非弹性变形和支架非弹性变形的影响，有利于控制梁体线形。
3）确定预拱度。
2、预压方法
安装好底模模板后，对支架进行预压。支架预压荷载为混凝土结构恒载与模板重量之和的120%。支架预压分为3级加载，依次为预压值的60%、80%、120%。预压采用袋装砂土预压，加载的顺序尽量接近于浇筑混凝土的顺序，布载与混凝土重量相当；横向加载时从砼结构中心线向两侧进行对称布载。每级加载完成后，先停止下一级加载，每间隔12h对支架沉降量进行一次观测。当支架顶部监测点12h的沉降量平均值小于2mm时，进行下一级加载。
3、监测方法
在预压前对拱底标高观测一次，在每加载一级后预压的过程中监测各观测点标高并计算沉降量，全部预压荷载施加完成后，每间隔12h应监测一次并记录各监测点标高，当预压结构符合支架合格规定：各监测点最初24小时沉降量平均值小于1.0mm，各监测点最初72小时沉降量累计值小于5.0mm，判定支架预压合格。将预压荷载按加载级别卸载后再对标高观测一次，预压过程中要进行精确的测量，要测出梁段荷载作用下支架将产生的弹性变形值及地基下沉值，将此弹性变形值、地基下沉值与施工控制中提出的因其它因素需要设置的预拱度叠加，算出施工时应当采用的预拱度，按算出的预拱度调整底模标高。监控点的布置按拱脚、1/8 L、1/4L、3/8L和拱顶，每个截面按5个控制点均匀进行控制。
4、预设反拱
为保证线路在运营状态下的平顺性，梁体应预设反拱，理论计算按设计实施，施工中反拱的设置根据具体情况，充分考虑混凝土收缩徐变的影响以及二期恒载上桥时间确定。预留拱度=设计拱度+支架弹性变形值，设计图纸中已提供设计拱度，包括施工阶段的恒载、预应力和混凝土收缩、徐变产生的挠度，预压沉降量根据现场地基承载力试验可得。
5、卸载：人工配合吊车吊运砂袋均匀卸载，卸载的同时继续观测。卸载完成后记录好观测值以便计算支架及地基综合变形。
6、支架调整
在支架预压完成后，重新标定桥梁中心轴线，对拱底模板平面位置进行放样。预压后经过调整承托精确调整底模板标高，其标高设定时考虑设置预拱度。预拱度设置要考虑拱自重所产生底拱度，下沉曲线与预留拱叠加，为成型后拱体底模标高。
7、线性控制
支架预压后底模按照计算标高调整，确保支架各杆件均匀受力。预压后架体在预压荷载作用下基本消除了地基塑性变形和支架竖向各杆件的间隙即非弹性变形，并经过预压得出支架弹性变形值。根据以上实测的支架变形值，结合设计标高，确定和调整拱底标高。拱底立模标高=设计拱底标高+预留拱度。
在顶托上先铺横向方木，再铺设纵向木板，接头相互错开；在纵向木板上面铺15mm厚的竹胶板，用水准仪按梁底立模标高控制高程，保证梁底曲线符合设计要求。
（5）、模板工程
为保证现浇拱桥的外观质量、光洁度、表面平整度和线形，加快施工进度，外模、侧模均使用竹胶板。
1、底模安装
拱桥底模采用竹胶板，模板加工时按照拱桥线形将模板分段制作，将每一段视为直线段，按照抛物线X与Y值调整模板位置，保证线形美观。
在支架上横向铺设15cm*15cm方木，在横向方木上纵向铺设5cm厚的木板，再安装底模，底模板各种接缝要紧密不漏浆，在模板接缝上贴密封胶带，保证接缝平顺。
2、侧模安装
先进行测量放线确定底板边线，施工时要求侧模与底模板对准，调整好侧模垂直度，并与底模联结牢固。侧模安装完后，检查整体模板的长、宽、高尺寸及平整度等，并做好检查记录。不符合规定者及时调整，以保证安装准确。
3、顶模安装
顶模在拱圈钢筋绑扎以后及时安装，安装要注意各方面尺寸，固定牢固。按照浇筑段落预留孔洞，以方便混凝土的振捣。
（6）、钢筋工程
钢筋施工时，首先在钢筋加工场完成钢筋下料、弯曲、成型和必要的焊接，验收合格后，运至需要地点，利用汽车吊、塔吊和人工卸至作业面。钢筋需要接长时采用搭接焊或采用机械连接，钢筋保护层采用混凝土垫块形成，以确保均匀可靠。
钢筋安装前核对钢筋规格、型号、种类是否与图纸相符，确认钢筋已进行检验并合格。严格按照图纸设计和施工规范进行钢筋加工制作，加工过程中严格控制加工误差。制作完成后按照钢筋编号分别存放，并挂牌标识。
钢筋绑扎前先在底板上精确按设计放出钢筋点位，并垫设砼垫块，然后进行钢筋绑扎，绑扎成型的钢筋尺寸，箍筋间距必须满足规范要求，待监理工程师验收合格后方可进行下一道施工工序。
钢筋绑扎采用分段预留的方式，待相应段落混凝土浇筑完成以后再进行机械连接。
（7）、混凝土的运输、浇筑、及养护
混凝土拌合使用商品混凝土站集中拌制，混凝土运输采用罐车运送，泵送入模，现场采用3台泵车浇注混凝土， 1台泵车备用（3孔同时浇筑）。
1、泵送混凝土施工工艺： 
1.1泵送混凝土前，先把储料斗内清水从管道泵出，达到湿润和清洁管道的目的，然后向料斗内加入与混凝土配比相同的水泥砂浆（或1:2水泥砂浆），润滑管道后即可开始泵送混凝土。
1.2开始泵送时，泵送速度放慢，油压变化在允许范围内，待泵送顺利时，才用正常速度进行泵送。 
1.3泵送期间，料斗内的混凝土量保持不低于缸筒口上10mm到料斗口下150mm之间为宜。避免吸入效率低，容易吸入空气而造成塞管，太多则反抽时会溢出并加大搅拌轴负荷。
1.4混凝土泵送保持连续作业，当混凝土供应不及时，降低泵送速度，泵送暂时中断时，搅拌不停止，保持运转。当叶片被卡死时，需反转排队，再正转、反转一定时间，待正转顺利后方可继续泵送。
1.5泵送中途若停歇时间超过20min、管道又较长时，每隔5min开泵一次，泵送小量混凝土，管道较短时，采用每隔5min正反转2—3行程，使管内混凝土蠕动，防止泌水离析，长时间停泵（超过45min）气温高、混凝土坍落度小时可能造成塞管，将混凝土从泵和输送管中清除。 
1.6当施工时气温较高，采用温草袋覆盖管道进行降温，以降低入模温度。
1.7泵送管道的水平换算距离总和应小于设备的最大泵送距离。
2、浇筑前准备工作
2．1原材料准备
砼用原材料包括砂、碎石、水泥、外加剂，在材料进场后使用前进行检验，合格后方可使用，在施工前进一步核实数量是否足够，质量是否符合要求，保证浇筑顺利进行。
2.2机械设备、电气检查
现浇拱桥浇筑量大，连续作业时间长。在施工前对拌合站、砼运输车、泵车、备用发电机和所有的机械设备认真地进行检查、维修，保证设备满足施工的需要。
2.3施工人员到位准备
混凝土浇筑前，要进一步检查作业班组的分组情况。现场配备架子工、钢筋工、模板工进行施工中检查，发现异常情况及时处理；检查现场砼施工人员、机械驾驶人员是否全部到位，同时准备一定数量的备用人员，和意外事件发生时所需要的人员。
2.4施工现场检查
浇筑前，对模板的稳定性、螺栓连接等进行检查，清除模板内杂物、积水等。模板、钢筋、波纹管、锚具、预埋件等经监理工程师验收合格。
2.5混凝土拌制
混凝土的配制根据设计的强度等级、弹性模量及耐久性能要求，进行混凝土拌合物的性能、抗压强度、抗裂性能及耐久性能试验，按照工作性能优良，强度、弹性模量、耐久性满足要求，从中选出符合板拱设计要求的耐久性砼配合比。
砼拌合利用商砼站集中拌制，拌制前，粗细骨料中的含水量及时测量，每班抽查2次，雨天随时抽查，并按实际测定值调整用水量、粗细骨料用量。搅拌时，按选定的理论配合比换算为施工配合比，计算每盘混凝土实际需要的各种材料用量。浇筑梁体混凝土之前与之联系，安排水泥、材料、配合比等有关准备工作，随时准备拌和。
2.6混凝土浇筑
拱桥混凝土的浇筑采用分段（分为5段）浇筑，中间设间隔槽，对称于拱顶进行，各段的接缝面应与拱轴线垂直。砼的浇筑按照由低到高逐层、逐段落进行投料、振捣，而且要在下一层砼振捣密实后，再进行上一层的投料工作；层与层之间要在砼初凝前使其连续上。
砼振捣采用插入式振捣，振捣时，振捣棒与侧模应保持5cm距离，每一处振捣完后，徐徐提起振捣棒，严禁碰撞钢筋预埋件与模板，砼浇筑的间断时间不得超过砼初凝时间。振捣密实的标准是砼表面不再下沉、不再冒气泡。
初凝后，养生期间采用土工布覆盖，经常洒水养护，保持湿润状态，以防止混凝土表面出现裂纹。特别要注意混凝土的湿润、经常洒水，保持潮湿状态最少7天，湿养护不间断，不得形成干湿循环。混凝土在养护期间或未达到一定强度之前，防止遭受振动。
（8）、拱上结构的施工
待主拱圈强度达到100%时再进行立墙与腹拱圈的施工。立墙使用定型模板，工作方法同立柱施工，腹拱圈的施工采用满堂支架同主拱圈。主拱圈与腹拱侧墙的施工方法同上（参考墩柱施工）。
（9）、支架及模板的拆除
在混凝土达到设计强度100%后，再行拆模板和支架。先拆除腹拱支架，对满堂支架的拆除，应该在两个单向推力墩之间三孔同步进行拆除，要从每孔的拱顶向两端拱脚对称进行，在横向同时一起卸落。每次拆支架，拆除程序遵守由上而下，先搭后拆的原则，即先松顶托，使底梁板与梁体分离，随时注意观察梁底是否变形（可按照预压时确定的观测点，进行主拱扰度的监测），主要是拱脚位置的水平位移，若发生变形须立即停止支架拆除，若未发生变形则将模板拆除，然后拆除剪刀撑、斜撑，最后拆小横杆、大横杆、立杆等（拆除顺序为：安全网→栏杆→底模→剪刀撑→小横杆→大横杆→立杆）。
不准分立面拆架或在上下两步同时进行拆架。做到一步一清、一杆一清。拆立杆时，要先抱住立杆再敲松碗扣。分段拆除高差不应大于2步，如高差大于2步，临时增设斜撑加固保证拆除后架体的稳定性不被破坏，拆除各标准节时，应防止失稳，必要时加设临时支撑防止变形。
（10）、支架拆除的安全防护措施
⑴工人作业前必须对个人防护用品进行检查合格后，方可投入使用。检查使用的工具是否牢固，板手等工具必须用绳子链系挂在身上，防止掉落伤人。避免钉子扎脚和空中滑落。高空或悬空作业时必须戴好安全帽和系好安全带。
⑵架子拆除时划分作业区，周围必须设围栏或竖立警戒标志，地面设有专人监护和指挥，严禁非作业人员入内。
⑶在拆架过程中，不得中途换人，如必须换人时，将拆除情况交代清楚后方可离开。
⑷拆架时严禁碰撞脚手架附近电源线，以防触电事故。拆下的零配件要装入容器内，用吊篮吊下；拆下的钢管要绑扎牢固，双点起吊，严禁从离空抛掷。
⑸每天拆架下班时，不留下隐患。
（11）、满堂架搭设质量、安全保障措施
11.1、质量保障措施
1、操作人员施工前必须进行岗位技术培训与安全教育。
2、支架前做好安全技术交底，并落实所有技术措施和人身安全防护用品。
3、杆件材料到场后必须进行检查，不合格的杆件及配件不得使用。
4、严格按施工方案进行施工。
5、每级加载完成后，应先停止下一级加载，并应每间隔12h对支架沉降量进行一次监测。当支架顶部监测点12h沉降量平均值小于2mm时，可进行下一级加载。
6、脚手架施工完毕，进行验收方可使用。
7、不得在脚手架基础及相邻处进行挖掘作业，否则应采取安全措施。
11.2、安全保障措施
1、支架施工人员必须经培训考核，持证上岗。不适宜从事此项工作的疾病的施工人员不得进入施工现场。
2、佩戴安全冒、安全带、穿防滑鞋。
3、不得随意向下抛丢物品，不得随便拆除安全防护装置。
4、雨雪天气及六级大风严禁施工。
5、模板安装过程中如遇中途停歇，应将已就位模板或支架连接牢固，不得浮搁或悬空，防止构件坠落或作业人员扶空坠落伤人。
6、在吊装作业时，由专人统一指挥，参与吊装人员要有明确分工。
7、吊装作业前，检查起重设备的可靠性和安全性，并进行试吊,在吊装时应防止吊装物撞击支架。
8、每幅支架两侧各搭设宽度不小于1m的作业平台，平台上铺设脚手板，外侧设置安全防护栏杆，高度不小于1.5m。
9、施工场地要求平整，夜间施工需要有足够照明设施。
10、如遇影响排架基础稳定情况立即停工及时上报，待问题解决后再行施工。
（12）、支架受力计算
1、立杆承重计算
本工程采用满堂碗扣式支架，支架高度最高处预计15m。
主拱圈荷载：主拱圈混凝土1453.3m3，钢筋自重287764.25Kg,底板宽度全断面21.5米计算
混凝土重 G1=1453.3m3×24KN/m3=34879.2KN
钢筋重 G2=287764.25×9.8/1000=2820.1KN
一条主拱圈重 G=G1+G2=34879.2+2820.1=37699.3KN
按照《公路桥涵施工技术规范》要求，拱圈自重荷载取1.2倍系数计G=45239.2KN。
以全部重量作用于底板上计算单位面积压力：
F1=G÷S=45239.2KN÷（21.5m×60m）=35.1KN/m2
施工活荷载（包括振捣荷载）F2=4.5KN/㎡
每一计算支架间隙内荷载F1=35.1×0.6×0.6=12.64KN
F2=4.5×0.6×0.6=1.62KN
立杆轴向力N=1.2F1+1.4F2=17.4KN
立杆的稳定性计算公式为：
N

其中 N —— 立杆的轴心压力最大值，N=17.4KN；
i —— 计算立杆的截面回转半径，i=1.58cm；
A —— 立杆净截面面积，A=4.890cm2；
W —— 立杆净截面模量(抵抗矩),W=5.080cm3；
[f] —— 钢管立杆抗压强度设计值，[f] = 205.00N/mm2；
a —— 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度，a=0.50m；
h —— 最大步距，h=0.60m；
l0 —— 计算长度，取0.6+2×0.50=1.600m；
—— 由长细比，为160/1.58=101.3；
—— 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 l0/i 查表得到0.58；
经计算得到=17.4KN/(0.58×4.89 cm2)=61.35N/mm2≤[f] = 205.00N/mm2
立杆稳定性满足要求！
（2）地基承载力计算：
支架之托支撑在15cm厚的C20混凝土面上，底托的大小为10cm×10cm，按45度角进行扩散。混凝土垫层与砂砾接触的面积应按0.25m×0.25m即0.0625m2,取受力最大的单杆进行计算，产生的最大的基地应力为：17.4KN/0.0625m2=278.4KPa，到达原状地基的接触面积为0.6m×0.6m即0.36㎡，产生的最大地基应力为：48.3KPa.
根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》回填土取0.4的折减系数，故要求地基承载力大于80.5Kpa，砂砾层承载力大于464KPa。