上承式拱桥支架设计与预压监测——以永春县三桃片区人行桥为例

余永泉 朱昆

(福建省永正工程质量检测有限公司 福建福州 350000)

上承式拱桥支架设计与预压监测
——以永春县三桃片区人行桥为例

余永泉 朱昆

(福建省永正工程质量检测有限公司 福建福州 350000)

以永春县三桃片区人行桥为例，详细介绍了该支架基底处理和满堂支架安装工艺。为了使支架的承载力及稳定性满足设计要求，降低支架的非弹性变形及地基土的不均匀沉降，对该桥支架进行了预压试验，观测支架基础沉降和支架沉降。监测结果表明：支架线形良好，未出现超限的模板或支架变形，各项指标满足规范要求。最后，以该工程实例研究为基础，提出了拱桥满堂支架预压施工一些建议。

上承式拱桥；支架设计；预压监测

0 引言

在支架搭设完成后必须要进行支架的预压试验，为了避免出现安全问题，增加主拱圈、腹拱圈的承载力，在主拱圈支架及主拱圈底模衬板施工完成后对其进行超载预压试验[1-2]。

超载预压试验的目的是为了检查支架是否满足拱桥施工时所需承载力，保障施工安全，减小由地基、支架自身引起的非弹性变形。测量预压时如有支架材料特性产生的弹性变形，再根据其弹性变形数据对支架进行预拱度调整[3]，便于控制桥面线形。

由于支架的承载力、稳定性及安全性对人身和财产安全影响非常大，并且在桥梁施工过程中监测有着重要的指导意义，所以预压试验的数据必须准确有效。因此，对于预压试验的关键因素必须要控制到位，保证得到准确有效的数据，达到预压目的[4]。

本文以福建省永春县三桃片区人行桥为例，详细介绍该桥支架基底处理和满堂支架安装工艺，并基此提出一些相关建议，期与同行共磋。

1 工程背景

永春县三桃片区人行桥工程位于福建省泉州市永春县，桥梁跨越桃源南路及道路北侧的桃溪，为三跨连拱人行桥，跨径组合为30m+40m+30m，桥梁全长100m。上部结构采用上承式钢筋混凝土连续无铰板拱，主拱圈横断面宽度4.8m，边跨净跨径为28.7m，矢跨比为1/6.38，拱圈厚度0.6m。中跨净跨径为38.0m，矢跨比为1/6.33，拱圈厚度0.8m，主拱圈采用搭设钢管贝雷梁支架进行施工。拱上建筑采用：主拱圈两侧设置钢筋砼挡墙，挡墙内填充掺5%石灰粉煤灰填土。为减少拱上建筑自重，并加大过流面积，在桥墩处设置腹拱，腹拱亦采用钢筋砼结构，板厚0.5m，跨径9m，矢高3.0m，矢跨比1/3。下部结构：桥台均采用U型桥台，桥墩均采用变截面船型板式墩，基础采用冲(钻)孔灌注桩基础。

设计荷载：人群荷载为5.0kN/m2，栏杆推力为2.5kN/m，竖向荷载为1.2kN/m，风荷载为0.80kN/m2。桥型布置图如图1所示。

图1 桥型布置图(单位：cm)

2 支架设计

2.1 确定拱圈底模标高

在拱圈支架现浇施工过程中，确定好立模标高，有利于控制拱圈线形的平顺，使其达到设计要求。在确定标高时应结合实际考虑地形及基础等因素，并对其有效控制，可使拱桥的线形平顺美观。如果不能准确控制标高，最终施工完毕后的拱圈线形则达不到预期效果。

在确定立模标高时，应考虑施工过程中产生的各种变形，这就需要设置一定的预抛高。模板定位标高计算公式如下：

d=d1+d2+d3+d4

(1)

式中：d—模板定位标高； d1—设计标高； d2—运营预抛高； d3—施工预抛高； d4—支架变形。

由于地质情况、材料特性及施工误差等因素的影响，必须为支架设置一定的预拱度，使其最终成形的拱圈线形顺适、美观，并符合设计及规范要求。根据以往施工经验及本桥实际情况，预拱度计算主要由以下6个方面组成。

(1)由墩台水平位移引起的拱顶弹性挠度值；

(2)在支架基础受载后产生的非弹性下沉；

(3)由拱圈自重引起的拱顶弹性下沉；

(4)荷载作用下拱架的弹性及非弹性变形；

(5)拱圈由温度变化引起的拱顶弹性下沉；

(6)拱圈由混凝土的收缩及徐变引起的拱顶弹性下沉。

以上6个方面均应按施工设计图的要求进行有效准确控制。预拱度计算公式如下式：

δ=δ2+δ3+δ4

(2)

式中：δ—预拱度； δ2—运营预抛高； δ3—施工预抛高； δ4—支架变形。

各点按二次抛物线分配(公式如下)，与设计和监控单位提供的数据对比，判断是否需要调整，即：

δx=δ(1-4x2/l2)

(3)

式中：δx—任意点(距离拱顶水平距离为x)的预加高度；

δ—预拱度总值；

x—跨中至拱脚的水平距离；

l—拱圈的计算跨径。

2.2 操作工艺

(1)支架基底处理

支架基底必须进行整平处理，再对其进行碾压，以提高支架基底的承载力，保证支架和拱架在施加荷载后的下沉高度能控制在设计预留施工拱度及标高范围以内，支架基底处理大样如图2所示。

图2 支架基底处理图

(2)施工交通疏导及防汛措施

因该桥梁跨越桃源南路及道路北侧的桃溪，故需在施工期间做好桃源南路的交通疏导及桃溪的防汛措施。

桃源南路现状为双向6车道，道路车流量大，行人横穿不便，交通安全隐患多。根据实地勘察测量，在桃源南路架设一座钢箱梁天桥连接桃溪人行桥以缓解交通压力。

桃溪人行桥位于桃溪上，桃溪护岸防洪标准为20年一遇。根据桃溪水文资料，项目部设立雨季施工和防汛应急措施领导小组，在施工现场设置集水、排水、排污系统，保证雨天施工场地不积水。潮汛季节应配备抽水设备，并保证排水系统通畅。每天了解天气预报，做到心中有数，并按气候情况安排当日工作，同时做好雨季、汛季施工安全教育工作。

图3 监测系统示意图

(3)满堂支架安装

①支架搭设时，按照《建筑施工扣件式脚手架安全技术规范》(GJ130-2011)[5]的要求进行施工。

②在底板上用墨线弹出立杆的位置，根据立杆位置先搭设水平和横向扫地杆件，再搭设立杆和横杆，满堂支架的间距为30cm×30cm(纵横向)。

③为增强支架的稳定性，搭设剪刀撑、斜撑，剪刀撑斜杆与地面的倾角45°～60°，每隔两排立杆搭设一组剪刀撑。斜撑在拱脚和L/4处，每隔一组立杆搭设一组斜撑，两组斜撑错开布设。

④立杆与横杆用直角扣件扣紧，不得隔步设置或遗漏，相邻的接头位置错开布置在不同的步距内，与相应横杆的距离不大于步距的1/3。上、下横杆的接长位置严禁重叠，且与相近立杆的距离不大于纵距的1/3。

⑤支架立杆搭设间距偏差控制在±50mm内，单根立柱搭设垂直度偏差控制在3‰以下，支架纵轴平面位置偏差应不大于27mm。支架钢管底模与地基的接触面上保持平整。

3 预压监测

对支架进行预压可以检验其承载能力，同时可以减小、消除非弹性变形，并测出支架的实际变形值。根据支架预压加载测得的数据，可为施工过程中的监控工作提供可靠依据，确保支架的整体性、刚度、强度与稳定性满足要求。

3.1 监测系统

按《钢管满堂支架预压技术规程》(JGJ/T 194-2009)[6](以下简称《预压规程》)第6.2条对监测点布置的要求 ，本文预压监测采用图3所示的监测系统。选取各跨顺桥向拱跨L/4截面、跨中截面、L/4截面以及贝雷梁立柱和跨中位置作为测试截面，设置支架变形(A1～A9)和支架基础沉降(贝雷梁和立柱，B1～B8)两组测点， 所有测点在上下游均有设置，且支架变形测点在支架顶、底部均有设置。测点布设方法采用钢丝吊重锤和钢尺粘结钢管立柱相结合的方法。其中，钢丝吊重锤布设法具体做法如下：上端固结在拱圈槽钢上，下端在距地面约1.5m左右的钢丝与钢尺连接，并在钢尺下端吊重锤。

3.2 监测方案

3.2.1 加载方案

根据设计文件，本项目边跨主拱采用0.6 m厚的现浇钢筋混凝土板拱，中跨主拱采用0.8 m厚的现浇钢筋混凝土板拱，腹拱采用0.5m厚的现浇钢筋混凝土板拱。混凝土容重按26.0kN/m3计，主拱圈支架预压荷载不小于1.2倍拱圈自重，预压荷载按式(4)计算，计算得到边跨主拱、中跨主拱和腹拱预压荷载集度分别为18.72kN/m、24.96kN/m和15.6kN/m。

q=α·d·γ

(4)

式中：q—预压荷载，kN/m； α—安全系数，取α=1.2； d—拱桥圈厚度，m； γ—混凝土容重，kN/m3。

中跨主拱圈支架预压荷载采用混凝土块与沙袋组合加载，边跨主拱圈采用试块加载，腹拱圈采用沙袋加载，从拱脚往拱顶对称施加。

预压荷载分三级施加，每级施加的均布荷载分别为满载的60%、80%和100%。

预压过程为防止模架失稳，监测人员在加载过程中应严格按照加载方案分级加载，仔细观察分析加载过程数据及模架变化，如有失稳征兆应第一时间撤离现场人员，查明原因，做好安全监测工作，以防止工程事故发生。

3.2.2 测试方案

本项目预压监测开始前已完成支架基础施工和支架的搭设工作，监测内容包括支架基础(贝雷梁和立柱)沉降的预警和支架沉降监测，主要技术路线如图4所示。

图4 预压监测技术路线

加载前，对全桥测点测读；加载过程中，仅需测试支架基础沉降测点的标高；加载完毕后，对全桥测点测读；卸载6h后，再次对全桥测点测读，得到支架的弹性变形与非弹性变形。

对支架基础沉降测点，在每级荷载(包含满载的60%、80%和100%，共三级)施加完毕后进行一次观测，为加载过程中支架基础沉降进行预警。当贝雷梁跨中沉降小于10mm，且其立柱支承位置沉降小于5mm时，判定合格。合格标准依据《预压规程》[6]。

对支架沉降测点，分析其在加载完毕后的沉降量平均值，当各监测点最初24h的平均沉降小于1mm，或最初72h的平均沉降小于5mm时，判定合格。合格标准根据《预压规程》[6]给出。

3.3 监测结果与分析

3.3.1 支架基础沉降监测

加载过程中对支架基础沉降测点累计进行3次监测，监测结果如图5所示。图中沉降量为上、下游监测结果的平均值。

结果表明，预压加载过程贝雷梁跨中和立柱支承位置最大沉降量分别为0.476cm和0.092cm，均未超过预警值。

图5 支架基础沉降监测结果

3.3.2 支架合格判定

支架变形监测结果如图6所示。

图6 支架变形监测结果

监测结果表明：支架在加载24h后各测点最大沉降差为0.075cm，各监测点最初24h的沉降量平均值小于1mm，故支架预压合格。

3.3.3 支架弹性变形和非弹性变形

根据各监测点初读数据、满载24h监测数据和卸载后6h监测数据计算得到预压荷载作用下各监测点竖向的弹性变形和非弹性变形，如表1所示。表中支架基础沉降测点数据为上下游测点数据的平均值，支架沉降测点数据为拱顶上下游测点数据的平均值。

4 拱桥满堂支架预压监测对预压施工的启示

本文根据以往施工监控经验及该桥梁的满堂支架预压经验进行了总结，并对其进行引申，对现阶段拱桥满堂支架的预压施工提出以下6点建议。

(1)支架施工第一工序是对地基土进行处理。为了防止地基不均匀沉降对地基安全的影响，必须要对相应的地基土，相应的地质条件进行分析，对其采取有效的处理措施。

(2)在支架的设计中，必须要对所选支架的搭设方案进行建模，对其进行承载力验算和稳定性分析，使支架满足荷载要求。

(3)在支架预压前后应对其进行安全性检测，由技术负责人及安全员组织检测队伍对地基和基础进行检测，并对较大缺陷进行记录，如地基和支架存在变形量过大现象、扣件存在松动现象。

(4)支架预压加载形式应根据现场情况制定适宜的加载方案。一般来说，荷载应由中心向四周扩散的方式，荷载的堆放也应严格按照要求进行，避免由堆放不均匀引起的局部荷载过大，保证施工安全。

(5)由于对测量精度的要求较高，需要改进测量方法，在满堂支架内部进行测量时，由于测量不便，仪器扰动，使得测量误差较大。

(6)预拱度的设置主要由结构本身所需预拱度及施工所需预拱度组成，而施工所需预拱度主要由模版支架的弹性变形、非弹性变形及基础沉降变形三个方面影响。

5 结语

本文以永春县三桃片区人行桥为例，对拱桥的满堂支架的设计方法进行了详细介绍，提出了支架基底处理和满堂支架安装时的操作细则。按照本文方法设计支架并进行预压检测，达到了预期的效果，支架线型良好，未出现超限的模板或支架变形，各项指标满足规范要求。

基于笔者在预压监测工作中的一些经验，提出了拱桥满堂支架预压施工建议，以供同行参考。

[1] 杨晓鑫，杨翔，杨建荣，等.空腹式拱桥满堂支架预压施工技术研究[J].施工技术，2015(S2)：750-752.

[2] 赵兵.现浇混凝土连续箱梁支架预压技术探讨[J].公路交通技术，2008(02)：79-81，85.

[3] 郑斐，郭琦，张岗.大跨径拱桥现浇施工支架的稳定性分析[J].华东公路，2007(06)：33-36.

[4] 张玉娥，王新华，朱英磊.大跨拱桥施工支架设计及施工控制[J].石家庄铁道学院学报，2006(02)：36-38.

[5] JGJ130-2011 建筑施工扣件式脚手架安全技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2011.

[6] JGJ/T 194-2009 钢管满堂支架预压技术规程[S].北京：光明日报出版社，2009.

Design and preloading monitoring of upper arch bridge scaffold ——A case study of pedestrian bridge in three peach area of Yongchun County

YUYongquanZHUKun

(Fujian Yongzheng Construction Quality Inspection Co., Ltd, Fuzhou 350000)

Taking the pedestrian bridge of the three peach area in Yongchun County as an example, the treatment of the support base and the installation of the full story frame are introduced in detail. In order to support the bearing capacity and stability meet the design requirements, reduce stent inelastic deformation of foundation soil and uneven settlement of the bridge bracket of Preloading test, settlement observation and settlement based support bracket. The monitoring results show that the stent has good alignment, no excessive deformation of the template or stent, and all the indexes meet the requirements of the specifications. Finally, on the basis of the case study, some suggestions are put forward for the pre construction of the full span support of arch bridges.

Upper arch bridge; Scaffold design; Preloading monitoring

余永泉(1991.9-)，男，助理工程师。

E-mail:309909336@qq.com

2017-05-25

U442

A

1004-6135(2017)09-0085-05