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沈阳新新葡的京集团350vip8888集团有限公司第三项管部QC小组
一、工程概况
友谊大桥横跨阴河，桥梁全长295.16米，桥梁全宽48米。本桥结构为带挂梁V型墩连续刚构桥。挂梁处预制T梁结构，其他处采用单箱三孔预应力混凝土箱梁结构，梁底曲线采用圆曲线拟合。1#~6#墩为钢筋砼V型墩，壁厚80~170cm，V型墩与箱梁底板等宽，为9.4m，全桥宽度方向设置4排V型桥墩。
二、QC小组概况
小组名称 沈阳新新葡的京集团350vip8888集团有限公司第三项管部QC小组
课题名称 V型墩斜腿刚构桥支撑体系创新应用
小组类型 创新型 组长 郝凤波
小组成立时间 2012年4月20日 小组注册时间 2012.4.20
小组活动日期 2012年4月20日—2012年7月18日 小组注册号 sysz_qc_1204_02
小组成员 7人 课题注册号 sysz_qckt_1204
三、选题理由
1、公司要求：追求一流质量，创建精品工程，奉献完美服务。
2、控制工期：友谊大桥为赤峰市中环工程重要节点，按时完是保证中环线顺利通车的关键，并且在工期内包括两个冬季，因此工期较紧。
3、制定材料周转计划：友谊大桥结构为带挂梁V型墩连续刚构桥，箱梁底曲线采用圆曲线拟合，所需模板为需定制钢模，支撑系统需要材料数量较大，应提前统筹。
4、消除危险源：本桥跨径为47米，支撑系统高度为15米 ，属于高支架大模板工程，是本项目最大的危险源。
5、质量控制：V型墩、箱梁的施工及外观质量是本桥创优的关键。
6、市场推广：掌握V型墩斜腿刚构桥的支撑系统施工要点将为我单位在类似的异型结构支撑系统设计施工中积累丰富经验。
综上所述本次QC小组课题确定为“V型墩斜腿刚构桥支撑体系创新应用。”
四、确定目标
1.目标：整个支撑体系稳定、可靠，强度及刚度均满足设计要求，且组装拆卸方便，材料便于周转，节省工期。
2.目标值：2.1施工完成后支撑系统沉降，V型墩位移均控制在规范允许范围内。
2.2整个施工工期内包括两次汛期，整个支撑体系要能够安全度汛。
2.3支撑系统搭设施工工期应控制在30天以内，材料能够周转使用。
3.目标可行性分析：
1）本QC小组成员具有丰富的实际施工经验，理论和实践水平较高，并且具有多次成功的QC活动经验。
2）V型墩斜腿刚构桥支撑体系的创新应用已列为我公司本年度重大研发项目，得到公司领导的重视，并派出研发中心相关人员参与，有利于目标值的实现。
3）在进行方案设计时采用MADIS CIVIL软件进行受力计算，进行仿真模拟实验，可增加工作效率及准确性，有效确保QC活动目标实现。
虽然V型墩斜腿刚构桥支撑体系的应用在我单位以往实施的工程中未有过先例，但是我们得到了总公司的大力支持，目标明确，小组成员经验丰富，具有开拓创新精神，所以我们认为确定的目标值可以完成。
五、提出方案、确定最佳方案
1、方案提出
我们QC小组围绕本工程特点，明确活动方向，运用头脑风暴法集思广益，相互启发，大胆创新，针对V型墩斜腿刚构桥支撑系统的特点从施工质量，施工安全，工期，材料投入等方面着手，设计出4套方案。
方案一：π型架—桁架、管桩、贝雷梁、满堂支架支撑体系。
V型墩墩顶使用π型架支撑，V型墩使用桁架支撑，箱梁处使用管桩、贝雷梁、满堂支架支撑。（具体布置见下图）
方案二：三角桁架、T型梁、管桩、贝雷梁、满堂支架支撑体系。
V型墩顶采用T型梁支撑，V型墩采用三角桁架支撑，箱梁处使用管桩、贝雷梁、满堂支架支撑。（具体布置见下图）
方案三：满堂支架、T型梁、支撑体系。
V型墩顶采用T型梁支撑，V型墩及箱梁处全部采用满堂支架支撑。（具体布置见下图）
方案四：三角桁架、T型梁、满堂架支撑体系。
V型墩顶采用T型梁支撑，V型墩采用三角桁架支撑，箱梁处使用满堂支架支撑。（具体布置见下图）
2、方案对比
以上四种方案提出后我小组成员从施工工期、安全性、质量保证、经济性，可操作性进行对比
方案对比分析表（表5.1）
名称 分析对比 结论
质量保障 安全性 施工工期 经济性 可操作性 综合评定
方案1：π型架—桁架、管桩、贝雷梁、满堂支架支撑体系。 各组成部分强度、刚度均能满足设计要求，沉降等可控制在规范允许范围内，但是π型架需穿V型墩内部，对工程外观质量造成影响。
综合评定1分 根据实际情况设计支撑体系，各组成部分刚度、强度稳定性均能满足要求，并且π型架、管桩截面积较小，可抗冲刷，能够保障安全度汛。V墩支撑桁架安装过程中由较大安全隐患。
综合评定3分 采用钢管桩代替满堂架施工，可大量减少人工，增加机械化作业提高效率，但是π型架安装过程中与V墩施工交叉，会延长安装时间。预计单跨支架搭设需24天
综合评定3分 此方案中使用的满堂架、贝雷梁需租赁；π型架—桁架、管桩需购买，一次性购入花费较大，但使用后可减去残值；由于满堂架搭设量较少，工作效率高。
综合评定3分 方案中管桩焊接，贝雷梁安装，满堂架搭设均为成熟工艺，但π型架安装需要与V墩施工交叉作业，此种施工方法存在一定难度。
综合评定1分 11分 不选用
方案2：三角桁架、T型梁、管桩、贝雷梁、满堂支架支撑体系。 各组成部分强度、刚度均能满足设计要求，沉降等可控制在规范允许范围内
综合评定4分 T型梁、钢管桩均具有截面积相对较小，抗冲刷的特性，可保障安全度汛。
综合评定4分 采用钢管桩代替满堂架施工，可大量减少人工增加机械化作业提高效率，根据类似工程经验单跨支架搭设需20天
综合评定4分 此方案中使用的满堂架、贝雷梁需租赁；三角桁架、管桩需购买，一次性购入花费较大，但使用后可减去残值；由于满堂架搭设量较少，工作效率高。综合评定4分 此方案施工中仅需进行三角桁架吊装，钢管桩焊接，贝雷梁组装、满堂架搭设施工，我项目部施工队又类似施工经验，简便可行。综合评定2分 18分 选用
方案3：满堂支架、T型梁支撑体系。 T型梁部分强度、刚度均能满足设计要求，但由于满堂架搭设高度较高、V型墩结构特殊、工人操作等原因可能会造成沉降值超出规范允许范围内。影响工程质量。
综合评定1分 满堂支架搭设高度较高，在混凝土浇筑施工过程中可能会对支撑体系造成影响；满堂架支撑体系抗冲刷能力较差，汛期施工中洪水冲刷会对整个支撑体系造成影响。综合评定1分 此方案采用满堂架与T型梁混合支撑方式，搭设高度高，满堂架搭设量较大，且需由人工搭设，进度较慢，预计单跨支架搭设工期约为27天
综合评定1分 此方案中使用的满堂架需租赁由于工期长、租赁费用高；T型梁需购入，数量较少，使用后可减去残值；由于满堂架搭设量大，工作效率低。
综合评定1分 此方案施工中仅需进行T型梁吊装，满堂架搭设施工，均为很成熟的施工方案，工人操作熟练，简便易行。
综合评定4分 8分 不选用
方案4：三角桁架、T型梁、满堂支架支撑体系。 T型梁、三角桁架部分刚度强度均能瞒足设计要求，但满堂架搭设部分由于但由于满堂架搭设高度较高、工人操作等原因可能会造成沉降值超出规范允许范围内。影响工程质量。
综合评定2分 整个支撑体系中三角桁架、T型梁抗冲刷能力较强，满堂架支撑体系抗冲刷能力差，汛期施工中洪水冲刷会对整个支撑体系造成影响。综合评定2分 此方案采用满堂架与T型梁、三角桁架混合支撑方式，搭设高度高，满堂架搭设量仅少于方案3，进度较慢，预计单跨支架搭设工期约为25天
综合评定2分 此方案中使用的满堂架需租赁由于工期长、数量较大租赁费用较高；T型梁、三角桁架需购入，使用后可减去残值；由于满堂架搭设量较大，工作效率低。
综合评定2分 此方案施工中进行T型梁，三角桁架吊装，满堂架搭设施工，与方案3仅增加三角桁架吊装，工人操作熟练。
综合评定3分 11分 不选用
3.通过对以上4种方案的对比，最终选定方案2：三角桁架、T型梁、管桩、贝雷梁、满堂支架支撑体系为最终方案。
六、方案实施过程中需解决的问题
本QC小组继续采取头脑风暴法进行论证分析，并根据以往实际工作经验及现场实际情况，预计本支撑体系在实际实施过程中将会遇到以下5个问题。1、需进行三角桁架受力计算、进行方案细化2、箱梁支撑体系的受力计算、细化。3、支撑体系的基础处理。4、V型墩施工过程中的监测。5、施工过程中安全技术措施及应急预案在实际操作过程中不落实。
七、制定对策
序号 问题 对策 目标 措施 地点 时间 负责人
1 三角桁架、T型梁支撑体系的深度设计及核算 对V型墩施工中的受力情况运用MADISCIVIL软件进行模拟计算确定最终布置 确定三角桁架各细部尺寸及布置形式 根据V型墩的尺寸确定出施工荷载，加入施工荷载及安全系数后进行建模、受力分析，桁架为方钢管焊接而成，桁架高参照V墩高为12.23m，每个V型墩单侧斜腿外侧布置4片桁架。 会议室、办公室 2012.5.2 郝凤波
2 箱梁支撑体系的深度设计及核算。 对箱梁施工中的受力情况运用MADIS CIVIL软件进行模拟计算确定最终布置 确定箱梁支撑体系各细部结构及布置形式 箱梁支撑采用钢管桩(φ426×8mm、φ216×8mm)、桩顶分配梁(2[36b)、贝雷梁、小横梁(I16)、钢管脚手架(φ48×3.5mm)及木模系统。桩间设置联结系，在钢管桩上设桩顶分配梁，分配梁上设置5组贝雷梁，贝雷梁上布置小横梁，小横梁上搭设钢管脚手架，然后安装木模系统进行箱梁施工。 会议室、办公室 2012.5.2 林晓静
3 支撑体系的基础处理。 综合焦虑造价，工期等因素制定基础处理方案。 确定地基处理方案 根据现场实际情况，采用换填级配砂砾，三角桁架及管桩下部采用钢筋混凝土条形基础作为整个支撑体系的基础。 会议室、办公室 2012.5.2 韩金昊
4 V型墩施工过程中的监测。 运用全站仪，水准仪，等仪器进行位移及沉降监测 制定出可行的监测方案 在现场已形成的桥台上建立出永久的水准点，用于对沉降的检测，同时在已形成的承台上建立控制点，用于对V型墩位移的观测。 会议室、办公室 2012.5.2 张冰
5 施工过程中安全技术措施及应急预案在实际操作过程中不落实。 制定完善的安全技术措施和安全生产组织体系 保障各项安全措施落到实处，无安全事故发生 在每个分项工程开始之前进行技术交底；各特种作业人员均需持证上岗，对各施工机械进行定期检查不能安全操作的停止使用；施工过程中派人管理，发现违章操作立即制止。 会议室、办公室 2012.5.2 王宁
八、对策实施
实施一、对三角桁T型梁支撑体系进行深度设计及核算
1、方案阐述
我小组成员根据以往实际工作经验并结合本工程实际特点，确定本方案支撑体系各部分基本结构。V型墩采用三角桁架法进行施工，本结构主要由直角桁架、对拉钢筋(φ32mm精轧螺纹钢筋)、及钢模系统组成。桁架为方钢管焊接而成，桁架高12.23m，每个V型墩单侧斜腿外侧布置4片桁架。两侧桁架自下而上共设置七道对拉钢筋，对拉钢筋采用φ32精扎螺纹钢筋，等级为PSB830。桁架、对拉筋、钢模系统、内T形支架系统组成一个整体结构共同承担上部荷载。V型墩顶箱梁采用T形支架施工，该结构主要由立柱(H600×200×11×17)、横梁(H450×200×9×14)、斜向及纵桥向水平连接杆(I30工字钢)、横桥向水平连接杆(φ32钢筋)、钢管脚手架(φ48×3.5mm)组成，脚手架上布置木方、木模系统。立柱顶面设置横梁，横梁上设小横梁并搭设φ48×3.5mm脚手架构成墩顶梁段浇筑支撑。
2、建立模型
图8-1 V形墩内外侧三维效果图
图8-2 V形墩斜腿受力示意图
3.理论计算
3.1荷载说明
在计算中，混凝土冲击荷载为4KN/m2，混凝土振动荷载为4KN/m2，风荷载为1.5KN/m2，人群荷载2KN/m2，钢筋混凝土密度为2.6×103Kg/m3，钢材密度为7.85×103Kg/m3。
3.1.1外支架计算模型说明
为了偏安全考虑，外支架计算时没有考虑自底至上的三道对拉杆件，并将混凝土自重及施工荷载作为均布荷载加载斜杆件上，外支架底部作为固结制作进行计算。
3.1.2内支架计算模型说明
内支架计算时上部混凝土自重按照恒荷载均布施加在横杆件上面，施工荷载按照活荷载均匀施加在横杆件上面，横杆件和连接杆件与预埋件的链接按照铰接计算。
3.2外侧桁架计算结果
3.2.1荷载布置图
荷载布置图如下(自左向右分别为风载、活载、恒载图)
3.2.2外支架节点位移图
图8-4外支架节点位移图(mm)
图示显示绿色为满足挠度要求，具体计算结果见下表(计算由PKPM软件完成)
表8-1 外支架节点位移表
节点 水平位移(mm) 垂直位移(mm)
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 -0.2 0.9
5 0.4 1.9
6 0.9 1.1
7 0.3 2.5
8 0.3 2.4
9 -1.0 1.7
3.3内支架计算结果
荷载布置图
图8-5 荷载布置图(自左向右分别为活载、恒载图)
内支架节点位移图
图8-6 内支架节点位移图(mm)
图示显示绿色为满足挠度要求，具体计算结果见下表(计算由PKPM软件完成)
表8-2内支架节点位移计算结果表
节点 水平位移(mm) 垂直位移(mm)
1 0 0
2 0 0
3 0 0.9
4 0 0
5 0 1.5
6 0 2.3
7 0 1.6
8 0 2.3
9 0 0
10 -0.1 3.6
11 0 1.8
12 0.1 3.6
13 0 0
3.4内侧脚手架计算结果
荷载布置图
3.4.1.横桥向荷载布置图
图8-6 横桥向荷载布置图(活荷载)
图8-7横桥向荷载布置图(恒荷载)
2.纵桥向荷载布置图(自上而下分别为活载、恒载)
图8-8 纵桥向荷载布置图(活荷载)
图8-9 纵桥向荷载布置图(恒荷载)
纵桥向支架计算
1.节点位移图
图示显示绿色为满足挠度要求，具体计算结果见下表(计算由PKPM软件完成)
表8-3内支架脚手架节点位移计算结果表
节点 水平位移(mm) 垂直位移(mm)
横向最大位移 0 0
竖向最大位移 0 0.3
横桥向支架计算
节点位移图
图示显示绿色为满足挠度要求，具体计算结果见下表(计算由PKPM软件完成)
表8-4 内支架脚手架节点位移计算结果表
节点 水平位移(mm) 垂直位移(mm)
横向最大位移 0 0
竖向最大位移 0 0.3
4、效果检查
通过对三角桁架-T型梁支撑体系的深度设计与核算，此支撑体系能够提供V型墩施工中所需荷载要求。并经过公司内部、专家审批，获得通过，达到了预期目标。
实施二、箱梁支撑体系的深度设计与校核。
1、方案简述
经我小组人员讨论研究。箱梁支撑体系采用贝雷梁支架，钢管桩(φ426×8mm、φ216×8mm)、桩顶分配梁(2[36b)、贝雷梁、小横梁(I16)、钢管脚手架(φ48×3.5mm)及木模系统。钢管桩与条型基础结合，在桩间设置联结系，在钢管桩上设桩顶分配梁，分配梁上设置5组贝雷梁(两片一组，每个箱梁下方5组)，贝雷梁上布置小横梁，小横梁上搭设钢管脚手架，然后安装木模系统进行箱梁施工。
2、建立模型
图8-12 合拢段支架系统示意图
3、钢管桩贝雷梁支架应力计算
图8-13 支架系统应力图
小横梁工16最大应力σmax＝87MPa ≤[σ0] ＝170MPa
贝雷梁桁架中：弦杆最大应力σmax＝202MPa ≤[σ0] ＝273MPa
竖杆最大应力σmax＝242MPa ≤[σ0] ＝273MPa
斜杆最大应力σmax＝188MPa ≤[σ0] ＝273MPa
支撑架最大应力σmax＝243MPa ≤[σ0] ＝273MPa
桩顶分配梁2[36b最大应力σmax＝135MPa ≤[σ0] ＝170MPa
桩间联接系最大应力σmax＝45MPa ≤[σ0] ＝170MPa
钢管桩最大应力σmax＝131MPa ≤[σ0] ＝170MPa
所以，钢管桩贝雷梁支架强度均满足要求。
钢管桩贝雷梁支架位移
贝雷梁桁架最大位移f＝13.1mm ≤[f0]＝9000/400＝22.5mm
桩顶分配梁最大位移f＝4.5mm ≤[f0]＝3550/400＝8.9mm
钢管桩贝雷梁支架的刚度满足要求。(计算由MADIS CIVIL软件完成)
钢管桩贝雷梁支架稳定系数
稳定系数为5.6＞4.0，满足要求。(计算由MADIS CIVIL软件完成)
4、效果检查
经过对箱梁支撑体系的深度设计与核算，此支撑体系能够提供箱梁施工中所需的荷载，位移及沉降均符合规范要求，并经过公司内部、专家审批，获得通过，达到了预期目标。
实施三、支撑体系的基础处理
1、方案阐述
桥区范围内土层清至设计河床底标高以下20cm(设置条形基础的区段为1.1m)后应在地基上方用轻型触探仪作地基承载力实验，承载力低于200Kpa的地基应做换填处理。处理方式为换填软弱地基并分层回填压实级配沙砾，处理时应挖除软弱地基直至承载力较大的沙砾、岩石等地层。地基处理完成后要求承载力应能达到200Kpa以上。承台基坑内应直接分层回填压实级配沙砾至承台顶标高。
地基处理完毕后应进行三角桁架、钢管桩下方的条形基础浇注，直角桁架下方条形基础采用C30混凝土，尺寸为750mm×750mm；钢管桩下方条形基础采用钢筋混凝土扩大基础形式，混凝土标号为C30，尺寸为2500×600mm。钢管桩条形基础应设置预埋件以便于钢管桩与基础进行焊接连接。条形基础浇注完成后应浇注10cm厚C25混凝土地坪以防止水流冲刷，边跨满堂脚手架下方应浇注40cm厚C25混凝土地坪。
2、地基承载力计算
依据工程地质勘探，条形基础深度范围内土层的地基承载力特征值为：
圆砾：σ¬＝340 Kpa τ＝120 Kpa
不考虑不均匀沉降，并假定浸水后的条形基础基底承载力折减到120KPa。
依据上述条件计算条形基础：
根据《建筑地基基础设计规范》 GB 50007-2002
地梁地基承载力验算
V型斜腿最大厚度为1.8m，对支架线荷载为
1.8×9.4/3×26×sin30°=73KN/m
传递到地基上的线荷载为73×cos30°=64KN/m
扩散到750mm宽的地梁上面，则造成的压强为64/0.75+26=111Kpa＜120kpa，满足地基承载要求。
管桩处条型基础基地应力： 满足地基承载要求。
3、效果检查
经过对支撑体系地基处理方案的研究，得出最佳处理方案，此方案经过公司内部、专家审批，获得通过，在实际施工中简便易行，节省造价、工期。施工中基础无沉降现象发生，达到了预期目标。
实施四、V型墩及箱梁施工中的监测
经过理论计算虽然得出施工过程中支撑体系的最大沉降及位移偏差，但由于施工过程中工人操作等原因可能会造成混凝土施工过程中沉降及位移偏大。那么在V型墩及箱梁混凝土施工过程中必须加强施工监控，一旦发现较大的非均匀变形及时采取措施纠偏。
1、监测准备：V型墩及箱梁施工中的监测主要依靠全站仪、水准仪、钢尺来实现。V型墩及箱梁施工前在已 经形成的桥台上设置高程控制点，用来控制V型墩及箱梁的高程，并用作沉降观测点；在已形成的承台上设置位轴向控制点，用于位移观测点。混凝土施工前V型墩、箱梁模板均按要求支设，校核完毕。
2、施工监测：混凝土施工中，项目部工作人员通过水准仪，全站仪监测V型墩、箱梁位移，沉降，保证，如发生不均匀变形或变形值大大超出设计范围应及时停止施工查找原因，防止安全及质量事故发生。
3、效果检查
通过施工过程中的监测，整个支撑体个别点沉降值为4mm，位置2mm满足规范及设计要求，施工过程中的监测工作保障了混凝土施工的顺进行，使V型墩斜腿钢构桥支撑体系的安全性、稳定性有了数据上支撑。监测方案达到了预期目的。
实施五、针对施工过程中安全技术措施及应急预案在实际操作过程中不落实。
1、建立安全生产组织保障体系，各分项工程安全施工由专门人员负责，责任落实到个人，使项目部人员明确分工。根据本工程危险源制定了相关的专项安全方案有临时用电安全方案、安全防火方案、钢筋加工安全方案、模板施工安全方案、支架搭设安全方案、混凝土施工安全方案，吊装作业安全方案、雨季施工安全方案、桥梁度汛安全方案保证施工安全。施工前对项目部及作业队进行交底，详细讲解各个工序的施工要点，采取书面交底和现场讲解相结合的办法，使每个操作人员都能按操作规程施工。
2、除了制定安全方案外还建立了相关的应急预案
1）伤亡事故应急预案
2）物体打击及高空坠落事故应急预案
3）触电事故应急预案
4）火灾事故应急预案
5）中暑应急预案
6）中毒事故应急预案
7）防汛应急预案
3、效果检查
通过项目部人员的积极努力，认真落实各项安全措施，在现场施工中无各项安全事故，V型墩斜腿刚构桥支撑体系在汛期内经历了两次洪水侵袭，未对工程造成任何影响，支撑体系安全、稳定、可靠。
九、效果检查
1、质量检查：通过施工过程中的监测结果及施工完毕对箱梁及V型墩进行检查(箱梁底标高、梁底平整度、V型墩线形均符合实际及规范要求)表明此支撑体系完全可以保障工程的质量。
2、安全检查：本支撑体系在施工过程中经历了两次洪水侵袭，整体稳定，并未受到任何影响，施工过程中无任何事故发生，着表明本支撑体系安全、稳定、可靠。
3、进度检查：由于采用了这种新的支撑体系，单跨支架施工时间实际仅用21天，为工程在冬季施工期来临前完成混凝土施工争取了宝贵的时间，得到了监理单位、业主单位的好评，取得了良好的社会效益。
4、推广价值：本小组成员通过本次QC活动进一步解放了思想，对于如何应用QC知识解决实际工程问题有了更加深入的认识，所取得的成果将为以后的类似工程提供借鉴经验。
十、巩固措施
为了巩固本次活动成果，本小组编制了《V型墩斜腿刚构桥支撑体系施工作业指导书》。为以后的同类工程提供了依据；本小组通过总结斜腿刚构桥施工经验，进一步优化方案，准备形成《三角桁架施工工法》进行申报。
十一、总结与今后打算
经过本次QC小组活动，解决了V型墩斜腿刚构桥施工这种新结构形式下的施工难度和质量问题，现场施工人员的水平有了一定的提高，积累了一定的施工经验。QC小组成员的质量意识、问题意识、改进意识、参与意识也有了一定的提高。我们将在今后的工程施工中，继续大力开展QC小组活动，开动脑筋，群策群力，解决施工中的技术难题，下一步研究课题《提高双变截面箱梁施工质量》。
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