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1、大跨度钢筋混凝土拱桥施工工法1、前言随着我国公路事业的高速发展，箱形拱桥工量少、自重轻、截面合理， 近年来在大跨度钢筋砼拱桥中被广泛应用。我公司先后承建了陕西省境内的 包（头）茂（名）高速公路毛坝至陕川界 MC4 合同段，渝（重庆）昆（明） 高速公路云南省境内的水富至麻柳湾 23 合同段等工程项目，均包括大跨度钢 筋混凝土拱桥结构。其中水富至麻柳湾 23 合同段在施工中大力开展科技攻关， 不断完善施工工艺，成功的解决了主拱圈下部原地面基础处理和下沉；扣件 钢管拼装满堂式拱架的搭设方法和要求； 支撑主拱圈底模的 1-80 米弧形杆件 的材料选择与制作；主拱圈加载程序和下部支撑卸载程序；主拱圈间隔
2、槽的 预留位置；合拢温度的选择；混凝土分段和浇注顺序；拱上运输系统的布置； 消除拱架形、控制主拱圈变形等关键技术难题，本工法是在总结上述成功经 验的基础上形成的。2、工法特点 公路工程大跨度钢筋混凝土拱桥，近年来的桥跨已经发展到 140m 现代桥 梁 ,它是集桥梁结构学、结构力学、地质结构学与材料科学等技术为一体，具 有很高的技术含量和远景发展。大跨度钢筋混凝土拱桥具有以下特点：2.1 对原地面进行处理后采用满堂支架系统克服了传统的土牛胎易产生不 均匀沉降导致支架下沉引起主拱圈变形开裂及填筑挖出土牛胎增加工程量的 弊端，有效防止了拱架下沉拱圈变形，保证了施工质量。2. 2 支撑体系和模板系统位
3、于稳固的地基上，安全系数高，不易下沉， 结构受力合理，支架、模板安装拆卸方便，操作简单，支架和模板适用范围广，可再利用。2.3. 拱圈采用钢筋砼分段现浇，整体性强，结构轻盈，自重小，线性美 观，减少了砼用量，节约了投资。2.4. 施工工艺完善、简便，可操作性强，降低劳动强度，便于推广。2.5. 施工速度、施工质量容易得到保证。3、适用范围 本工法适用于公路大跨度钢筋混凝土箱形拱桥采用现浇的主拱圈，适合 拱圈下部为水流不大的山谷、沟壑、坑洼、平地、河流，跨度50140 m的钢筋混凝土拱桥施工。4. 工艺原理大跨度钢筋混凝土拱桥设计理念先进，施工技术成熟，具有广阔的市场 前景。通过混凝土原材料把关
4、、配合比选定、埋设循环水管、混凝土搅拌、 运输、浇注过程的控制，以及后期通过混凝土养护、控制水温以降低混凝土 内外温差，防止大体积混凝土出现裂缝，保证大体积混凝土施工质量。5、施工工艺5.1 拱架地基处理将跨径范围左右共宽 13m 投影面下的沟槽表层植被、浮土与挖基倾倒土 全部清除后，纵横方向挖成错台，横向靠近两桥台处尤其近 1 号台处的自然 坡度大，依土质和风化岩石层的具体情况分别处理为不同宽度及外坡的错台， 清除错台废方。 顺桥向左侧拱架支承面的外缘， 施作一浆砌片石挡土墙 , 砂浆 标号M7.5.基础处理深度依地质情况而定， 但不宜小于0.5m。挡墙顶宽0.8m, 外坡直立，内侧背坡依挡
5、墙高度定为 1:0.3。挡墙高度在24 m。横向也依此 作成阶梯形挡墙。墙背回填用无有机质的天然土，分层用振动冲击夯夯实， 每层松铺厚度控制在15cm,填筑至墙顶。压实度不低于90%以上。每台阶宽 度为立杆横向间距 0.75 米的倍数。靠近两桥台斜坡地段立杆的底端 ,用浆砌片石小挡墙作基础, 基础顶面浇注58 cm厚的C20砼垫层，上面铺方木，之上立架。跨中已填平的纵向30多 米长范围采用1.0mX 1.2m孔径的C15片石 砼桩基础，共13根桩，桩底挖至 原地面以下 1.5m 即可,桩身长度不等 根据覆盖层厚度在 37米深范围内, 桩顶以上预埋12螺纹钢并满铺 8钢筋网，网格间距12cm,然
6、后采用20cm 厚、C20砼满铺，作为找平和持力层，横向在每排钢管下铺设15cmx 15cm方木,以增大承压面,减小压强,增大基础刚度,减小地基沉降。其余高度 相对较小的立杆基础可以用砼独立条形基础。5.2 拱架搭设设计采用拱架现浇进行主拱圈施工,拱下横坡很陡,近 1：1,跨中前后纵 向 30 多米长范围经回填夯实后,拱顶处拱腹至沟心高差为 29米。5.2.1 拱架方案选择 桥位前后区域山坡陡峭,无平坦地形,施工场地仅能沿路线作带状布置, 为保持道路通行,难以设置吊装系统,难采用拱式钢拱架进行拱圈施工。近年来,公路桥梁施工中,成功地将房建施工用的钢管脚手架移植过来,已有不少先例，有资料表明，以
7、此修建的桥跨已经发展到110m,拱架高度30m,不仅在陆地上，在水深7m左右的河流中也可使用扣件式钢管脚手架。这 些先例表明,采用建筑脚手架扣件钢管作桥梁拱架与传统拱架比较有不少技 术经济上的优势。与木拱架比较,其刚度好、 形小并能节约大量木材。因此本桥选定用扣件钢管拼装满堂式拱架的施工方案。5.2.2 拱架布置设计采用在拱架上组装并现浇箱形截面拱圈的工艺施工， 这是一种预制与 现浇相结合的施工方法，拱架只需承担部分拱圈的重量与施工荷载，待预制 件组拼与现浇部分拱圈结合成拱以后，拱架仅承担后续工序拱圈施工的部分 重量；已施工的部分拱圈可以起到部分拱架的作用，因而可以减轻拱架荷载， 有利于拱架受
8、力和控制。拱架由立杆、纵杆 （顺桥水平方向 ），横杆 （横桥水平面 ），拱顶小横杆，纵 向斜杆，横向斜杆，主拱圈弧形杆等几种类型的杆件由扣件联结并辅助点焊 及绑扎，共同组成空间框架结构。拱架立杆承受主拱圈第一施工阶段的荷载 包括预制与现浇部分的砼和钢筋重量、施工临时荷载，纵横向水平杆与斜向 剪力杆起稳定立杆的作用。施工期间拱架需承受的总重（计算过程略） ：预制 部分+现浇部分+施工荷载=562.6t，在满足拱架整体稳定性的前提下经计算确 定：立杆间距：纵向0.9m,横向0.75m;根据经验，并查阅有关资料，每层纵 横杆之间的垂直间距取用 1.3m。5.2.3 拱架搭设和拱盔形成拱架搭设之前 ,
9、首先对原地面布设点进行操平， 作为地面标高初始值， 并做 好记录，待拱架搭设完毕后，用水准仪测出地面在承受拱架荷载下的相应标 高，二者之差便是原地面下沉值，并以此分析判断地面下沉的原因，制定出 相应的对策，以便进行处理。然后测量放线确定拱架位置，在预先处理好的 全跨基础顶面测设出线路中线，每排纵横向立杆的具体里程和位置横向立杆 间距为0.75m,纵向立杆间距0.9米，每排横向立杆下面铺设厚15cmx 15cm的 方木，在方木上按照设计好的间距定出每根立杆的位置，每根立杆底部在方木上支垫5mm厚的对契子，之后搭设满堂脚手架。钢管直径为47cm,壁厚3mm。 6m 长/根，各个方向的钢管接长后均在
10、同一轴线上， 钢管接头必须采用 配套的专用标准扣件。搭架顺序为：横向立杆横向横杆纵向立杆纵向 横杆 立杆、横杆接长形成空间框架结构。每根立杆的顶部标高（加上 预拱度和沉降值 :本桥考虑主拱圈挠度形、拱架压缩形和地基沉降三个因素, 预留变形量按 14cm 考虑）采用预先计算好的高程值用水准仪操平控制 （计入 预拱度的拱腹高程即：正拱高程换算成斜置高程=同一垂直方向的立杆顶部 高程弧形管高钢模高；注：弧形钢管高和钢模高不是水平放置,而是该 处坐标按设计拱腹线斜置后的高,坐标中间点内插） ,横向同一排每根横向立 杆的顶部标高值相同 每根立杆顶部按计算高程用气割烧割成凹弧形,凹槽弧 度和纵向钢管外弧相
11、同） ,纵向每一排立杆顶部便形成了标准的且和主拱圈弧 度相一致的弧形。在每排纵向立杆顶部凹弧内采用和满堂架相同的钢管点焊 制作纵向拱盔弧形杆,全桥共需弧形杆 14 排,每排 80 多米长,弧形杆采用 每根6m长的钢管相连接，接头内插2根12#和1根16#螺纹钢形成的钢筋 束，钢管接头预留23mm缝隙，将接头全部焊接，安装时尽量将接头放置 于立杆顶部凹槽内,所有凹槽内的弧形杆和立杆均须点焊牢固。至此,纵向 弧形杆在拱架上纵向立杆顶部可现场弯制成型,弯制弧形杆之前,首先要对 拱圈放大样,按设计 80 米长拱跨等比例放样,选择一块平整宽敞的砼场地, 按照设计给出的主拱圈纵横坐标加上预拱度值将水平和斜
12、置拱轴线及拱弧线 精确放出,实际量取弧长、弦长等数值与理论值进行比较,确保正确后再在 拱架上实际放样制作弧形杆, 斜置拱轴线等分 48 份后,两桥台拱脚连线上各 等分点在铅垂方向至立杆顶部凹槽底的高度可实际量取；立杆顶部凹槽底至 拱盔钢模板顶部在铅垂方向的高度也可实际量取，弧形杆上部的所有荷载直 接传递到每根立杆顶部并通过整体框架均匀传递到原地面。拱盔钢管弧形杆 顶部直接铺设1.5m长x 0.3m宽的标准钢模板，钢模板横向安放，横向每排 模板为7块，10.5m宽，模板下部用U形卡连接成几块整体，为消除钢模板 因温差而变形，在拱顶 1/4 和 3/4 处横向采用共 3 排木模板，为防止钢模板 微
13、动和受力凸起，在钢模板下部用铁丝间隔将钢模板和顶部弧形杆绑扎牢固。 钢管弧形杆上满铺的所有钢模板就是主拱圈底模。所有底模可以无缝结合， 利用 9m 宽拱圈底模外左右两侧各 1.5m 宽作为人行道，人行道路面采用旧钢 模或木板均可，人行道外边缘采用和满堂架相同的材料搭设栏杆，以保证施 工人员安全。之后进行主拱架右侧两个支撑架的搭设、布置和固定四道揽风 绳。5.2.4 拱架浪风布置 浪风是保证拱架稳定的重要设施，本桥所处位置，风力较大，满堂式 拱架阻风面积较大，浪风的作用尤显重要。设置两组浪风缆索，每组各 2 根， 分别系于3/8与5/8L处。2根缆索平面呈八字形布置，用 28钢丝绳。缆 索系于靠
14、近拱顶处，用大包围方式与拱架全宽连接，各局部用滑车紧系后卡 死，右侧的 4 个死头分别系于地锚上。施工中根据风力与缆索张力变化、拱 架横向稳定情况可适时调整风缆的松紧程度。为保证拱架因风力作用而向右 侧倾覆的稳定性，采用横系框架式劲性支撑，与拱架连接，水平或斜向布置， 其平面与桥轴垂直，位置同样在 3/8 与 5/8L 处。如地形 制需要斜置时，框 架的轴线与水平方向的夹角不宜超过 30度。框架截面为1.5mx 1.5m，用钢管 与扣件拼装，左侧与拱架连接，右侧支撑于圬工基础上，中部设垂直支撑架 承受自身重量。横系框架式劲性支撑用来支撑拱架防止向右侧倾斜，揽风绳 则拉住拱架防止拱架向左侧倾斜，
15、二者共同作用可有效的防止拱架在风力作 用下左右倾斜。5.2.5 拱架预压 拱架搭设完成，经过预压，可消除部分变形，再进行箱拱现浇部分 施工（预压前在拱架顶部钢模板上布设沉降观测点，并进行初始值观测，预 压完成后再行观测，卸荷后再次观测） 。预压采用已经预制好的横隔板及腹板 另加沙袋，按加荷程序在放好样的拱盔上依次顺序就位，可按拱上设计荷载 同时预压两个拱箱，预压两天后继续预压另外两个拱箱，直至 6 个拱箱全部 压完。预压后拱架已经消除了部分变形，基本稳定。预压完的拱箱底模上用 C40 砼垫块对横隔板和腹板垫隔，然后在拱架上进行组装，先将腹板、横隔 板伸出的钢筋与底板钢筋焊接固定，待全部预制件组
16、装完后，绑扎组装接头 钢筋，立组装接头模板，再浇筑组装接头与拱箱底板砼。然后立边箱模板， 浇注边箱。合拢成拱并达到设计强度 70%以后，可以形成部分拱架作用。再 施作主拱圈其余部分。5.3 主拱圈施工：（主拱圈施工工艺流程图附后）拱圈施工工艺流程531底模上放样：在底模上放出线路中线，将底板每道纵向钢筋位置和 1/8、2/8、一 7/8跨度横向法线位置弹上墨线，以此线作为底板纵向钢筋、横 向钢筋、纵向腹板，每排横隔板位置定位的基准。钢筋绑扎：底板纵向钢筋和横向钢筋上架按设计位置绑扎固定就位， 并在全桥预留4个间隔缝，间隔缝位置留在和中箱现浇腹板调节段相同的地 方，拱顶左侧两条、右侧两条，从拱脚向拱顶方向，6块预制腹板一条间隔缝；间隔缝全桥横向贯通只对底板、顶板而言，间隔缝宽20 cm左右。533预制件组装：采用在两个桥台顶部预先安装好的简易索塔水平天线运输系统将预制好
