上承式50m钢筋混凝土拱桥施工工法

上承式50m钢筋混凝土拱桥施工工法

1．前言

随着我国城市桥梁建设的发展，桥梁的结构和形式在不断进步，拱桥在市政工程中应用越来越多，中等跨度的拱桥已成为桥梁建设的一个重要发展方向。我局承担的贵阳市金阳新区的观山东路特大桥，引桥50m钢筋混凝土拱桥采用现浇法施工，在贵阳市市政设计研究院、贵州省桥梁设计研究院的配合下，对传统的支架方法加以改进和提高，形成了门架支架，预压调拱，曲线控制，分段不分环，对称多点浇筑的施工方法。既提高了工效，又保证了工程质量。此成果已完成，经总结形成本工法。

2．工法特点

利用门架分段不分环施工预应力连续拱桥的突出特点在于：

（1）门架轻盈简单，易于施工，支立快，易于调整；

（2）不用大型设备，施工成本低；

（3）浇筑前进行预压，积累原始数据，保证安全，采用等效预压减小劳动强度；

（4）用竹木组合模板分节吊装支立，浇筑后的肋拱曲线优美；

（5）分段不分环，减少混凝土早期收缩和接茬，保证混凝土的内在质量和外在美观。

（6）对称多点泵送浇筑混凝土，保证支架安全和提高混凝土浇筑速度。

3．适用范围

（1）本工法适用于铁路、公路、市政等工程各种现浇拱桥；

（2）具有现浇条件，且有可进行门架支立场地，如果桥下为既有行车线路或有房屋不能用此工法，如果是河流经过改造可参照本工法施工。

4．工艺原理

50米上承式肋拱上部结构施工主要分为四部分：拱肋、拱上立柱、纵梁及桥面板梁。其主要技术难点在拱肋施工：

拱肋采用多功能门架搭设满堂支架施工，根据支架的稳定性和安全性检算，确定搭设间距。底模和侧模为双层方木加竹木胶合板制做成大块木模板，然后拼装而成。浇筑前采用预压和等效预压进行调拱，混凝土浇筑采用2台混凝土输送泵进行泵送浇筑混凝土，分段不分环对称进行浇筑混凝土。

5．工艺流程与操作要点

5．1工艺流程（见图1）

5．2操作要点

本工法施工拱肋要点在于地基处理，支架的布置及施工，支架预压，绑扎钢筋及支立侧模，浇筑混凝土。

5．2．1地基处理

在搭设支架前，需对地基进行平整处理，对于原地面为鱼塘处，采用清除淤泥，换填30cm 厚片石，然后再在其上铺20cm厚土夹碎石，并用压路机和打夯机将每层夯压密实，其它地面采用原地面夯实后，在其上铺20cm厚土夹碎石，并用压路机或打夯机夯压密实。在清除淤泥及处理原地面时，均将地面沿道路中线做成2%的人字坡，并在支架两侧50cm外各挖一条排水

沟，以防雨水下渗，造成地基下沉。

图1工艺流程图

5．2．2支架的布置及施工

满堂支架设计按照<<公路桥涵施工技术规范>>JTJ041-2000第九章第二节：模板、拱架和支架的设计进行，其中荷载计算按照<<公路桥涵施工技术规范>>JTJ041-2000附录D：普通模板荷载计算参考资料进行。

5．2．2．1荷载计算及荷载组合：

上承式拱桥的混凝土施工主要集中在拱肋施工和桥面板施工两部分，以下分别对拱肋施工和桥面板施工时的荷载进行计算比较：

a．拱肋及横肋施工时产生的荷载：（单肋部分）

（1）模板和支架自重：600KN

（2）新浇钢筋混凝土自重：2114.84KN

（3）施工人员和施工料/具等行走运输或堆放的荷载：50KN

（4）振捣混凝土时产生的荷载：145.6KN

（5）其他防雨、养生产生的荷载，风、雪等荷载：30KN

计算强度荷载组合：(1)+(2)+(3)+(4)+(5)=2940.44(KN)

验算刚度荷载组合：(1)+(2)+(5)=2744.8(KN)，由于拱肋自重主要集中在模板下的三根立柱上，故可只验算此三根：2940.44/(81×3)=12.1(KN/根)

b．桥面板施工时产生的荷载：（单跨部分）

(1) 模板和支架自重：2014.1KN

(2) 新浇钢筋混凝土自重：9339.4KN

(3) 施工人员和施工料/具等行走运输或堆放的荷载：150KN

(4) 振捣混凝土时产生的荷载：566.5KN

(5) 其他防雨、养生产生的荷载，风、雪等荷载：90KN

计算强度荷载组合：(1)+(2)+(3)+(4)+(5)=12160(KN)

验算刚度荷载组合：(1)+(2)+(5)=11443.5(KN)

桥面板自重主要集中在桥面板11m部分，其边缘部分受力较弱，故可将荷载均载于桥面板下11m部分：12160/(81×13)=11.5(KN/根) <12.1(KN/根)。

由于拱肋作用力比桥面板集中，其安全系数比桥面板施工的要小，故直接验算单拱肋施工时支架荷载即可。因此，在验算轴向力时，取大值12.1KN/根。

C．立柱稳定性与轴向力检算：

长细比：λ=h / i i = √I / A

其中h为步距，取1.2m，钢管外径48mm，内径41mm。

所以i=√I / A =15.78mm

λ=1200/15.78=76.05<[λ]=150

稳定安全系数：1.972，立柱稳定。

轴向力安全系数：30/12.1=2.48，轴向力满足。

5．2．2．2地基验算

a．地基承载力计算

采用五根立柱下共用两根25cm×20cm×250cm枕木，故最大地基承载力：

12.1×5÷（2.5×0.25×2）=48(KPa)

b．地基处理依据

(1) 通过满堂支架的设计计算，要求地基承载力不小于100Kpa，48(Kpa)<100(Kpa)；

(2) 通过地基预压确定，地基在承载时的非弹性沉陷不大于6mm。

5．2．2．3门架搭设

经以上荷载计算，确定支架搭设采用如下结构：多功能门架横桥向搭设，顺桥方向间距为0.6米，门架多采用1.93米高标准门架与1.7米、0.9米、0.5米小门架进行调拱，每层门架底部全部用长钢管顺桥向锁住，横桥向每四层锁一道钢管，每隔4根门架设剪刀撑一道。支架底部通过底座立于枕木上，枕木间距0.6米。具体详见图2。

在桥跨内测设出桥梁中心线和支架搭设边线，测出每个立杆的搭设位置，根据放样结果横向安放枕木，测定其标高，计算各处门架搭放高度。根据施工放样结果，搭设支架从桥跨中间向两侧搭设，至两侧时采用横杆及横撑调整。第一层立杆拼装后，固定纵横水平连杆，调整立杆的底托，使纵横杆保持水平、立杆竖直；调整好后，再逐层向上拼装，直至拼到拱肋底部处；再在支架上安装顶托及拼装斜撑。

按门架施工规范严格控制，保证门架间距和垂直度。分层搭设，在高层采用滑轮及滑轮组将门架提升。在门架顶端安放顶托，拱顶设计预拱度值按10cm计算，以拱脚为零按直线分配。顶托上横桥向铺12×12方木作底方木，然后是顺桥向10×10顶方木，方木之间用楔型木调平，局部用抓钉抓牢。详见图3

5．2．3支架预压

支架拼装好后，在顶托上放置承重方木，铺竹胶板做底模后。同时，在两侧设置观察点30~40

个，测量其未压时的标高，绘出其原始曲线图；在48小时预压过程中，分别观察其点4次，并绘出其过程曲线；在卸载后，再次测量并绘出其卸载曲线。通过卸载曲线和原始曲线的比较，找出下沉量最大的观察点(即受荷最大的部分)，根据测量成果检验是否有软基处，如有，将其全部进行处理，合格后再统一调整底模标高。预压方法：采用编织袋装土的方法，平均每袋50公斤，共装所浇混凝土自重的1.2倍的重量进行加载预压48小时。根据预压数据分析支架沉降弹性变形量和非弹性变形量，预压后按弹性变形预留预拱度。

图2 多功能门架搭设满堂支架图

图3 门架及方木加固图

在进行2~3组拱肋1.2倍预压后，得出门架沉降规律后，进行小范围等效预压。等效预压是在相同的地基条件下用10~20片门架组合成一组一层的支架，在等压强的情况下加载48小时，观测地基沉降数据，分析地基情况，采用等效预压可减少工作量，节约工作时间，在后期施工中我们全部采用等效预压。

5．2．4绑扎钢筋及支立侧模

钢筋混凝土共分五段施工，钢筋在预留槽处需断开，所以钢筋按混凝土分段长度下料，在

底模上用钢管架搭设绑扎钢筋支架，在支架上绑扎钢筋有利于调整和绑扎，钢筋成型后卸落支架，调整钢筋保证各部尺寸及保护层符合设计及规范要求，钢筋就位后支立侧模。

拱肋侧模采用自制大块木模拼装而成，用拉筋和方木固定，如图4所示。用吊车配合人工吊装，各相邻模板用拉筋联结固定。为防止侧模上浮，用拉筋把侧模与底方木固定在一起。同时保证相邻模板各折线顺接，模板有错台的地方用高效原子灰抹平并打磨光滑。模板上方的拉筋也用钢管扣件联结代替效果更佳。

图4 拱肋侧模方木示意图

5．2．5浇筑混凝土

拱肋混凝土浇筑采用分段不分环施工，根据此桥情况采用分五段浇筑，砼浇筑顺序见图3所示，先浇筑1段，然后3段最后2段前后左右对称浇筑：

输送泵A和输送泵B同时浇筑左右S1段和横系梁，要求左右S1段同时开始同时结束。然后输送泵A浇筑左侧S3段，输送泵B浇筑右侧S3段，横系梁同时完成。最后输送泵浇筑大里程方向的S2段和系梁，输送泵B浇筑小里程方向S2段和系梁。

图5 浇筑混凝土顺序图

按此顺序分段浇筑保证混凝土对称于拱顶进行，使支架变形保持均匀和尽可能最小。分段浇筑时，各分段内的混凝土应一次连续浇筑完毕。间隔槽混凝土应待拱圈分段浇筑完成后，且强度达到80%设计强度后，浇筑间隔槽混凝土，拱顶及两拱脚间隔槽混凝土应在最后封拱时浇筑，封拱合拢温度按规范要求应小于15℃时进行。

5．2．5．1浇筑方法

拱肋及横系梁所需的混凝土采用自拌混凝土，在市政工程中多采用商品混凝土，要求坍落度在140～160之间，混凝土的水平运输采用混凝土搅拌运输车，垂直运输采用两台混凝土输送泵对称同时施工，备用一台吊车，以防停电或有输送泵出现故障临时备用。采用插入式振动器振捣。

5．2．5．2盖模施工

在浇筑S1段、S2段时顶面需用盖模，盖模用竹胶板与方木结合制作。在浇筑混凝土前，在拱脚处盖模0.6米长，在浇满此段后，继续向上盖模，混凝土水平向上浇筑，浇筑一层盖一层。保证混凝土振捣密实。

5．2．6沉降观测

拱肋成型之后要定时观测，测出拱圈完成预拱度情况，预拱度在施工过程中不可能全部完成，预拱度一般要在拱上立柱、纵梁、桥面板完成之后才能完成，有时要竣工之后一段时间甚至几年后才能完成。对拱上立柱和纵梁的高程控制要按观测数据控制。在拱顶设一系列观测点，浇筑完成拱肋拆支架前测一次且记录数据，在拱上立柱施工前测量下沉量，然后用设计预拱度减去下沉量就是拱上立柱应该留的预拱度，结合以拱脚为零按直线分配进行调整，将调整后的数据应用到拱上立柱、纵梁、和现浇桥面板的施工。

6．主要材料

表1 主要材料表

7．机具设备

表2 参加施工机械设备表：

8．劳力组织

表3参加的施工人员：

9．质量、安全保证措施

（1）立杆底托立于枕木上应牢固，应采用大钉固定好，枕木稳定。当立杆基底间的高差大于50cm时，则用短门架调整。

（2）方木底部与U型托撑密贴，两侧空隙用木楔楔紧。

（3）立杆的垂直度偏差不超过10cm,拼装到3-5层后,应用经纬仪检查门架的水平度及立杆的垂直度。

（4）在无荷载的情况下,逐个检查立杆的底座有无松动或空浮情况,并不时旋紧可调底托，必要时加塞木楔。

（5）支架的横撑必须在中心线两侧对称加力。

（6）砼的坍落度要求在14~16cm之间，现场每车由试验人员检验坍落度，符合要求方可入模。

（7）采用混时，派专人到砼拌合站旁站，监督砼拌合质量。

（8）砼的捣固选用有经验的捣固工振捣。

（9）浇筑混凝土期间，应设专人检查支架、模板、钢筋和预埋件等稳固情况，当发现有松动、变形、移位时，应及时处理。

（10）气温高时，通过试验采取降低水灰比、掺加混和料、掺加外加剂等方法减少水泥用量和减小水化热。

（11）减小浇筑层厚度，加快混凝土散热速度。

（12）备用足够的混凝土盖模，保证拱肋尺寸。

（13）备用水箱和麻袋，保证已浇混凝土及时养生，如需要可向已浇和未浇模板外侧浇水降温。

10．质量标准

表4 木模板制作允许偏差

表5 现浇混凝土拱圈实测标准

11．效益分析

同传统的施工方法相比，本工法有明显的社会、经济效益。

施工进度快，门架的轻巧灵活、支立方便使施工工期大缩短，比钢管每循环节约三天时间，节约了大量的劳动力。比传统钢管支架减小损耗，有小门架搭配凋拱，支立门架基本没有损耗，降低成本，如用钢管搭设拱肋支架损耗在6%以上。用竹木胶合板制作模板混凝土外观优美，分段不分环模板减少施工缝使拱圈曲线圆顺美观，社会效益明显。

12．工程实例

观山东路是贵阳市金阳新区规划六纵六横主干道的一条，是连接老城区和新区的纽带，观山大桥位于贵阳观山东路西段，跨越金华湖，为贵阳金阳新区观山公园内的景观桥，全长685.5m。我局施工的观山大桥西段长为285.5m，为三孔净跨50m的上承式钢筋混凝土肋拱和四孔16m现浇空心板梁。桥面按分离的两座独立大桥修建，每座桥面净宽1590cm，上承式50m 钢筋混凝土肋拱单座桥为双肋式，矢跨比1／5，净矢高10m，拱肋高度160cm，宽度130cm，工字型断面。拱肋采用C40级钢筋混凝土，两肋之间设9道钢筋混凝土横系梁，亦为C40级钢筋混凝土。我们采用本工法施工，于2002年4月开工至2002年12月大桥竣工，建造的观山大桥轻盈美观，现已成为观山公园内一道靓丽的风景。