淺析大跨徑石拱橋施工

郭建富

1 工程簡介

目前,我國拱橋常用的拱軸線形式有:圓弧拱、懸鏈線拱和拋物線拱,而不論哪一種拱軸線形式,其施工方法都大同小異,本文以某工程項目合同段的K11+640中橋為例進行探討,該橋為2孔15 m中橋,矢跨比1∶3,拱圈厚度1.1 m,拱寬8.5 m的等截面圓弧無鉸雙石拱橋。1+640中橋位于涼城縣北側山嶺區沖溝內,據調查沖溝上游流域長度大約5 km,匯水面積約20 km2,進入雨季50年一遇洪峰高度約1 m。

2 施工工藝

2.1 施工放樣

土牛施工前應在圖上對拱圈進行分段,并計算出各斷面的縱橫坐標和高程,以便于填筑過程中準確放樣和控制每一斷面的高程,使成型的土牛滿足拱圈砌筑的尺寸要求,同時考慮土牛在拱圈砌筑過程中沉降,設置必要的預留值,另外需地面,裝車外運。分別開挖至第三、四層支撐下,安裝相應第三、四層鋼支撐;分別開挖至中板、底板下,施作相應中板、底板。

設置拱圈砌筑時土牛的變形、橋臺、橋墩位移變形觀測點(見圖1),發現土牛、橋臺、橋墩沉降位移變形時,即時采取彌補措施,或者改變砌筑程序。

2.2 土牛施工

橋臺、橋墩砂漿強度達到75%以上方可填筑土牛,填筑前應在沖溝主河道底層填筑一層粗粒料滲水層,土牛填筑時應與臺背填筑對稱進行,同時拱腳以下部分土牛應選擇透水性好、沉降量小的天然砂礫作為填料,以盡可能減小土牛施工期間的沉降量;拱腳以上部分填筑含砂量小的黏性土,以便于土牛成型。每層填筑松鋪厚度不應超過30 cm,并分層壓實,壓實度不應小于90%,土牛兩側放坡不應大于1∶1.5,比拱圈砌筑寬度每側超寬不小于1 m,填筑時統一填筑至拱頂然后開挖使土牛成型,成型土牛各斷面高程要比設計高程低5 cm,然后用泥巴補充至設計高程,以保證成型土牛表面圓滑,拱圈砌筑施工時鋪一層油氈,以易于脫模。

2.3 拱圈施工

1)拱石計算。拱石計算時采用了計算機AutoCAD制圖功能,按照跨徑、矢高繪制拱圈圖形,除拱頂石采用異形拱石外,其余拱石按照拱圈內弧長、外弧長對拱圈弧線進行等分,同時對拱圈厚度根據規范的錯縫要求進行了同心分段,并在圖上對每一塊拱石進行尺寸標注,最后繪制出每一塊拱石的立體圖供現場加工使用,同時為保證拱腳整體傳力,對拱腳的起拱石進行了整體設計,采用起拱五角石整體起拱,確保拱上建筑對墩、臺傳力的均勻性。

2)拱圈砌筑。拱圈砌筑采用三層料石錯縫疊砌,砌筑時考慮拱圈在施工期間的內應力分布特點,確保砌筑砂漿不受內應力的影響,施工時每半跨分成三段砌筑,先砌筑半跨1/3拱腳 A段,再砌筑半跨 1/3拱頂 B段,最后砌筑半跨1/3跨中C段,三段之間留有空縫,兩半跨應同時對稱進行砌筑,同時全橋兩孔應均衡對稱砌筑,保證砌體荷載及施工活載對橋臺、橋墩產生的水平推力大致平衡,同時由于拱圈較厚(1.1 m),所以將拱石分成三層。具體排列順序為:橫橋向拱腳第一圈拱石排列順序為:第一層從左向右A形左異形拱石—A形拱石(以后本層右側全為A形拱石),第二層從右向左B形右異形拱石—B形拱石(以后本層左側全為B形拱石),第三層從左向右C形異形拱石—C形拱石(以后本層右側全為C形拱石);拱腳第二圈拱石排列順序為:第一層從右向左D形異形拱石—D形拱石(以后本層左側全為D形拱石),第二層從左向右E形異形拱石—E形拱石(以后本層右側全為E形拱石),第三層從右向左F形異形拱石—F形拱石(以后本層從左向右全為F形拱石),以后各圈拱石依此類推,拱頂石最后砌筑合龍。拱圈砌筑時拱圈的輻射縫應保證垂直于拱軸線,輻射縫兩側相鄰兩行拱石的砌縫相互錯開距離為10 cm,橫橋向相鄰拱石錯縫27 cm。漿砌料石拱圈的砌縫寬度為16 mm,砌筑時應在側面已砌拱石上鋪筑砂漿再放拱石擠砌,再分層填塞搗實。

3)空縫設置及填縫要求。空縫設置在拱腳、拱頂石兩側及分段砌筑的分段處,每孔設置8道空縫,空縫內用鐵件支墊,為便于砂漿填充空縫寬度為2.4 cm,靠空縫一側的拱石應將表面鑿平,空縫填充應在砌筑砂漿強度達到70%以上進行,填充時應分層搗實,填縫砂漿應采用較高標號的砂漿,同時應選用細砂,填充時應從拱腳開始對稱填充,拱圈合龍應在填充砂漿強度達到50%以上進行。拱上結構砌筑應在拱圈合龍砂漿強度達到80%后,方可從拱腳向拱頂對稱均衡地進行砌筑。

4)側墻及護拱砌筑。砌筑側墻時應丁石、順石交錯布置并與里層砌石交錯連成一體,各砌層的石料應安放平穩,砌塊間砂漿應飽滿,粘貼牢固,不得貼靠或脫空,砌筑時底漿應鋪滿,豎縫砂漿應先在已砌石塊側面鋪放一部分,待石塊就位后填滿搗實。

2.4 施工組織

1)人員組織計劃。施工期間設一名現場施工工長、一名技術員、一名測量人員專門負責該工程的現場指揮、技術指導、質量控制、測量監控,組織一個專業砌石施工隊,人員不得少于 40人,技術工人不得少于16人,爭取在最短的時間內完成拱圈砌筑的施工任務。2)材料采購計劃。根據施工組織計劃合理安排各種料、片石的進場計劃,針對本橋石材需用量大、當地石料供應緊張這一現狀,集中人力、物力、財力派專人購進料石并組織人員進行修鑿,保證工程施工的正常有序進行。

2.5 保證措施

1)工期保證措施。為加快本工程的施工進度,按期完成工程施工任務,我項目針對本橋技術含量高,施工工藝復雜的現狀,抓住施工黃金季節,掀起施工高潮。施工期間做好各施工隊伍的人員配備、材料供應、機械調度等各項保障工作,最大限度地發揮各職能部門的作用,狠抓施工管理,做到文明、科學、安全施工。加強施工生產調度,合理的安排各工序、各施工環節的配套合理施工,排除一切外界干擾,加大施工管理力度、質量獎罰力度,確保本工程保質保量按期完工。2)質量保證措施。組織精干的質量管理人員,采取嚴密的檢測手段,科學管理。切實開展全面質量管理活動(TQC活動),實行全員、全過程、全方位的質量管理,用工作質量保證工序質量,以工序質量保證整個工程質量。提高全員質量意識,建立健全質量保證體系。建立嚴格的質量承包責任制,充分發揮技術監控機構對工程質量的控制作用。每道工序完成轉入下一道工序之前,必須履行自檢、專檢、請監,確保各工序質量合格。嚴格原材料進場檢驗,所有分批進場的材料必須進行抽樣試驗,并寫出材質鑒定報告,合格后才能使用。

3 結語

通過以上在工程實踐中的應用,利用計算機AutoCAD制圖軟件的輔助計算功能,進行拱圈拱石的分解計算,在砌筑過程中采用分段砌筑,使拱圈的施工質量得到了有效保證,充分證明在大跨徑石拱橋施工中是一種行之有效的方法,具有廣闊的推廣應用空間。文中如有錯誤或不妥之處望廣大同仁予以批評指正。

[1]曹曉龍.石拱橋施工過程及裂縫數值模擬研究[J].山西建筑,2008,34(21):294-295.