徑向圓木支撐拱橋支架施工技術

雷秀清

1 概述

拱橋是一種能充分發揮圬工及鋼筋混凝土材料抗壓性能、外型美觀、維修管理費用少的合理橋型,因此被廣泛采用。拱橋的施工,從方法上大體可分為有支架施工和無支架施工兩大類。有支架施工石拱橋、現澆混凝土拱橋以及混凝土預制塊砌筑的拱橋,都采用有支架的施工方法修建,其主要施工工序有材料的準備,拱圈放樣(包括石拱橋拱石的放樣),拱架制作與安裝,拱圈及拱上建筑的砌筑等。

2 施工特點

1)結構簡單、受力明確。2)成本低、工期較短。3)“草鞋底”基礎整體穩定。

3 適用范圍及工藝原理

1)適用于高度不超過 35 m的大、中、小拱橋,尤其是無通航的淺水河道及其北方山區的大、中、小拱橋。

2)主要采用徑向法的支撐原理,使得剛澆筑的鋼筋混凝土荷載作用在拱架上以后,不是直接由拱架傳遞到基礎上,而是通過拱架的上部(拱盔)結構內部大部分受力相抵消(受力示意圖),剩下的受力再通過拱架的下部(支架)結構傳遞到基礎。基礎通過采用“草鞋底”的方法用鋼模板、槽鋼、碎石進行編織,而達到強度高、整體穩定性好的理想基礎。

4 工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

地基處理→漿砌片石基礎→支架施工→支架預壓→混凝土澆筑方法→混凝土養護→卸拱架。

4.2 操作要點

1)地基處理。a.開挖放樣。根據巖土工程勘察報告建議和圓木支撐支架地基要求的范圍放出支架換填雜土的輪廓線。b.挖除雜填土。采用機械開挖或人工開挖,按照圖紙要求開挖至設計高程。

2)漿砌片石基礎。雜填土清除完以后,用壓路機碾壓,并根據工程具體需要滿鋪漿砌片石,或消除其松軟狀態,再用碎石找平,上面用鋼模板鋪底,鋼模板槽向上,槽里槽外滿鋪 1～2碎石子,最后把槽鋼坐在鋼模板上,做圓木的踏腳,砌筑時,應自外緣開始往里逐步砌筑,保證密實。

3)支架施工。徑向圓木支撐支架,由立柱、界梁、對鞘木楔、拉梁、斜撐、剪刀木、橫撐木、扒釘和弓形木等組成。支架基礎做完以后,在槽鋼踏腳上開始做木拱架,圓木支撐支架立柱的間距根據拱圈下受力的不同做具體的分配(橫向0.7m～1.5m、縱向1m～5m)。立柱順水方向兩側各用 5m的剪刀木做固定,立柱順橋方向兩側各用 5m的橫撐木做固定,立柱上邊坐 15×15長4m的方木界梁,每根立柱與界梁的連接處用 4根扒釘固定,界梁上坐在對鞘木楔,對鞘木楔與界梁連接的一方固定在界梁上,對鞘木楔上坐在拉梁,拉梁順橋方向與界梁成 90°角,拉梁 5根對接,左右各頂在墩臺帽上,中間用木楔把 5根拉梁擠緊,然后在拉梁的 4個面用扒釘把拉梁固定死,使5根拉梁變成一個整體,并在拉梁 90°角上用 5×10長 5m方木做拉梁的橫撐,拉梁做好以后做斜撐,所有斜撐方向都指向拱圈的圓心點并與切線垂直,斜撐與拉梁連接處用4根扒釘固定。斜撐順水方向兩側各用 5m的剪刀木做固定,立柱順橋方向用 5m的橫撐木做固定,斜撐上部采用弓形木縱向找拱度,斜撐與弓形木的連接處用扒釘固定,兩側各兩根,最后在弓形木上橫向滿鋪設 5×10長 4m的拱頂方木,并用鐵釘把拱頂方木固定在弓形木上,拱頂方木上滿鋪一層鋼板,鍍鋅鐵皮鋪完后上面放置沙袋試壓(注:應按拱圈全寬度),試壓合格后使用。

4)支架預壓。本方案采用沙袋預壓法進行預壓:施工前,按照加載重量標定每個沙袋裝滿沙以后的重量,在拱板上按照澆筑混凝土的順序人工擺放沙袋。在加載50%和 100%后均要復測各控制點標高,加載 100%預壓荷載并持荷 24 h后要再次復測各控制點標高,如果加載 100%后所測數據與持荷 24 h后所測數據變化很小時,表明地基及支架已基本沉降到位,可卸載,否則還須持荷進行預壓,直到地基及支架沉降到位方可卸載。卸載時人工將沙袋清除至橋位區外,以免影響處理好的地基承載力,卸載完成后,要再次復測各控制點標高,以便得出支架和地基的彈性變形量(等于卸載后標高減去持荷后所測標高),用總沉降量(即支架持荷后穩定沉降量)減去彈性變形量為支架和地基的非彈性變形(即塑性變形)量。預壓完成后要根據預壓成果通過可調頂托調整支架的標高。為減小人為觀測誤差,應定人、定儀器觀測,觀測時間應選擇在早晨或傍晚,避免在強光、高溫時進行。預壓時間不少于 2 d。根據觀測結果調整底模標高,清理干凈底模及側模綁扎鋼筋。

5)混凝土澆筑方法。拱圈在澆筑時,為了避免拱架變形而產生裂縫以及減小混凝土的收縮應力,我們采用分段澆筑的施工方法。分段長度為 3m～5m。分段位置確定的原則應是使拱架受力對稱、均勻,并使拱架變形小。因此,設在拱架撓曲線為折線的拱架支點及拱頂、拱腳等處,分段澆筑時應對稱于拱頂進行,拱腳澆筑一部分,開始澆筑拱頂(對拱頂施壓),使拱架變形保持對稱均勻和盡可能的小。澆筑時應適時挪動泵管均勻澆筑,不得用振動棒拖動混凝土。振動方式:采用插入式振動器與平板式振動器相結合的方式。底板先用插入式振動器振搗,然后用平板式振動器拖平。腹板采用插入式振動器振搗,振動器移動間距不超過其作用半徑的1.5倍,與側模保持 50mm～100mm的距離,插入下層混凝土50mm～100mm,每一處振動完畢后應邊振動邊徐徐提出振動棒,應避免振動棒碰撞模板、鋼筋及其他預埋件。對每一振動部位,必須振動到該部位密實為止。密實的標志是混凝土停止下沉,不再冒出氣泡,表面呈現平坦、泛漿。

6)混凝土養護。混凝土澆搗完成,麻布覆蓋,澆水養護 3 d后才能上人,養護 5 d后才能上料作業,以防過早上人和上料而對混凝土構件產生破壞。混凝土澆水養護時間 14 d,每天澆水 2次～3次,天氣炎熱時適當增加澆水次數,以保證麻布濕潤為宜,并做好混凝土養護記錄。

7)卸拱架。拱架的拆除必須在拱圈澆筑完成后 20 d～30 d左右,待混凝土強度達到設計強度的75%以上方可拆除。此外還必須考慮拱上建筑、拱背填料等因素對拱圈受力的影響,盡量選擇對拱體產生最小應力的卸落拱架。為了能使拱架所支承的拱圈重力能逐步轉給拱圈自身來承受,拱架不能突然卸落,應按一定的程序進行。

卸架程序:根據驗算分配在各支點的卸落量,從拱頂開始,逐次同時向拱腳對稱卸落。

5 質量控制

1)拱架安裝的質量控制標準見表 1。

表1 拱架安裝的質量控制標準

2)漿砌片石基礎質量標準見表 2。

表2 漿砌片石基礎質量標準

6 安全措施

1)支架搭設人員、高處作業人員必須經體檢合格后方可上崗,并要定期進行體檢,凡患有高血壓、心臟病、精神病、恐高癥、癲癇病、嚴重貧血病、嚴重關節炎等疾病及其他不適合高處作業的人員,不得從事高處作業施工。2)搭設支架人員必須戴安全帽、系安全帶、穿防滑鞋。3)作業層上的施工荷載應符合設計要求,不得超載,不得將泵送混凝土的輸送管等固定在支架上,嚴禁懸掛起重設備。4)當有六級及六級以上大風和霧、雨、雪天氣時應停止支架搭設與拆除作業,雨、雪后上架應有防滑措施。5)支架應定期、定階段進行安全檢查與維護。6)在支架上方要搭設安全網,安全網應按有關規定搭設或拆除。7)支架使用期嚴禁拆除下列桿件:主節點處的縱、橫向橫撐木、剪力木,縱、橫向掃地木。8)不得在支架基礎及其鄰近處進行挖掘作業,否則應立即采取安全措施,并報主管部門批準。9)在支架上進行電、氣焊作業時,必須有防火措施和專人看守。10)工地臨時用電線路的架設及支架接地等應按現行作業標準 JGJ 46施工現場臨時用電安全技術規范的有關規定執行。11)搭設支架時,地面應設圍欄和警戒標志并派專人看守,嚴禁非操作人員入內。

7 效益分析

1)經濟效益。采用徑向圓木支撐拱架與鋼管支架施工相比,施工相對簡單易操作,節約用工、降低了施工成本,經濟效益提高了 8%～12%。2)技術經濟分析。采用徑向圓木支撐拱架施工工法,木支架間距要比鋼管支架間距大,勞動用工比較少,提高施工工效,縮短施工工期,解決了支架施工時間長、影響總工期的難題。3)社會效益。采用徑向圓木支撐拱架施工工法,在縮短工期的基礎上,保證了安全,同時又降低了成本,所施工工程均在要求工期內完成施工任務,受到市領導、建設單位及監理單位的一致好評。4)環境效益。施工期間嚴格按照工法中環境保護措施,避免對河道及周圍環境造成污染,沒有影響到周圍居民的正常生產和生活,施工完畢對其進行恢復,對周邊環境沒有造成影響。5)節能效益。采用徑向圓木支撐拱架施工工法,降低了鋼材的消耗,使用了較少的木材,取得了較好的經濟效益和社會效益。

[1] GB 50009-2001,建筑結構荷載規范[S].

[2] GB 50005-2003,木結構設計規范[S].

[3] 江正榮.建筑施工計算手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2008.

[4] GB 50009-2001,建筑結構荷載規范[S].

[5] JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術規范[S].