山區拱橋主拱圈套拱加固吊模施工方法探討

梁吉平

摘要 山區橋梁加固，特別是主拱圈的加固是整個橋梁改造加固工程的重點，選擇適宜的施工方法對工程的安全、質量、進度具有重要意義。文章以省道339建始縣觀坦大橋主拱圈吊模施工為例，針對橋下溝谷較深、水上作業或有通航、道路通行要求、無法搭設滿堂支架作業等情況，采用施作吊架、安裝吊模的施工方法。該方法施工速度快、安全可靠、技術及經濟效益好，經過理論計算和實際施工，驗證了該方法的可行性和可靠性，可以在同類工程中推廣應用。

關鍵詞 山區橋梁；主拱圈套拱；吊模施工方法

中圖分類號 U445.57文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）12-0130-03

0 引言

近幾年，交通運輸部開展的橋梁“三年消危”的專項行動，對修建歷史較早、設計荷載等級較低，出現不同程度病害的橋梁，采取了不同的處理方式；涉及國省道及農村公路上的特大橋、大橋、中小橋，涉及點多、面廣，且部分橋梁位處交通不便，大型設備無法進入現場；這就需要在面對不同的橋梁處置方案時，應充分結合地形等實際情況研究不同的施工方法。該文的吊模施工方法，對于位處深谷或水上的拱橋，在不影響交通的情況下對主拱圈的鋼筋混凝土套拱施工，進行了詳細闡述，對此類施工具有指導意義。

1 工程概況

1.1 橋梁位置和參數

觀坦大橋位于339省道建始縣境，該橋始建于1996年，橋梁全長130.0 m，橋跨布置為“1-20 m+1—50 m+1-20 m”；邊跨上部構造為圬工雙曲拱，跨徑為20 m，矢高為4 m，矢跨比為1/5；主跨上部構造為圬工板拱，跨徑為50 m，矢高為10 m，矢跨比為1/5；下部構造為重力式橋臺，擴大基礎。橋面鋪裝為C40鋼筋混凝土層，兩側設置鋼筋混凝土欄桿。

1.2 加固方案

該次加固改造方案主要提高原橋承載力問題，解決橋面寬度不足及病害修復等問題。該次加固主跨拱圈采用40 cm厚微膨脹鋼筋混凝土，對拱圈底進行增大拱圈受力截面加固，并在拱腳處拱圈頂面采用10 cm厚微膨脹鋼筋混凝土，對拱圈頂進行加固。新舊拱圈之間采用植筋，使現澆混凝土與既有拱圈形成整體，通過形成的復合拱圈增強磚石的抗彎拉應力和整體剛度。新舊拱圈之間的連接錨桿錨固深度為25 cm，錨桿采用30 cm×30 cm交錯布置。主拱圈的縱向主筋均鉆孔錨固在老橋漿砌石橋墩內50 cm[1]。

1.3 加固施工中（套拱）吊模施工必要性

觀坦大橋位于V形河谷上，施工時汛期臨水且兩岸地勢較為陡峭，加之施工改造時正是汛期，河道內有洪水過境。結合該橋加固設計方案，無法搭設傳統滿堂支架進行施工。經過多方研究考證并借鑒同類型橋梁加固經驗，最終選擇在原橋主拱圈制作吊模的施工方案[2]。

1.4 方案比較

（1）滿堂支架法：常規的施工方法是搭設滿堂支架。該橋梁位處V字形山谷，常年有水，且汛期水量較大；工程建設期處于汛期，無法預料洪水來臨時的沖擊力對支架的影響；谷底處地質條件較差，溝底至拱圈頂部約25 m，搭設滿堂支架則無法保證基底沉降和支架穩定性，不宜采用滿堂支架法。

（2）吊模施工法：其方法是在橋梁主拱圈上鉆孔植筋，安裝鋼絲繩，自橋面向下拼裝鋼管支架，搭設竹跳板，組裝施工平臺；在平臺上安裝鋼筋和模板，澆筑拱圈混凝土。該方案利用結構本身承重，封閉施工、施工用鋼管少、支架穩定，施工安全、施工進度快，質量有保證；其技術性、經濟性較好，且施工不受外界因素干擾。如圖1所示：

2 施工工藝

吊模施工的工藝流程為：準備工作—鉆孔植筋—抗拔力檢測—綁扎鋼筋—安裝吊桿（植筋）—吊桿質量檢測—安裝模板—安裝方木龍骨—安裝縱向骨架鋼管—安裝橫向分配鋼管—安裝蝴蝶扣—安裝螺帽—檢查驗收—澆筑混凝土[3]。

2.1 準備工作

主要包括技術準備、材料準備、勞動力準備和工期規劃，各環節務必做到提前謀劃、工序間銜接有序。

2.2 鉆孔植筋

2.2.1 施工工藝流程

清理原結構及備料—標定位置—鉆孔—清孔—注膠—標定植筋—靜置固化—質量檢驗。

2.2.2 施工操作要點

（1）標定位置。檢查被植筋的拱圈料石是否完好，用鋼筋探測儀測出植筋處混凝土內的鋼筋位置（如有），然后核對、標記植筋部位，以便鉆孔時避讓料石砌縫；如設計的植筋位置有砌縫，則可以對植筋位置進行適當調整（保證縱向或者橫向水平位置）。

（2）鉆孔。按上述標記鉆孔位置、鉆孔直徑，孔的深度必須達到設計要求。

（3）清孔。鉆孔成批量后，逐個清除孔內灰塵。植筋前應用丙酮或工業用酒精擦拭孔壁和孔底[4]。

（4）鋼筋處理。檢查鋼筋是否順直，用鋼絲刷除去銹漬，并用乙醇或丙醇清洗干凈，晾干使用。無銹蝕鋼筋則可不進行除銹工序。

（5）植筋。植筋用的膠黏劑應采用專用灌注器或注射器進行灌注，灌注量為孔深的2/3，植入鋼筋后有少許膠黏劑溢出。注入膠黏劑后應立即單向旋轉插入鋼筋，直至達到設計的深度，植入鋼筋與孔壁間的間隙基本均勻，再校正鋼筋的位置和垂直度。

（6）靜置固化。膠黏劑完全固化前，不得觸動或振動已植入的鋼筋，以免影響其黏結性能。

2.3 錨桿質量檢測

（1）鉆孔質量檢驗應按照《公路橋梁加固施工技術規范》規定執行。

（2）植筋質量檢驗可采用抗拔試驗，抗拔力必須達到設計要求。

（3）該橋設計錨桿為φ12HRB400螺紋鋼筋，查規范fy=360N/mm2。錨桿的極限抗拔力N=AS×fy=3.14×0.06×0.06×360=40.7 kN。

2.4 鋼筋安裝

鋼筋質量控制應滿足設計及規范要求[5]。

2.5 安裝吊桿（在錨桿上焊接螺桿）

在拱圈底部錨桿上焊接φ14高強度螺桿，焊接螺桿間距為橫向60 cm，縱向90 cm。全橋共布設915根錨桿吊點。焊接長度不小于16 cm，焊接質量應嚴格執行相關規范要求。

2.6 吊桿質量檢測

參照錨桿拉拔檢測，檢測值應≥10 kN（為不破壞錨桿與主拱圈的連接力）。

2.7 安裝模板

（1）模板采用20 mm厚多層木膠板，模板表面應平整光潔、無污物，并在模板表面涂刷脫模劑。為防止漏漿，模板接縫處應貼透明膠帶（或雙面膠），并沿洞口周邊模板上口貼海綿條。

（2）模板安裝質量應滿足規范要求。

2.8 安裝方木龍骨

在模板底部橫向安裝5 cm×8 cm×200 cm的木方，木方縱向間距為20 cm。橫向木方搭長度不小于15 cm，依次安裝于主拱圈下。

2.9 安裝縱橫向分配鋼管

先沿著錨桿吊點順橋向安裝雙排縱向鋼管，然后再在縱向鋼管下方沿著錨桿吊點安裝橫向雙排鋼管。

縱橫向分配鋼管采用外徑Φ48.0 mm、壁厚2.7 mm的鋼管，每米的質量為3.33 kg。管面無凹凸、無疵點、裂紋及變形，對彎曲、壓扁、銹蝕嚴重的應禁止使用。

2.10 安裝蝴蝶扣和螺帽

依次沿著縱橫向右拱腳向拱頂對稱安裝蝴蝶扣和螺帽。

2.11 檢查驗收

吊模安裝完成后，應現場檢驗模板情況，驗收合格后方能進行下一道工序。

2.12 澆筑套拱混凝土

（1）拱圈混凝土澆筑由拱腳向拱頂對稱澆筑，施工過程中，應控制澆筑速度。每澆筑10 m3混凝土（兩側各5 m3約1.5 m高）后停半小時，待模板受力穩定后再繼續向拱頂澆筑。澆筑過程中應保證材料供應連續，以減少施工冷縫的出現，確保混凝土的整體性及密實性。

（2）澆筑混凝土的7 d內禁止在橋面采用大型機械施工作業，防止混凝土在養護期內因橋梁振動而產生裂縫。

2.13 模板拆除

（1）模板的拆除將以同條件養護混凝土試塊的抗壓強度為依據指導拆模。

（2）拆模順序為“后支先拆、先支后拆”，先拆非承重模板，后拆承重模板。

（3）非承重模板拆除時，混凝土的強度不得低于20 MPa，承重模板（梁、板底模）拆除時混凝土的強度不得低于設計強度的90%。

3 吊模安裝示意圖及受力驗算

吊模安裝示意圖如圖2所示。

3.1 荷載計算

（1）全橋模板總荷載9×55×0.02×800 kg/m3=79.2 kN，每平方模板重0.16 kN。

說明：橋梁拱圈弧長55 m，寬9 m，拱圈面積為495 m2，模板按800 kg/m3自重計算。得模板重量495×0.02（2 cm厚）×800=7 920 kg=79.2 kN，每平方米模板重79.2/495=0.16 kN。

（2）全橋木方總荷載275×10×0.05×0.08×640 kg/m3=70.4 kN，每平方木方重0.14? kN。

說明：橋梁拱圈弧長55 m，寬9 m，拱圈面積為495 m2，木方按640 kg/m3自重計算（根據密度不同，1 m3木方重在400～800 kg之間，該次驗算取640 kg），橫橋向木方每0.2 m設置一道（55/0.2=275道）。每道木方長10 m（拱圈寬9 m，加1 m搭頭長度）。得木方重量275×10×0.05（厚5 cm）×0.08（高8 cm）×640=7 040 kg=70.4 kN，每平方米木方重70.4/495=0.14 kN。

（3）全橋鋼管總荷載2 748×3.17 kg/m=87 kN，每平方鋼管重0.17 kN。

說明：全橋用鋼管2 748 m（61×9×2+55×15×2），鋼管重2 748×3.17=8 711 kg=87 kN（壁厚2.7的鋼管每米重3.17 kg），每平方米鋼管重87/495=0.17 kN。

（4）全橋混凝土總荷載9×55×0.4×24.84 kN/m3=4 918 kN，拱圈鋼筋混凝土橋9.93 kN/m2。

說明：上式中24.84取值為混凝土每立方米24 kN，拱圈鋼筋重41 800 kg?418 kN/495 m2=0.84 kN，全橋鋼筋混凝土重9×55×0.4（拱圈厚0.4m）×24.84 kN（每立方米鋼筋混凝土重?混凝土重24 kN+鋼筋0.84 kN）=4 918 kN，每平方米鋼筋混凝土重4 918/495=9.93 kN。

（5）全橋混凝土澆筑沖擊荷載495×2 kN/m2=990 kN，混凝土澆筑沖擊荷載標準值2 kN/m2。

說明：混凝土澆筑沖擊荷載標準值2 kN/m2，取常規值，實際施工時混凝土為灌入式入模，幾乎無沖擊荷載。

3.2 荷載組合

永久荷載分項系數取1.2，可變荷載分項系數取1.4。由于全部采用木模，荷載設計值按乘以系數0.9予以折減。

則拱圈恒載：9.93×1.2×0.9≈10.72 kN/m2。

拱圈荷載組合：F2=10.72＋（0.16+0.14+0.17+2）×1.4×0.9≈13.83 kN/m2。

3.3 模板強度驗算

采用20 mm厚木模板，下層內楞為200 mm間距的50 mm×80 mm方木。豎向靜荷載為10.72 kN/m2，豎向動荷載為3.11 kN/m2，按三跨等跨連續計算：

抗彎強度驗算：查表取Km1=0.08、Km2=0.101，則：

Mmax=0.08×10.72×（0.20）2+0.101×3.11×（0.20）2≈0.047 kN·m

Wx=bh2/6=1 000×（15）2/6=37 500 mm3

σ=Mmax/Wx=0.047×106/37 500

≈1.25 N/mm2＜13 N/mm2（故強度滿足要求）。

撓度驗算：查表取Kw1=0.677、Kw2=0.990、E=9 000 N/

mm2、I=bh3/12=281 250 mm4，則：

ω=Kwq1L4/（100EI）=（0.677×10.72+0.990×5.67）×0.24/（100×9.0×106×2.81×10?7）≈0.081 mm。

ω＜l/400=0.25 mm（故撓度滿足要求）。

3.4 受拉螺桿強度驗算

模板體系采用Φ14對拉螺桿，間距為900 mm×

600 mm，根據荷載組合，每根對拉螺桿承受的荷載：σ=0.9×0.6×13.83≈7.468 kN

而Φ14對拉螺桿每根可以承受的荷載為：Anf=π×72×235≈36.16 kN＞7.468 kN，滿足要求。

4 工程運行情況

觀坦大橋建成后，經荷載試驗檢測合格，并通過驗收，目前運行狀態良好。

5 結語

該文以湖北建始縣339省道上的一座大型拱橋（主跨拱圈為石砌板拱）的主拱圈進行鋼筋混凝土套拱采用的吊模施工方法為例，詳細介紹了施工工藝流程和控制要點。此類方法在山區拱橋應用較多，其具有快速、經濟、技術可靠、拆裝靈活等優勢，且在深山峽谷和交通繁忙地區均可采用，對今后類似工程具有借鑒意義。

參考文獻

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