钢筋砼拱桥施工技术解析.docx

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钢筋砼拱桥施工技术解析

钢筋砼拱桥施工技术

一、概述

拱桥在我国桥梁建筑史上占有很重要的地位，尤其是石拱桥，不仅历史悠久，分布较广，而且有的迄今仍在发挥作用。

我国建于公元282年（西晋）洛阳七里涧上的单跨半圆形石拱桥，是现有历史记载中最早的石拱桥，至今仍在使用。

我国闻名于世的古代石拱桥有：

河北赵县的安济桥（即赵州桥），建于595-605年（唐朝），是世界上第一座空腹石拱桥；苏州的宝带桥，建于819年（唐朝）；北京的卢沟桥，建于1192年（南宋）。

以上三座桥均列为全国重点文物加以保护。

十九世纪九十年代我国开始生产水泥，随着水泥的问世，砼的应用日益广泛，于1905年我国建成第一座砼拱桥（沈阳——丹东间的十四鸡里沟桥）；1909年建成第一座钢筋砼拱桥（广州——深圳间的清水河桥），从石拱桥——砼拱桥——钢筋砼拱桥，经历了一千六百二十七年的漫长岁月。

不论是石拱桥或砼拱桥，两者的跨越能力有限，随着桥梁跨度的发展，以钢筋砼拱桥取代前者是必然的趋势。

1934～1936年，我国在湘粤两省交界处修建了五大钢筋混凝土拱桥，拱桥的最大跨径已达40米。

中华人民共和国成立初期，修建的钢筋混凝土拱桥仍沿袭实腹式板拱,到50年代中期开始采用空腹式肋拱，这是我国拱桥发展史上的一个转折点，为钢筋混凝土拱桥向大跨度发展奠定了基础。

拱桥的基本特点：

梁式结构在竖向荷载作用下，支承处仅仅产生竖向支承反力，而拱式结构在竖向荷载作用下，支承处不仅产生竖向反力，而且产生水平推力。

拱圈中的弯矩比相同跨径梁的弯矩小很多，因而使整个拱圈主要承受压力，可利用抗压性能较好而抗拉性能较差的圬工材料（石料、混凝土、砖等）来修建拱桥，这种由圬工材料修建的又称为圬工拱桥。

拱桥主要由桥跨结构和下部结构组成，而桥跨结构又由桥跨结构、拱圈、拱上建筑组成，下部结构由桥墩、桥台、基础组成。

拱桥的主要类型：

①按主拱圈（肋、箱）所使用的建筑材料可为：

圬工拱桥、钢筋砼拱桥、钢拱桥。

②按拱上建筑的形式可分：

实腹式拱桥、空腹式拱桥。

③按主拱圈采用的拱轴线形式可分：

圆弧拱桥、抛物线拱桥、悬链线拱桥。

④按结构受力体系可分：

简单体系拱桥、组合体系拱桥。

⑤按主拱圈截面形式可分：

板拱桥、肋拱桥、双曲拱桥、箱形拱桥。

拱桥的优点：

1跨越能力大。

2能充分做到就地取材，降低造价，并且与钢桥和钢砼梁式桥相比，可以节省大量的钢材和水泥

3耐久性好，养护和维修费用少，承载潜力大。

4外形美观。

5构造较简单，尤其是圬工拱桥，有利于普及和广泛采用。

拱桥的缺点：

1自重大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，对地基要求高。

2对于多孔连续拱桥，为了防止其中一孔破坏而影响全桥，还要采取特殊的措施，如设置单向推力墩以承受不平衡的推力。

3在平原地区修建拱桥，由于建筑高度较大，使桥两岸接线的工程量增大，亦使桥面纵坡加大，对行车不利。

4圬工拱桥施工需要劳动力较多，建桥工期较长等。

二、钢筋砼拱桥

现以光华东街东进工程护城河桥（现已改名为紫金桥）为例谈谈钢筋砼拱桥的施工技术。

Ⅰ、工程概况

桥型布置

0123456789

拱桥全长130.6米，宽33米，分为南北两半幅（南、北半幅各宽16.5米）。

设计荷载：

城—A级汽车荷载，人行荷载3.5KN/m2

结构型式：

九跨实腹式圆弧拱桥，矢跨比为f/L=1/3.6136

跨径布置（m）：

11.9+12.9+13.9+14.9+15.4+14.9+13.9+12.9+11.9

下部结构为桩柱式桥墩和墙式框架桥台，拱上填料为级配碎石，填料碎石和二灰碎石间铺一层无纺土工布，要分层夯实，达到密实要求。

桥台台后填土为含灰量

6％的石灰土，应分层填筑夯实。

钻孔灌注桩桩尖嵌入④—2（中风化）或④—3（微风化）层应不小于1.5m，孔底沉渣厚度应小于5㎝。

上部拱圈采用满堂木支架现浇，待砼强度达到设计强度的85％方可落架（注意：

不是拆架），再进行拱脚预留槽口处钢筋的焊接，然后进行侧墙、护脚砼浇筑和拱上填料的施工。

注意事项：

①拱架应先进行48小时预压，预压重量为主拱圈总重的1.1倍；

②主拱圈施工立模定位应准确，浇筑砼应低温合拢，高温松架；

③桥台施工完成，桥台台后填土到位，方可落架，落架应对称均衡进行；

④拱上填料要全桥分多次对称加载，注意逐孔之间连拱影响；

⑤主拱圈砼浇筑时先拱脚后拱顶，全桥完成后方可落架和拆架。

Ⅱ、拱桥基础

拱桥基础的特点：

拱桥基础一般座落在岩石上，因为它除承受上部结构传递的垂直荷载外，还须承受较大的水平推力，要求基础不变位、不下沉。

如为桩基础，则必须考虑到以上两个特性。

现以光华东街东进工程护城河桥（紫金桥）为例阐述拱桥基础施工的要求：

本桥设计为钻孔灌注桩基础，钻孔桩直径分为两种，桥台桩基直径为φ1.0m，每台10根，桥墩桩基直径为φ1.2m，每墩5根，现以跨径最大的第五孔（净跨14.2m）为例验算桩基安全承重。

桥墩桩按每墩5根布置，桩长为22m，桩尖嵌入④—2（中风化）1D以上。

土层号

土（岩）质分类

土层厚

极限摩阻力

Lτ（Kpa）

极限承载力（Mpa）

1Mpa=10㎏/㎝2

①—1

淤泥

5.5

0

②—1

粉质粘土

4.4

65*4.4=286

②—2

粉质粘土

2.7

80*2.7=216

③

粉质粘土混卵砾石

1.9

90*1.9=171

④—1

强风化角砾岩（硅胶结）

6.1

100*6.1=610

④—2

中风化角砾岩（硅胶结）

1.12

180*1.12=201.6

8.7

∑Lτ=1484.6Kpa

上部传递的竖向力=13640KN

桥墩自重:

1527KN

单桩自重:

315KN

单桩承受荷载:

P=（13640+1527）/5+315=3348.4KN=334.84t

单桩安全荷载:

【p】=148.46×0.5×3.1416×1.2+8.7×100×0.5×3.1416×0.62

=279.84+491.97=771.8t>p（可以）

桩基为嵌岩桩，桩尖嵌入中风岩或微风化岩须满足1D（桩径）以上，沉渣厚度<5㎝。

桩身砼等级为C25。

桥台基础桩桩径为φ1m，每台下10根桩，主筋直径为φ22㎜，每桩主筋共18根。

桥墩基础桩桩径为φ1.2m，每墩下5根桩，主筋直径为φ22㎜，每桩主筋共24根。

每根桩成桩后均需进行小应变检测，检查桩身的完整性，同时按4～6%的桩数抽查做大应变检测，检查单桩承载力。

Ⅲ、上部结构（拱圈）

拱圈一般采取半圆形，以减少对桥墩的水平推力，按弹性原理求得各部位在活载、静载及气温等变化情况下产生的内力，务使求得的内力低于材料的容许应力。

当跨径一定，拱的水平推力与矢跨比成反比，所以大跨度拱用较大的矢跨比；小跨度拱用较小的矢跨比，使恒载作用下，拱的水平推力接近平衡，矢跨比一般为1/4～1/8。

本桥拱圈为实腹式板拱，采用的矢跨比为1/3.6136。

Ⅳ、拱圈支架

ⅰ支架基础：

该桥采用水上平台施工方案，水上平台开始做为钻孔桩施工平台，后作为拱圈支架基础。

因此，对水上平台承受荷载能力的要求较高，水上平台基础采用木桩，木桩直径、长度、小头直径、每根桩能承受的荷载须进行设计计算。

层号

土（岩）质类别

极限摩阻力（kpa）

①—1

淤泥

①—2

填土

②—1

粉质粘土

65

②—2

粉质粘土

80

③

粉质粘土混卵砾石

90

④—1

强风化角砾岩（硅胶结）

100

④—2

中风化角砾岩（硅胶结）

180

④—3

微风化角砾岩（硅胶结）

300

地质情况

以最大净跨为14.2米的第五孔为例：

拱轴线长：

17.431m

拱圈重Q=17.431×0.45×15.65×2.5=306.88t

上部结构传递来的力为306.88t（拱圈重量）

平台及拱架木结构重为14.2t

平台木桩采用小头直径φ12㎝桩，桩尖入②—1中1m以上

单桩容许承载力［P］=6.5t×1.3÷2×0.12×3.14=1.59t/根

总桩数n=（306.88t+14.2t）/1.59t=202根

桥宽15.65m，按17行布置，桩间间距为98㎝

顺桥向按12排布置，桩间距：

（14.2-1.2）/11=1.18m

实际桩数为12×17=204根

单桩受力P=（306.88t+14.2t）/204=1.57t〈［P］=1.59t〈可〉

ⅱ拱圈支架：

拱圈支架须进行施工图的设计，并应编写搭设方案，对拱架的承载力和稳定性进行验算。

目前支架构件已逐步向标准化、系列化和通用化的方向发展，国内已生产有多种规格的钢管支架及其扣件，减少了对木材的使用，提高了拱架安装的质量和速度。

本桥拱圈支架采用满堂木结构支架，为保证拱圈轴线竣工后尺寸的准确，拱架应预留施工拱度，在确定施工预留拱度值时应考虑下列因素：

①拱架承受施工荷载和结构重量所引起的弹性变形；

②超静定结构砼的收缩、徐变及温度变化而引起的挠度；

③由于结构重力引起的拱圈弹性挠度，以及1/2的汽车荷载（不计冲击力）引起的拱圈弹性挠度。

这是因为如全部不考虑动荷载，则拱所设置的施工上拱度太小，遇到动荷载时，拱会下挠过大；如按全部荷载考虑，则当荷载未上去时，拱会上凸过大。

因此，规定按1/2的动荷载计算设置施工拱度，以防拱圈下挠或上凸过大；

④承受水平推力的墩台，由于墩台的水平位移所引起的拱圈挠度；

⑤受载后由于杆件接头的挤压和卸落设备压缩而产生的非弹性变形；

⑥支架基础在受载后的非弹性变形。

ⅲ木拱架搭设的具体要求：

①木拱架的接头是受力的弱点，故规定应尽量减少，相邻立柱的接头如设在同一水平面上，对承受水平方向的力很不利，故规定尽量分设在不同水平面上。

压力杆在接头处最易受压失稳，故规定主要压力杆接头应采用对接并用夹板夹紧，以弥补其弱点，节点联结应力求简单。

②安装拱架前，对拱架立柱和拱架支撑面应详细检查，准确调整拱圈支撑面和顶部标高，并复测跨度，确认无误后方可进行安装。

③各片拱架间须设置纵、横水平联结系外，还应设置剪刀撑，使支架成为一个稳定的结构，拱架联结系可采用扒钉连结。

④拱架应稳定、坚固，能抵抗在施工过程中有可能发生的偶然冲撞和振动，安装时应注意以下几点：

a拱架立柱必须安装在有足够承载力的地基上，立柱底端应设垫木来分布和传递压力，并保证浇筑砼后不发生超过允许的沉降量；

b施工用的脚手架和便桥，不应和拱圈的模板支架相连接，以免施工振动时影响浇筑砼的质量；

c应注意对支架的防护；

d在支架顶面应设置沉降观测点，并在加载前测定标高并详细记录；

e应考虑预拱度的设置和落架时的方便。

为便于拱架的落架和拆除，应根据结构形式、承受荷载的大小及需要的落架量，在拱架的适当部位设置相应的木楔、木马、砂筒或千斤顶等落架设备。

拱架安装完毕后，应对其平面位置、顶部标高、节点联结及纵、横向稳定性进行全面检查，符合要求后，方可进入下道工序施工。

一般用木楔落架时，每个支点处必须有两个木楔对击，木楔小头厚度不应小于4cm，所用木楔的材料应尽量做到一致。

ⅳ拱圈支架预压：

①预压的目的：

a检验支架的承载能力；

b消除支架的非弹性变形；

c消除支架基础的非弹性变形；

d掌握支架的弹性变形值；

e为设置拱的沉降量和预留预拱度提供依据和数据。

②具体要求：

a在拱架搭设完成后，铺设底模，按设计标高及经验数据调到施工标高，并做好观测点，最后进行一次全面检查验收，验收合格后进行加载。

b加载重量为拱圈重量的1.1倍，一般用沙袋堆载预压。

c加载顺序应从两侧拱脚开始，同时均匀对称进行，先拱脚后拱顶。

d加载前应在拱圈底模上和基础顶面的适当部位设置多个观测点进行观测，观