论文部分内容阅读
（中铁大桥局集团第一工程有限公司 河南 郑州 450053）
【摘 要】重点阐述洛阳瀛洲大桥有支架法现浇拱的关键施工技术。
【关键词】箱形；砼拱；施工技术
Construction technique of thin wall box form concrete sprinkle arch
Ning Hong-wei
(China Railway bridge bureau group the first engineering limited company Zhengzhou Henan 450053)
【Abstract】The article particularly elaborate Luoyang Yingzhou bridge has support method to sprinkle the technique of the key construction of arch .
【Key words】Box form; Concrete arch; Construction technique
箱形截面钢筋砼拱桥不仅具有抗弯抗扭刚度大，整体性好，截面应力比较均匀、能承受各截面正负弯矩变化等较好的力学性能，而且能够节省大量的圬工体积，减轻上下部工程量，具有较好的经济性能。为提高其经济性指标或追求更好的景观艺术效果，其跨度和挖空率越来越大，这就给施工技术提出了更高的要求。由于考虑到桥址地形条件及施工单位的设备拥有情况、施工经济性等特点,有支架现浇施工仍然较为普遍，因此针对薄壁大跨箱形拱桥，就有支架施工而言，主要存在以下五个方面关键技术：(1)砼施工段的划分；(2)支架的设计和施工；(3)砼施工技术；(4)支架卸落；(5)拱轴线线形控制。本文结合洛阳瀛洲大桥边跨主拱圈的施工就以上几个方面进行阐述。
1. 工程概况
瀛洲大桥位于洛阳市区西部的瀛洲路上，跨越洛河。桥跨布置如下：（35m+3×50m+25m）（边跨连拱）+10m（挂梁）+（25m+120m+25m）（主桥中跨系杆拱桥）+10m（挂梁）+（25m+3×50m+35m）（主桥边跨连拱）。边跨部分为主拱、腹拱和纵梁共同作用的拱梁组合体系，整个结构相对于主桥中跨为对称形式的上承式连拱结构，其中在纵梁和边跨边拱内单幅设置6束体外束预应力，锚固于两端边拱，以减小基础承受的水平推力。系杆选用环氧喷涂钢绞线成品PES15TU1-19，fpk=1860MPa，张拉控制应力为780MPa。主拱圈是本桥重要承重结构，每联由中间三个整拱和两边各一个半拱组成。（见附图1）
主拱圈截面为单箱三室的变高度截面,拱圈宽9m,拱脚处拱圈高1.5m,到拱顶处渐变为1.0m，受纵坡影响，矢高为11.6m~12.6m,矢跨比约为1/ 4.31~1/3.97,拱轴线为二次抛物线。顶底板厚160mm,腹板宽度为300mm~400mm,腹板间距2.90m。砼标号为C50。配筋率高达到6.5%，为高配筋薄壁箱形混凝土拱（见附图2）。
2. 施工方案的确定
主拱圈采用满堂支架加少支墩进行现浇施工，单个拱圈分段分层，单幅三个整拱的合拢段需同时合拢，单幅连拱施工完毕后对称同步拆除满堂支架，少支墩保留。
拱圈施工的分层和分段应遵循以下原则：
(1)采用分层浇注方案，要确保主拱圈的整体受力特性并有利于支架的受力和变形控制，分层面应尽量选择在应力幅度变化较小处以使分层面的纵向剪应力较小，同时使支架的变形较为均匀；
(2)要充分考虑施工。根据现场施工条件以及主拱圈的结构特点，充分考虑施工人员的操作空间，劳动强度，需保证振捣质量，分层高度应根据砼浇注能力确定；
(3)确定各层砼浇注时间。首先要保证下层砼强度达到80%以上；其次要考虑上下层砼浇注时间不同，其砼收缩应变不同，这会在截面上产生附加应力，浇注间隔时间越长，其产生的附加应力越大；
(4)分段长度要根据施工单位的砼生产能力，分段数应尽量少。每段主拱圈砼浇注时间控制在15～20小时内，在砼初凝之前本段砼必须浇注结束，只有这样才能保证在浇注过程中避免因支架变形而产生裂纹，同时分段数多，不但施工工序多，而且接头工作量大；
(5)分段时要充分考虑施工支架在砼浇注过程中的受力状态和变形情况，以及变形对已浇注成型砼段应力的影响。
根据以上原则结合本桥的支架形式和结构特点，经过多次方案论证比选，最终确定如下方案：主拱圈分两环三段施工，即每跨先对称施工拱脚段底板和腹板，再对称施工拱脚段顶板，最后对称施工拱脚湿接缝及拱顶合拢段。具体见附图3。
3. 支架形式的选择和设计施工
洛阳地区枯水季节较长，桥位处地质条件较好，为有支架法施工提供了有利条件。因碗扣式支架具有货源充足、拼拆方便快捷、力学性能较好等优点，故主拱圈支架形式采用碗扣式满堂支架。在主拱拱背支撑纵梁处设置支墩，以减小由主拱圈及拱上建筑自重对基础的水平推力,待第一次张拉完体外索后再拆除支墩。
3.1 少支墩的设计施工。
经计算，少支墩采用500×8mm钢管桩，每孔两排，每排四根管桩，分别对应于纵梁支撑点处，管桩之间设两道连接系。桩顶内灌注约80cm高C50微膨胀砼，以保证局部应力满足要求。底部支撑在条形基础上,通过与条形基础顶面的预埋件焊连实现。条形基础采用9×2×2m的C30混凝土结构，基底开挖至钙质粘土岩或卵石层中，承载力不小于400KPa。3.2 满堂支架的设计施工。
满堂支架采用碗扣式支架。支架的计算同普通支架计算相同，需要注意的是，在拱脚段坡度较大的部分，应充分考虑浇注过程中的水平力，具体分析计算过程可参见相关资料，这里就不再赘述。经计算确定钢管立柱平面布置尺寸为90cm×60cm，箱梁腹板及横隔墙位置加密为90cm×30cm，步距为1.2m，立柱顶底端设置顶底托，以便于调整底模高度及脱架。为保证支架的整体稳定性，纵向设置剪刀撑4道，横向每隔6跨布置剪刀撑l道，另外在拱脚至l/4范围设置垂直于拱轴线切向方向的撑杆并加密剪刀撑，加强支架的纵向刚度，以防止此段支架因受较大水平力而变形。
支架基础的处理。去除表面杂物杂草等,将原地面整平，换填透水性较好的卵石土，采用15t振动压路机逐层碾压，压实度达到90%，基底承载力达到150KPa，然后浇筑10cm厚的C20混凝土垫层。
4. 混凝土施工
4.1 配合比要求。
主拱圈砼标号为C50。根据主拱圈的结构情况及施工方法，要求粗骨料的最大粒径不大于20mm，连续级配。混凝土坍落度控制在16~20cm，根据混凝土浇筑的时间，初凝时间不得小于20小时。
4.2 混凝土浇注。
混凝土浇筑时采用混凝土搅拌车运输，汽车泵泵送，采用插入式振捣器振捣。混凝土浇筑时纵桥向浇筑顺序为由拱脚向拱顶左右对称进行；横断面上浇筑顺序为从中间向两边对称进行。第一次（底板和腹板）混凝土先浇筑底板，再浇筑腹板，左右对称进行，底板浇筑过程中边浇筑边振捣边加盖压板。第二次（顶板）和第三次（拱脚处湿接缝）混凝土从中间向两边对称进行浇筑。浇筑混凝土按要求在初凝前连续浇筑完成，混凝土浇筑完成后采用覆盖洒水保湿的方法进行养护，养生时间不得少于7天。混凝土达到规范要求强度后，进行相应模板拆除，及时进行竣工测量。
4.3 合拢段施工
合拢段采用C50微膨胀混凝土，每幅三个合拢段均在同一时段浇筑。合拢段施工需满足两大条件:首先,拱箱各段混凝土强度达到设计的75 %以上;其次是合拢温度应符合设计和监控要求（合拢温度控制在20℃以下），由于本桥在6月中旬即需合龙,在无合适温度的情况下,根据合拢前的连续气温观察，选定4：00~7：00低温时段（20℃）进行合拢段混凝土浇筑,并提前对混凝土进行浇水降温, 使已成形拱箱箱体混凝土不超过20 ℃,然后合龙。合拢段钢筋混凝土浇筑前一两天的后半夜（20℃以下气温时段）进行连接。
5. 支架卸落
5.1 各落架点卸落总量的计算。
各落架点卸落总量由两部分组成即主拱圈裸拱的弹性变形△g 与拱架的弹性变形量△e 之和, 即△= △g+△e, 由计算可得,最大卸落量达3.5cm。
5.2 落架方案拟定和实施。
该桥由于采用碗扣式支架的可调托撑做为落架设备,所以落架比较容易,但使用劳动力较多。由于设计要求单幅四孔拱圈同时落架，则落架点近4000个，如此多的落架点不可能达到同时均匀落架。经过方案研讨，确定如下落架方案：落架程序总体上分两次落完,每次落1/2左右;四孔同时进行落架。单孔横桥向同时落架，纵桥向均从拱顶开始,对称的向两边按立柱排进行,直到拱脚处的一排立柱为止,是为一次落架;然后重新从拱顶开始进行第二次落架。
实际落架及监测结果表明, 理论分析与实测值比较接近，拱圈应力的变化均为控制范围之内,落架程序合理，证明落架方案是可行的。
6. 拱轴线形的控制
对于拱桥来说，拱轴线形对拱桥的成桥状态起着至关重要的作用。由于立模标高直接控制成桥后的线形，因此必须进行严格计算。立模标高应考虑以下三方面的内容：支架的弹性变形、支架的非弹性变形和设计预拱度。本桥为获得支架的弹性与非弹性变形值，采取了对其中一孔整孔预压的方案，压重材料采用沙袋，总荷载达到8840KN，持荷时间三天，沉降稳定后卸载，该基础基本无沉降。为保证立模标高的准确性，测量控制频率为沿纵桥向1米一个断面，横桥向每断面三个点。同样，砼顶面标高在浇注砼之前在侧模及顶面钢筋上做好标高控制点，控制频率同底模。另外应控制好各个部位的砼结构尺寸，确保拱轴线位于砼断面的中和轴上，使成桥时尽量达到理想的恒载压力线上。
7. 结语
该桥主拱圈的施工已于2008年6月底全部完成，总体来说，是成功的。此种结构体系的施工技术及经验，在同类型桥梁的设计和施工中可以作为重要的参考。这里总结几点经验，供同类施工进行参考：(1)拱桥有支架施工不仅要考虑支架的强度和刚度，还要保证支架的整体稳定性，尤其是水平力应充分考虑；(2)对于高配筋的薄壁箱形拱，应在优化施工配合比、加强振捣工艺等方面做好工作，以确保砼质量；(3)此种薄壁箱形结构的桥梁由于其砼数量相对较少，而施工复杂性较大，因此其砼综合单价较高。
【摘 要】重点阐述洛阳瀛洲大桥有支架法现浇拱的关键施工技术。
【关键词】箱形；砼拱；施工技术
Construction technique of thin wall box form concrete sprinkle arch
Ning Hong-wei
(China Railway bridge bureau group the first engineering limited company Zhengzhou Henan 450053)
【Abstract】The article particularly elaborate Luoyang Yingzhou bridge has support method to sprinkle the technique of the key construction of arch .
【Key words】Box form; Concrete arch; Construction technique
箱形截面钢筋砼拱桥不仅具有抗弯抗扭刚度大，整体性好，截面应力比较均匀、能承受各截面正负弯矩变化等较好的力学性能，而且能够节省大量的圬工体积，减轻上下部工程量，具有较好的经济性能。为提高其经济性指标或追求更好的景观艺术效果，其跨度和挖空率越来越大，这就给施工技术提出了更高的要求。由于考虑到桥址地形条件及施工单位的设备拥有情况、施工经济性等特点,有支架现浇施工仍然较为普遍，因此针对薄壁大跨箱形拱桥，就有支架施工而言，主要存在以下五个方面关键技术：(1)砼施工段的划分；(2)支架的设计和施工；(3)砼施工技术；(4)支架卸落；(5)拱轴线线形控制。本文结合洛阳瀛洲大桥边跨主拱圈的施工就以上几个方面进行阐述。
1. 工程概况
瀛洲大桥位于洛阳市区西部的瀛洲路上，跨越洛河。桥跨布置如下：（35m+3×50m+25m）（边跨连拱）+10m（挂梁）+（25m+120m+25m）（主桥中跨系杆拱桥）+10m（挂梁）+（25m+3×50m+35m）（主桥边跨连拱）。边跨部分为主拱、腹拱和纵梁共同作用的拱梁组合体系，整个结构相对于主桥中跨为对称形式的上承式连拱结构，其中在纵梁和边跨边拱内单幅设置6束体外束预应力，锚固于两端边拱，以减小基础承受的水平推力。系杆选用环氧喷涂钢绞线成品PES15TU1-19，fpk=1860MPa，张拉控制应力为780MPa。主拱圈是本桥重要承重结构，每联由中间三个整拱和两边各一个半拱组成。（见附图1）
主拱圈截面为单箱三室的变高度截面,拱圈宽9m,拱脚处拱圈高1.5m,到拱顶处渐变为1.0m，受纵坡影响，矢高为11.6m~12.6m,矢跨比约为1/ 4.31~1/3.97,拱轴线为二次抛物线。顶底板厚160mm,腹板宽度为300mm~400mm,腹板间距2.90m。砼标号为C50。配筋率高达到6.5%，为高配筋薄壁箱形混凝土拱（见附图2）。
2. 施工方案的确定
主拱圈采用满堂支架加少支墩进行现浇施工，单个拱圈分段分层，单幅三个整拱的合拢段需同时合拢，单幅连拱施工完毕后对称同步拆除满堂支架，少支墩保留。
拱圈施工的分层和分段应遵循以下原则：
(1)采用分层浇注方案，要确保主拱圈的整体受力特性并有利于支架的受力和变形控制，分层面应尽量选择在应力幅度变化较小处以使分层面的纵向剪应力较小，同时使支架的变形较为均匀；
(2)要充分考虑施工。根据现场施工条件以及主拱圈的结构特点，充分考虑施工人员的操作空间，劳动强度，需保证振捣质量，分层高度应根据砼浇注能力确定；
(3)确定各层砼浇注时间。首先要保证下层砼强度达到80%以上；其次要考虑上下层砼浇注时间不同，其砼收缩应变不同，这会在截面上产生附加应力，浇注间隔时间越长，其产生的附加应力越大；
(4)分段长度要根据施工单位的砼生产能力，分段数应尽量少。每段主拱圈砼浇注时间控制在15～20小时内，在砼初凝之前本段砼必须浇注结束，只有这样才能保证在浇注过程中避免因支架变形而产生裂纹，同时分段数多，不但施工工序多，而且接头工作量大；
(5)分段时要充分考虑施工支架在砼浇注过程中的受力状态和变形情况，以及变形对已浇注成型砼段应力的影响。
根据以上原则结合本桥的支架形式和结构特点，经过多次方案论证比选，最终确定如下方案：主拱圈分两环三段施工，即每跨先对称施工拱脚段底板和腹板，再对称施工拱脚段顶板，最后对称施工拱脚湿接缝及拱顶合拢段。具体见附图3。
3. 支架形式的选择和设计施工
洛阳地区枯水季节较长，桥位处地质条件较好，为有支架法施工提供了有利条件。因碗扣式支架具有货源充足、拼拆方便快捷、力学性能较好等优点，故主拱圈支架形式采用碗扣式满堂支架。在主拱拱背支撑纵梁处设置支墩，以减小由主拱圈及拱上建筑自重对基础的水平推力,待第一次张拉完体外索后再拆除支墩。
3.1 少支墩的设计施工。
经计算，少支墩采用500×8mm钢管桩，每孔两排，每排四根管桩，分别对应于纵梁支撑点处，管桩之间设两道连接系。桩顶内灌注约80cm高C50微膨胀砼，以保证局部应力满足要求。底部支撑在条形基础上,通过与条形基础顶面的预埋件焊连实现。条形基础采用9×2×2m的C30混凝土结构，基底开挖至钙质粘土岩或卵石层中，承载力不小于400KPa。3.2 满堂支架的设计施工。
满堂支架采用碗扣式支架。支架的计算同普通支架计算相同，需要注意的是，在拱脚段坡度较大的部分，应充分考虑浇注过程中的水平力，具体分析计算过程可参见相关资料，这里就不再赘述。经计算确定钢管立柱平面布置尺寸为90cm×60cm，箱梁腹板及横隔墙位置加密为90cm×30cm，步距为1.2m，立柱顶底端设置顶底托，以便于调整底模高度及脱架。为保证支架的整体稳定性，纵向设置剪刀撑4道，横向每隔6跨布置剪刀撑l道，另外在拱脚至l/4范围设置垂直于拱轴线切向方向的撑杆并加密剪刀撑，加强支架的纵向刚度，以防止此段支架因受较大水平力而变形。
支架基础的处理。去除表面杂物杂草等,将原地面整平，换填透水性较好的卵石土，采用15t振动压路机逐层碾压，压实度达到90%，基底承载力达到150KPa，然后浇筑10cm厚的C20混凝土垫层。
4. 混凝土施工
4.1 配合比要求。
主拱圈砼标号为C50。根据主拱圈的结构情况及施工方法，要求粗骨料的最大粒径不大于20mm，连续级配。混凝土坍落度控制在16~20cm，根据混凝土浇筑的时间，初凝时间不得小于20小时。
4.2 混凝土浇注。
混凝土浇筑时采用混凝土搅拌车运输，汽车泵泵送，采用插入式振捣器振捣。混凝土浇筑时纵桥向浇筑顺序为由拱脚向拱顶左右对称进行；横断面上浇筑顺序为从中间向两边对称进行。第一次（底板和腹板）混凝土先浇筑底板，再浇筑腹板，左右对称进行，底板浇筑过程中边浇筑边振捣边加盖压板。第二次（顶板）和第三次（拱脚处湿接缝）混凝土从中间向两边对称进行浇筑。浇筑混凝土按要求在初凝前连续浇筑完成，混凝土浇筑完成后采用覆盖洒水保湿的方法进行养护，养生时间不得少于7天。混凝土达到规范要求强度后，进行相应模板拆除，及时进行竣工测量。
4.3 合拢段施工
合拢段采用C50微膨胀混凝土，每幅三个合拢段均在同一时段浇筑。合拢段施工需满足两大条件:首先,拱箱各段混凝土强度达到设计的75 %以上;其次是合拢温度应符合设计和监控要求（合拢温度控制在20℃以下），由于本桥在6月中旬即需合龙,在无合适温度的情况下,根据合拢前的连续气温观察，选定4：00~7：00低温时段（20℃）进行合拢段混凝土浇筑,并提前对混凝土进行浇水降温, 使已成形拱箱箱体混凝土不超过20 ℃,然后合龙。合拢段钢筋混凝土浇筑前一两天的后半夜（20℃以下气温时段）进行连接。
5. 支架卸落
5.1 各落架点卸落总量的计算。
各落架点卸落总量由两部分组成即主拱圈裸拱的弹性变形△g 与拱架的弹性变形量△e 之和, 即△= △g+△e, 由计算可得,最大卸落量达3.5cm。
5.2 落架方案拟定和实施。
该桥由于采用碗扣式支架的可调托撑做为落架设备,所以落架比较容易,但使用劳动力较多。由于设计要求单幅四孔拱圈同时落架，则落架点近4000个，如此多的落架点不可能达到同时均匀落架。经过方案研讨，确定如下落架方案：落架程序总体上分两次落完,每次落1/2左右;四孔同时进行落架。单孔横桥向同时落架，纵桥向均从拱顶开始,对称的向两边按立柱排进行,直到拱脚处的一排立柱为止,是为一次落架;然后重新从拱顶开始进行第二次落架。
实际落架及监测结果表明, 理论分析与实测值比较接近，拱圈应力的变化均为控制范围之内,落架程序合理，证明落架方案是可行的。
6. 拱轴线形的控制
对于拱桥来说，拱轴线形对拱桥的成桥状态起着至关重要的作用。由于立模标高直接控制成桥后的线形，因此必须进行严格计算。立模标高应考虑以下三方面的内容：支架的弹性变形、支架的非弹性变形和设计预拱度。本桥为获得支架的弹性与非弹性变形值，采取了对其中一孔整孔预压的方案，压重材料采用沙袋，总荷载达到8840KN，持荷时间三天，沉降稳定后卸载，该基础基本无沉降。为保证立模标高的准确性，测量控制频率为沿纵桥向1米一个断面，横桥向每断面三个点。同样，砼顶面标高在浇注砼之前在侧模及顶面钢筋上做好标高控制点，控制频率同底模。另外应控制好各个部位的砼结构尺寸，确保拱轴线位于砼断面的中和轴上，使成桥时尽量达到理想的恒载压力线上。
7. 结语
该桥主拱圈的施工已于2008年6月底全部完成，总体来说，是成功的。此种结构体系的施工技术及经验，在同类型桥梁的设计和施工中可以作为重要的参考。这里总结几点经验，供同类施工进行参考：(1)拱桥有支架施工不仅要考虑支架的强度和刚度，还要保证支架的整体稳定性，尤其是水平力应充分考虑；(2)对于高配筋的薄壁箱形拱，应在优化施工配合比、加强振捣工艺等方面做好工作，以确保砼质量；(3)此种薄壁箱形结构的桥梁由于其砼数量相对较少，而施工复杂性较大，因此其砼综合单价较高。