中承式系杆拱现浇施工工艺

　　摘要：介绍了浙江省湖州市湖嘉申航道工程镇西大桥105m中承式系杆拱桥主拱的施工工艺，为同类桥涵施工提供可借鉴之经验。
　　关键词：中承式；系杆拱桥；施工工艺
　　1、前言
　　湖嘉申线航道工程镇西大桥孔径采用：7×20m（预应力砼板梁）+34.5m+105m（主跨）+34.5m+7×20m（预应力砼板梁），桥梁全长454.74m。主跨105m，边跨34.5m，为单幅飞鸟式系杆拱桥,在施工过程中结合工程实际条件，对系杆拱现浇与预制安装两种施工技术方案进行综合比较，由于预制拱施工周期较长，工程投入较大，须占用基本农田，而且影响航道正常通航，经反复比选，优先采用投入设备少、施工周期短的拱肋支架现浇方法施工。
　　2、工艺特点
　　2.1系杆拱采用支架现浇施工方法，在不影响航道通航的前提下可以加快工程施工进度，减少施工工序，节省大型吊装设备，降低工程施工成本。
　　2.2采用分段现浇施工，减少模板一次性投入费用。
　　2.3采用定型钢模板，现场组装，可以保证砼外观质量。
　　2.4采用插入式振捣器浇筑砼，操作灵活，简便。
　　2.5采用一次性木芯模，减少模板费用支出。
　　2.6采用支架现浇施工减少土地占用。
　　2.7采用高强度预应力钢材，减少桥梁自重，降低工程造价。
　　3、适用范围
　　本工法适用于同类型飞鸟式系杆拱桥梁现浇施工。
　　4、工艺原理
　　105m中承式系杆拱桥梁及同类型飞鸟式系杆拱桥梁现浇工法工艺原理是在航道或河床内搭设系杆拱现浇支架，对支架进行预压以消除支架弹性和非弹性变形，然后在支架上铺设拱肋、横向联系梁、剪刀撑底板并绑扎钢筋及预埋管道，分段、对称浇筑拱肋、横向联系梁、剪刀撑砼并进行养护。待砼强度达到95%设计强度后安装拱顶、拱脚合龙缝处临时固接撑杆，绑扎合龙缝钢筋，浇筑合龙缝砼，当合龙缝砼达到95％设计强度后张拉临时系杆索并安装吊杆、行车道板，安装、张拉永久杆索并完成系杆拱桥面系施工。
　　5、施工工艺及操作要点
　　系杆拱现浇支架应有足够的强度、刚度和稳定性，必须进行预压（自重和施工荷载的120％），以减少支架变形和沉降，防止砼开裂，压重按拱肋及边跨拱上建筑一期恒载重的1.2倍设计，预压荷载在拱肋及行车道板砼浇筑过程中逐渐撤除。支架立模高程应计入预拱度和落地支架弹性、非弹性变形等影响，以确保拱肋、行车道板的设计标高。
　　5.1主孔现浇支发架施工工艺
　　5.1.1拼装柴油打桩船、打桩架，用四节浮箱组装成柴油打桩机平台，埋设打桩船地锚，放出纵、横向钢丝绳，便于打桩船定位，对钢管桩下料、接长，钢管桩间搭接焊缝须焊接饱满，钢管桩可以选用ø80cm直径钢桩或ø43cm直径钢桩作支撑排架桩。
　　5.1.2插打排架钢管桩，通航孔有效净距25m，通航有效净空5.5m，设左、右幅两个通航孔，结合本桥具体情况，全桥水中一共插打5个承重墩钢桩排架，每个墩插打12根ø80cm直径钢桩。钢管桩入土深度通过理论计算结合现场打桩情况确定，通过理论计算与最后连续5锤，每锤进尺少于5cm来确定最终钢桩入土深度。
　　5.1.3焊接钢桩剪刀撑，用槽钢连接同排钢管桩，形成剪刀撑，用来防止钢桩间不均匀沉降，焊缝要饱满，焊接要牢固。
　　5.1.4钢管桩桩顶盖帽施工，用1cm钢板作钢桩盖帽，钢板与钢桩间焊接固定。
　　5.1.5排架桩顶横梁施工，用双40cm工字钢作盖梁，盖梁与钢桩间焊接固定。
　　5.1.6铺设贝雷桁架作为满堂脚手支架基础，每道拱肋底部铺设6路贝雷桁架，贝雷桁架间搭设剪刀撑。
　　5.1.7在贝雷上搭设满堂脚手，满堂脚手采用碗扣支架搭设，相邻两排碗扣支架间距为80×80cm，碗扣支架间需要打好平撑、横撑、斜撑，起到加强支架稳定性作用。
　　5.1.8满堂脚手搭设结束后即可在支架上铺设主拱肋、横向联系梁和行车道板底模，并吊装袋装土预压，预压也可以结合本项目特点采用吊装板梁作配重进行预压，待变形稳定后即可进行下道工序，预压期间要进行观测、记录。
　　5.2陆上边孔现浇支架施工工艺
　　5.2.1陆上边孔满堂支架搭设前需要对现浇支架基础采用石灰土处理，具体做法为：清除地表土20cm～30cm，再翻松掺灰5%压实，然后铺设40cm厚8％的石灰土，石灰土分两层铺设碾压，压实度95%以上，灰土面高出原地面10cm左右，四周挖排水沟，引流雨水。
　　5.2.2碗扣支架搭设可以充分利用承台作承重基础，局部软土地基可以采用插打木桩或钢管桩加强处理。
　　5.2.3在石灰土顶面浇筑8cm～10cm厚的砼，用平板振捣器振实。
　　5.2.4现浇基础处理结束后即可搭设满堂支架，支架上铺设边跨拱肋、横向联系梁和行车道板底模。
　　5.2.5底模铺设结束后即可准备吊装袋装土或板梁等配重预压，待支架变形稳定后即可进行下道工序，预压期间要及时观测、记录。
　　主跨及边跨拱肋、横向联系梁及行车道板施工流程
　　①架设主桥中跨、边跨拱肋支架及边跨行车道横梁和行车道板支架；
　　②对支架进行预压以消除地基沉降及支架非弹性变形；
　　③测出支架竖向弹性变形，拱肋立摸时应计入其影响。
　　5.3主跨拱肋、横向联系梁及行车道板工艺流程
　　5.3.1主跨拱肋、横向联系梁施工程序
　　①吊装主跨拱肋模板，安装拱脚临时固接撑杆并绑扎拱肋钢筋；
　　②按1Z2Z3Z顺序绑扎钢筋、立模并浇筑拱肋砼并在压顶段中间预留1.5m合龙缝；
　　③对称浇筑主肋横向联系梁。
　　5.3.2、主跨拱肋合龙段施工程序
　　①在主拱肋养生7～10天且砼强度达到95％之后，浇筑拱脚合龙缝砼；
　　②待合龙段砼达到95％设计强度后，对称安装肋间钢管横系梁；
　　③对称浇筑主拱肋间横梁及剪刀撑；
　　④待砼强度达到95％设计强度后安装拱顶合龙缝处临时固接撑杆，绑扎拱顶合龙缝钢筋，浇筑拱顶合龙缝砼。
　　5.4边跨拱肋、边拱实腹段行车道横梁和行车道板工艺流程
　　5.4.1安装边跨拱肋、边拱实腹段行车道横梁和行车道板，并绑扎钢筋；[!--empirenews.page--]
　　5.4.2按1B2B3B顺序浇筑拱脚段拱肋
　　5.4.3待砼强度达到95%设计强度以上后张拉边拱肋纵向预应力束，注意必须采用先长束后短束，对称、分级、循环张拉，张拉完成后应尽快压浆、封锚。
　　5.4.4现浇边跨空腹段拱上立柱、行车道横梁行车道板和纵肋，安装临时系杆索
　　5.4.5张拉临时锚杆索，按设计张拉力分级循环张拉。
　　5.5拆除拱圈支架、安装吊杆、行车道板、安装永久杆索
　　5.5.1拆除通航孔部分中跨主拱圈支架，保留中跨肋间横梁以下两拱脚处拱圈支架不拆；
　　5.5.2安装中跨吊杆，并由跨中向两侧拱脚方向对称安装中跨行车道预制横梁就位；
　　①中跨行车道预制横梁的安装按中跨拱肋吊杆构造图中考虑预拱度后梁底安装标高进行施工；
　　②在全部预制横梁安装就位后，对照上述梁底安装标高重新进行全部吊杆索长或索力的调整。
　　5.5.3安装S1、S2永久系杆索并张拉,张拉吨位达到设计值。
　　5.5.4解除临时系杆索L1，安装永久系杆索Z1，Z2并张拉，张拉吨位达到设计值。
　　5.5.5解除临时系杆索L2，安装永久系杆索X1，X2并张拉，张拉吨位达到设计值。
　　5.5.6解除临时系杆索L3，分级循环张拉S1，S2,Z1，Z2,X1，X2永久系杆索，每根索张拉吨位达到设计值。
　　5.5.7拆除边跨所有支架；拆除临时系杆索的锚固块砼。
　　5.5.8拆除边跨所有支架及中跨剩余拱圈支架。
　　
　　
　　
　　
　　拆除拱圈支架、安装吊杆、行车道板、安装永久杆索示意图
　　5.6安装吊架，浇筑中跨行车道板合龙段
　　5.6.1安装吊架，由跨中向两侧拱脚方向对称浇筑中跨行车道板合龙现浇段。
　　5.6.2分级循环张拉S1，S2,Z1，Z2,X1，X2永久系杆索,每根索张拉吨位达到设计值。
　　
　　
　　安装吊架，浇筑中跨行车道板合龙段示意图
　　
　　系杆预应力束端部布置横断面示意图
　　5.7桥面系施工
　　5.7.1按全桥三跨均衡、对称的浇筑桥面铺装及防撞栏杆，安装伸缩缝。
　　5.7.2全桥完成后，进行全部吊杆和系杆锚索的索力测定，要求实测索力与设计索力误差不大于8%，否则应重新调索。
　　5．8本施工工艺施工线型控制的重点是桥位轴线偏差控制、高程控制以及吊杆索力控制
　　5.8．1轴线在中跨拱肋施工过程中，采用经纬仪或全站仪对拱肋轴线进行监控发现偏差，及时进行纠正。
　　5.8．2高程控制主要是采用水准仪，在张拉过程中监控横梁及拱肋底标高。
　　5.8．3索力的控制主要采用索力计，对每次吊索的张拉进行监控，以确保达到设计要求。
　　6、材料与设备
　　类型
　　（种类型号） 定额
　　功率 吨级（t）
　　容量（M3） 新旧程度 数量 备注
　　搅拌机 750L  85% 2 
　　砼罐车  8m3 95% 3 
　　挖掘机(现代R220LC-5) 102KW 1.1 95% 1 
　　柴油打桩锤 20KW  85% 1 
　　浮吊船  80T 85% 1 
　　吊车  25T 85% 2 
　　碗扣式支架 φ48×3.5mm  95% 2600m2 
　　组装式大体积钢模板   100% 2套 
　　索力计 5000KN  95% 1 
　　7、质量控制
　　7.1施工过程质量控制
　　7.1.1施工流程应严格按流程图的顺序及说明进行施工。在支架搭设完毕后，应按支架及施工荷载的1.2倍进行预压，即预压吨位为8T/m的重量进行，以减少支架变形，防止砼开裂。预压采用袋装土或其它配重进行预压；
　　7.1.2边跨施工时，应对边跨支架进行压重，压重按边跨拱肋及边跨拱上建筑一期恒载的1.2倍进行，预压荷载在拱肋及行车道板砼浇注过程中逐渐撤除；
　　7.1.3支架立模高程应综合考虑预拱度、落地支架弹性和非弹性变形等影响，以确保拱肋、行车道板的设计标高；
　　7.1.4钢筋骨架及拱肋、行车道梁顶底板受力钢筋接长时，宜避开受力较大处，并按施工技术规范要求接头错开布置。砼保护层垫块采用硬质塑料垫块,拱顶合龙段纵向钢筋应断开，部分须连接的钢筋采用双面焊接；
　　7.1.5中跨拱肋合龙段采用分批浇注：先合龙拱脚段，待砼强度达到设计要求后，安装拱顶合龙段临时固接且应选择当天最低气温时段安装，绑扎拱顶合龙段钢筋，选择当天最低气温时段浇筑合龙段砼，合龙段砼采用微膨胀砼，待砼强度达到设计要求且在张拉临时系杆索后，方能拆除主拱圈支架，其他注意事项详见主桥施工流程图中说明；
　　7.1.6中跨拱肋施工中在张拉临时系杆索前，注意必须将主拱肋肋间横梁、钢管风撑及剪刀撑安装完成以确保拱肋的横向稳定。为了克服临时系杆索与桥面纵坡之间的高差，采用钢丝绳或钢筋作为吊筋，上口置于拱肋上，下口吊住临时系杆索，每8m设置一根吊筋，确保临时系杆索与桥面纵坡一致；
　　7.1.7吊杆下料制作前，应根据主拱圈施工支架拆除后的拱肋吊杆处拱背标高实测值进行由设计单位和施工单位共同研究确定下料长度。
　　7.2预拱度设定
　　7.2.1预拱度的设置由施工单位根据支架预压沉降现场观测结果等资料提供给设计单位计算确定；
　　7.2.2本桥预拱度的设置包括贝雷的弹性变形、碗扣支架节头的非弹性变形、拱圈自重的弹性下沉以及温度变化与砼收缩的弹性下沉值，其中贝雷的弹性变形δ1在预压及卸载过程中实测得出，碗扣支架节头的非弹性变形δ2为每一个节头考虑1.0mm，拱圈自重的弹性下沉δ3以及温度降低与砼收缩的弹性下沉值δ4均按理论公式计算得出，因预压是在贝雷上实施的，并且预压结束后再在其上架设碗扣支架，故贝雷及桩基的非弹性变形不考虑，同时，因碗扣支架自重对贝雷产生的挠度δ5也应扣除。故设计的预拱度为δ=δ1+δ2+δ3+δ4-δ5[!--empirenews.page--]
　　7.2.3根据理论分析及沉降观测结果分析，最终确定主跨预拱度设置为1Z段为：2.0cm，2Z段3.0cm，3Z段5.0cm；
　　7.2.4从工程施工结果来比较，预拱度设置基本合理，主桥实际浇筑后标高与设计偏差在1.0cm范围内。
　　8、效益分析
　　8.1系杆拱预制、安装施工
　　系杆拱预制、安装施工需要分段预制，考虑起吊能力，对主拱分节预制，最大节段重60T。
　　8.2设置拱肋预制场、预制底板、出坑龙门
　　采用预制施工必须征用土地，占用农田，容易引起地方矛盾，预制施工需要设置预制底板，与现浇施工相比同样需要底模、边模，而且预制还增加了底座费用，另外预制件出坑需要安装出坑龙门，需要修建码头、疏浚航道，采用浮吊船吊装。
　　8.3预制件吊装前也需要搭设承重支架，也同样需要预压、观测沉降。
　　8.4主拱采用预制施工与支架现浇施工相比较，场地、码头要求比较高，增加了工程施工工序，也增加了工程施工成本，经综合比较系杆拱采用支架现浇施工减少肋材料一次性投入，节约了工程施工成本，缩短了工程施工周期，减少了土地、航道占用，有利于工程安全、质量管理，创造经济效益80万元。
　　9、应用实例
　　由江苏省交通工程集团有限公司承建的湖嘉申线航道工程镇西大桥目前已竣工通车，各项技术指标符合设计要求。
　　
　　参考文献：
　　1、JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范

《中承式系杆拱现浇施工工艺》

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文章名称： 中承式系杆拱现浇施工工艺

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