钢筋砼拱桥施工技术

1、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）；190

2、9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。 19341936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

3、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：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。按拱上建筑的形式可分：实腹式拱桥、空腹式拱桥。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。按结构受力体系可分：简单体系拱桥、组合体系拱桥。按主拱圈截面形式可分：板拱桥、肋拱桥、双曲拱桥、箱形拱桥

4、。拱桥的优点： 跨越能力大。 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 耐久性好，养护和维修费用少，承载潜力大。 外形美观。 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： 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。 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。 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。 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

5、名为紫金桥）为例谈谈钢筋砼拱桥的施工技术。、工程概况桥型布置 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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2（中风化）或3（微

6、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：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；主拱圈施工立模定位应准确，浇筑砼应低温合拢，高温松架；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；拱上填料要全桥分多次对称加载，注意逐孔之间连拱影响；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。、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

7、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1.0m，每台10根，桥墩桩基直径为1.2m，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2（中风化）1D以上。土层号土（岩）质分类土层厚极限摩阻力L(Kpa)极限承载力（Mpa）1Mpa=10/21淤泥5.501粉质粘土4.465*4.4=2862粉质粘土2.780*2.7=216粉质粘土混卵砾石1.990*1.9=1711强风化

8、角砾岩（硅胶结）6.1100*6.1=6102中风化角砾岩（硅胶结）1.12180*1.12=201.68.7L=1484.6 Kpa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）

9、以上，沉渣厚度<5。桩身砼等级为C25。桥台基础桩桩径为1m，每台下10根桩，主筋直径为22，每桩主筋共18根。桥墩基础桩桩径为1.2m，每墩下5根桩，主筋直径为22，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46%的桩数抽查做大应变检测，检查单桩承载力。、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1/41

10、/8。本桥拱圈为实腹式板拱，采用的矢跨比为1/3.6136。、拱圈支架支架基础：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淤泥2填土1粉质粘土652粉质粘土80粉质粘土混卵砾石901强风化角砾岩（硅胶结）1002中风化角砾岩（硅胶结）1803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

11、×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12桩，桩尖入1中1m以上单桩容许承载力P=6.5t×1.3÷2×0.12×3.14=1.59 t/根总桩数n=（306.88 t+14.2t） /1.59 t =202根桥宽15.65 m，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=1.18 m实际桩数为12×17=204根单桩受力P=（306.88t+14.2t）/204=1.57tP=1.59 t可拱圈支架：拱圈支架须进

12、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：拱架承受施工荷载和结构重量所引起的弹性变形；超静定结构砼的收缩、徐变及温度变化而引起的挠度；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

13、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；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；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；支架基础在受载后的非弹性变形。木拱架搭设的具体要求：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。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

14、度，确认无误后方可进行安装。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。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

15、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。拱圈支架预压：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。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

16、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，观测分下列阶段进行：加载前测量各观测点高程，并做好详细记录（时间、温度、高度、观测人）。加载中进行沉降观测，同时应检查支架的稳定和变化情况，并做好记录。加载完成后立即进行一次沉降观测，以后每4小时观测一次，同时注意检查支架稳定性和节点变位。支架预压时间一般不少于48小时,沉降停止后（指8小时内的沉降在2左右）进行卸载，卸载顺序应从拱顶到拱脚均匀分层进行。卸载完成后应立即观测支架的回弹量，一小时后再观测一次，并做好记录。支架预压

17、后，应认真检查支架的变化情况，尤其检查各节点的变位，根据检查情况对支架进行适当加固，并根据观测数据确定预留施工预拱度，据此调整好底模标高。、拱圈模板和钢筋制安拱架试压完成后，对底模应进行清理，并应根据试压结果所取得的数据按设计标高（加预留拱度和沉降量）调整好底模施工高程，以确保拱圈轴线符合设计要求。拱圈轴线是否符合设计要求，对拱圈的受力情况非常重要，因此，拱圈底模标高的调整必须高度重视。拱圈底模标高调好后即可进行钢筋安装，钢筋规格、数量、位置安装后必须符合设计图和规范规定。钢筋安装完成后，经验收合格，安装侧模，并准备好盖模。模板与钢筋安装完成后，进行一次全面检查，应确保砼灌注时不变位，并应符合

18、设计和规范要求后进入下道工序施工。、拱圈砼的浇筑砼浇筑前必须制定上部结构施工方案，对全桥的浇筑顺序、单拱的浇筑顺序、每层浇筑厚度都必须有详细的安排和明确规定，施工过程应严格按照已批准的方案进行。对拱圈砼的要求：.砼配合比必须经监理签认，砼的强度须满足设计要求并有一定的安全储备，有较好的级配，较好的和易性，坍落度能满足施工要求。砼应连续供应而不间断，如因特殊情况其间断时间不超过30分钟。砼到达现场后应进行验收，符合要求时方可使用。拱圈砼浇筑：要严格按已批准的浇筑方案进行施工；浇筑顺序：全桥共九孔因采用的是满堂支架，故浇筑顺序为：1孔、3孔、或7孔、9孔、再2孔或8孔、然后4孔、6孔、最后5孔。基

19、本是间隔浇筑（因拱圈砼荷载基本由支架承受，对桥墩台的水平推力很小）。单跨浇筑顺序：先拱脚后拱顶，即从两侧拱脚开始对称均匀浇筑，每层浇筑的高度（厚度）不超过50cm，每层必须振捣密实。在浇筑前每侧拱脚先安一层盖模，用对拉螺栓固定,内侧用钢筋头支撑以保证拱圈的厚度，每盖一层模板浇筑一层砼，浇筑砼与安盖模紧密配合，拱圈砼宜在低温时合拢。拱顶最多宜留5m长度的裸拱不盖模板，裸露部分应分两层浇筑，底层用插入式振捣器，顶层用平板式振捣器振实。对于裸露部分应分两次收浆、抹平，收浆的好坏，对防止砼产生收缩裂纹起着至关重要的作用。如拱跨较大，应考虑分成对称几段，分段分次浇筑，使拱架均匀受力。为防止两侧砼浇筑时受

20、压而使拱顶抬高，在浇筑最初两段时，在拱顶模板上应加压砂袋。每段拱圈的端部应做成砼接榫的槽形接头，以免减弱接缝力量。浇筑过程中应指派专人负责对拱圈支架的稳定进行观测，发现问题应及时处理。对拱圈砼浇筑过程中支架的沉降观测应详细记录。砼养护：拱圈砼的养护十分重要，砼初凝后应及时用草袋覆盖浇水养护，防止砼因缺水而产生收缩裂纹，一旦发生收缩裂纹应用环氧树脂进行封闭，以防渗水对拱圈钢筋锈蚀，钢筋一旦被锈蚀，不但会降低钢筋应力，而且对拱圈的安全受力影响较大，因此，拱圈砼的养护应引起足够重视。砼浇筑成型后，由于其中水泥的水化作用，砼逐渐开始凝结硬化。砼拌合物中所含水分足够水化作用的需要，但由于硬化是逐渐进行的

21、，当空气中相对湿度较小时，砼中水分就会不断的被蒸发掉，造成砼由表到里逐渐脱水（失水），极易产生干燥收缩裂纹。同时失水过多还会阻滞砼的继续硬化甚至停止硬化。为使砼有适宜的硬化条件，使强度不断增长，并避免发生干燥收缩裂纹，及时对砼进行养护是不容忽视的。当气温低于+5时，砼中水泥水化凝结速度大为降低，其中的水分也不易蒸发出来，砼不会发生脱水（失水）现象，故不用在砼表面洒水，而应覆盖保温，以加快砼中水泥水化凝结速度。决定砼养护所需时间的原则，是以砼获得正常强度，停止养护后表面不再产生干缩裂纹时为标准。砼正常强度值的大小与水泥品种、气候条件及养护方法有关。根据经验，在正常温度下，洒水养护时间一般不得少于

22、7天。、落架和拆架拱圈的落架时间，一般应根据结构物的特点、砼的强度及设计要求决定。落架必须在稳定的支架进行，因此，落架时不得拆除纵、横平联及剪刀撑。落架是将拱圈支架各支点与拱圈底模脱离。落架的过程是一个应力转换的过程，是将拱圈由支架支撑逐步转移到由墩台支撑，同时拱圈由于自重原因亦产生内应力，并对桥墩产生较大的水平推力。因此，落架前须对拱圈强度及产生的水平推力大小进行计算，并应采取相应的措施，以确保落架时拱圈的安全 。落架的原则：要求对称、少量逐渐完成，并应防止拱圈在落架过程中开裂等质量事故。落架的一般规定：跨度小于10m的小拱桥，宜在拱上建筑物全部完成后落架；中等跨径的实腹式拱，宜在护拱完成后

23、落架；大跨度空腹式拱，宜在拱上小拱横墙砌好（未砌小拱）时落架；落架前应在卸落设备上划完每次卸落量的标志；满布式拱架落架时一般应从拱顶向拱脚依次循环、对称、均衡卸落；拱式拱架应在两支座处同时卸落；多孔拱桥落架时，若单孔允许承受单孔施工荷载，可单孔卸落，否则应多孔同时卸落，或各连续分阶段卸落；当需要进行裸拱落架时，应对裸拱进行截面强度及稳定性验算，并采取必要的稳定措施。因为当拱上建筑或护拱未砌筑时，进行裸拱落架，拱圈的自由长度较大，容易产生顺桥向压曲失稳或横桥向摆动失稳，有时还会因拱圈应力超过允许值而发生危险。无论是一次落架或多次落架，落架前应对拱圈砼的强度、质量、拱轴线的坐标尺寸、落架设备情况、

24、气温引起拱圈变化情况、台后填土情况等进行全面检查，符合要求后可进行落架。本桥的落架程序和要求：由于本桥属裸拱落架，在落架前，设计院已对拱圈的截面强度及稳定性进行了验算，施工现场同时检算了拱圈对桥墩所产生的水平推力，并据此制定了落架的方案和要求。拱圈对桥墩产生的水平推力计算（以最先落架的第七孔为例）拱轴线所对圆心角=11607'52”拱轴线弧长L=15.644m拱圈重Q=15.644×0.45×15.65×2.5=275.43t拱轴线合力方向与垂直分力的夹角为=31564”水平推力=Q/2×sin31564”=275.43t/2×0·5289=72·84t（单侧）平均每根桩所承受的水平推力为72·84/5=14·6t为保证拱的安全，在两支撑墩间安装了5根28mm拉杆，以平衡落架时所产生的水平推力。由于本桥拱架是满堂支架且不是连续拱，而且采取了平衡水平力的措施，拱圈较厚、强度较高，故可以单孔裸拱落架。为了安全，全桥落架顺序仍定为间隔落架，即先7#孔或3#孔，再9#孔或1#孔，后8#孔、或2#孔，然后6#孔，4#孔，最后5#孔。单孔落架顺序：先拱顶后拱脚，分多次均衡对称进行。具体做法：先拱的横向中线支点，从南北向中间落，再分别向拱脚方向，逐排对称进行，开始