浅谈钢筋混凝土系杆拱桥的现浇施工

浅谈钢筋混凝土系杆拱桥的现浇施工

摘要:钢筋混凝土系杆拱桥跨径一般在60m～75m，通扬运河大桥主跨跨径为82.2m,施工采用现浇工艺，与小跨径的现浇和预制安装施工存在差异，主要对此结构的现浇施工作介绍。

关键词：现浇施工、临时支撑、支架稳定、对称施工

1、工程概述

334省道通扬运河桥起点桩号为K70+010.66，中心桩号为K70+158，终点桩号为K70+305.34；主桥为钢筋砼下承式系杆拱桥，引桥为装配式部分预应力砼组合箱梁。全桥跨径为4×25＋82.2＋4×25米，桥梁全长282.2米，桥梁为双幅桥，单幅桥间净宽11.5米，中间为2×1.6米分隔带,全宽28.2米。下部结构为柱式桥墩、钻孔灌注桩基础。通扬运河现状为Ⅴ级航道，规划为Ⅲ级航道，通航净空达70×7米，设计最高通航水位3.037米，最低通航水位1.237米。

2、施工方法

结合现场实际情况，将原预制安装系杆拱变更为现浇施工。第一步在主桥承台和水中设置临时支撑墩，搭设贝雷梁形成主要承重体系。第二步在贝雷梁上搭设支架进行系杆现浇施工。第三步在系杆两侧设置支撑钢管，利用贝雷片和门式支架进行中横梁、拱肋和风撑的现浇。（临时支撑布置如下图）

3、主要施工技术

3.1水上临时支撑的设计

在水中打入钢管桩，浇筑混凝土承台，然后浇筑钢筋混凝土立柱形成水中支撑；岸上支撑点利用承台搭设贝雷片形成支撑点。最后在支撑点上搭设贝雷纵梁。

3.1.2现浇构件自重

考虑到拱肋端部及端横梁处于盖梁顶，故不考虑该部位自重产生的荷载。每片拱肋由5个节段，每片拱肋砼为104.8m3；每道系杆砼为153.2m3；风撑共5道，砼为30.3m3。中横梁共15道，砼为139.5m3；吊杆30根，重量42KN。

3.1.3水上支撑的布置位置、可操作性分析

根据通扬运河大桥的设计特点及桥址附近地形条件，同时考虑到尽量避免断航。现浇施工的要求，支撑采用在水中打入钢管桩，在桩顶架设支墩，然后用贝雷片作为纵梁，钢管桩排架计划在运河中心线两侧各9m以外打入钢管桩，中孔通航。通航净空宽度确保≥18m，但净空高度受设计限制，经计算施工阶段通航高度维持在6.526m，（即11.416-1.6m（贝雷）-1m（系杆支架）-2.29（水位）=6.526m）。

3.1.4贝雷纵梁承载能力分析

（1）根据构件自重分析及考虑临时施工荷载：

P1=[（153.2+104.8+69.8+30.3）×25.5+42]/76.5=119.9KN/m

P2=1.4KN/m(模板荷载)

P3=3KN/m(施工人员机具荷载)

P4=6KN/m（贝雷片纵梁自重，纵梁由6片组成）

荷载总和（考虑荷载提高系数1.1）：

贝雷梁受力简图

（2）内力计算（采用弯距分配法）

贝雷梁计算模型采用二次超静定连续梁进行分析，计算方法采用弯矩分配法。其计算结果如下：

梁在均布荷载荷载作用下的最大挠度AB段最大弯距

MAB=ql2(1/2-MB/ql2)

=143.3×25.752/2× [1/2-9266/（143.3×25.752）]2

=7696.3KN·m

（3）荷载验算

根据《静力学计算手册》验算结果为：

AB段最大挠度验算

fmax=β×ql4/24EI=58.9mm 468.3KN

钢管桩强度验算：σ=N/An=292700/6201.5=47.1MPa<[σ]=140MPa

3.2水中支撑点施工

3.2.1边墩基础及水中钢管桩施工

（1）边墩支撑的施工

将木楞呈井字形铺设在主桥承台顶面，然后架设贝雷片作为支撑点，支撑点上下之间的贝雷片采用φ20 将其连接，保证支撑点的整体稳定性。

（2）水中钢管桩的施工

我们在河道中间的四个支墩的沉桩施工时，在沉排架桩之前，先沉入导航桩、防撞桩（桩与桩之间采用12的槽钢进行连接，使其成为整体），再沉入钢管桩。每个支墩由16根直径40cm的钢管桩组成，钢管桩中心间距为1m，入土深度7.1m，钢管桩锚入承台15cm。

沉桩采用50KN的振动锤施工，打桩架设在工作船上，工作船四周用缆绳定位，船体顺河道方向停泊，船头朝上游方向。打桩架设在船头，沉入桩的桩位事先用全站仪测量定位。当桩体定位后，将沉桩锤压住桩帽，然后启动振动锤徐徐沉入，沉桩顶高度控制在水位以上1.0m左右。沉桩完成后，首先潜水泵排除钢管桩中的水，然后灌入黄砂增强钢管桩的防撞能力和抗弯性能，最后在桩顶用5mm铁板将桩顶封闭。

3.2.2临时支墩的施工

当沉桩完成后，采用12的槽钢将钢管桩进行纵横向连接，使其成为整体，然后在桩顶浇筑100cm厚的C30钢筋混凝土平台，其平面尺寸为400cm×400cm。完成承台施工后，进行钢筋混凝土立柱的施工，最后架设纵梁。

3.2.3架设工作平台（纵梁）

先从岸边将拼装好的纵梁吊起，然后卷扬机牵引至指定位置就位和固定，纵梁架设后将高度用千斤顶调节到合适位置，用临时支座支承固定，然后采用28的工字钢将南北两侧贝雷纵梁连接，增强贝雷量的整体稳定性；最后在纵梁顶面横向铺设方木作为施工平台；要求纵梁中轴线与系杆中轴线向一致，避免施工荷载作用在主纵梁发生偏心受力。为加强两侧贝雷梁的整体性，采用25工字钢将纵梁进行横向连接。

3.3现浇系杆施工

3.3.1系杆支架搭设

在贝雷纵梁上铺设20*20木楞,然后50cm进行布置,木楞的长度需要合适,不能影响拱肋支架φ40cm的钢管的布置,然后在木楞上敷设5mm的钢板,然后在钢板上面搭设钢管支架,钢管搭设顺桥向间距为50cm,横桥向间距为30cm,支架立杆之间需要用钢管进行纵横想连接,确保支架的整体稳定性。再在支架上设置上调、12工字钢承重梁及10*10的木楞然后在铺设竹胶板。系杆支架布置示意图如下：

3.2.2支架预压及立模标高

预压的目的：一方面消除因节点销子产生的非弹性变形，另一方面考虑到支架的变形主要是由贝雷架和支架的弹性变形所产生的。

预压需从中间向两端进行加载，在支架顶部预先设立观察点，以便用水准仪在预压前后分别测量高程，观测支架的总变形值；支架在预压加载过程中，有专人详细观察沉降变形数据，支架受压稳定后卸载，将预压过程中观测到的沉降数据与理论绕度对比，然后进行合理调整，以最终控制支架的预拱度。

（1）预压施工

预压重量为：所承受混凝土构件的荷载和施工荷载之和的1.2倍。预压分为三级进行，按照承受荷载的实际自重加载，不按均值施压。

第一级加压为30%总重量，观测4～8小时

第二级加压为30%总重量，观测4～8小时

第三级加压为40%总重量，预压7天，并连续观测72小时，累积沉降不超过3mm。

（2）卸载

卸载时可均值卸载按两次卸完，分别为50%。

第一次卸载后停4-6小时，观测2次

第二次卸载后48小时内进行6次观测，，推算其弹性变形

预压时间不小于10天，连续24小时沉降量不大于2mm说明支架稳定。

（3）立模标高

预压完成后，对模板的轴线和支架标高进行调整，系杆立模标高按设计标高+弹性变形+系杆预拱度值控制。

3.3.3混凝土浇筑

调整完底模标高后，进行钢筋绑扎及侧模的安装，完成后进行混凝土浇筑，浇筑时应从两端向中间对称均衡的进行浇筑，浇筑断面以45°向前全断面推进，以分层浇筑消除施工层面而影响外观质量的缺陷，浇筑完成后进行混凝土养护。

3.4现浇横梁施工

（1）端、中横梁支架及模板施工

主桥中横梁采用现浇施工，我部中横梁支架采用吊模进行施工，在拱肋支架顺桥向布置的25工字钢对应中横梁两侧安放贝雷梁，用间距3mφ25精扎螺纹钢吊2根20的工字钢（2根为一组），然后在工字钢上铺设10*10木楞、安放竹胶板底模。

端横梁底模采用直接在盖梁上设置木锲块，横向铺设30*30cm木楞，上叠10*10cm和竹胶板。

端横梁内芯模由于在混凝土浇筑完成后不能拆除，采用木工板、10*10木楞组合加工成箱形。

端、中横梁侧模采用竹胶板和角钢制作的组合模板，模板接缝嵌入海棉条，防止漏浆，模板表面平整度、顺直度必须符合规范有关规定。

（2）预压（参照系杆预压）

（3）横梁混凝土浇筑

横梁的浇筑顺序：首先施工的是2道端横梁和3道中横梁，待拱肋施工完成后，再进行12道中横梁的施工。混凝土应从变形大向变形小的方向对称浇筑。

3.5现浇拱肋的施工

3.5.1支架和模板施工

因设计要求拱肋的支架不能直接搭设在系杆上，故施工时贝雷纵梁上系杆两侧设置φ40cm的钢管，钢管上纵向设置工字钢、搭设支架。因拱肋线形采用的二次抛物线，拱肋底模由木板和竹胶板结合组合而成。拱肋支架示意图如下：

3.5.2吊杆和风撑预埋件

吊杆预埋件：施工前首先采用全站仪在拱肋底模上精确的放出吊杆的位置，安放钢管时采用吊垂线的办法保证吊杆钢管的垂直度，埋设锚垫板。并采用吊垂线的方法与系杆预埋钢管进行校对，保证吊索位置准确无误。

风撑预埋件：用全站仪定出风撑的位置，然后现场直接在内侧模板上开孔，准确的埋设风撑钢筋的位置。

3.5.3拱肋混凝土浇筑

每道拱肋由5个节段组成，混凝土浇筑时，由两边同时向中间分段对称进行，因拱肋坡度较大，在拱肋顶部设置盖板，并在盖板上设置出气孔。

3.5.4拱肋模板拆除

拱肋侧模应在混凝土强度保证其表面及棱角不致因拆模而受到损坏时方可拆除，一般应在混凝土抗压强度达到2.5MPa时可拆除侧模。

拱肋底模在混凝土强度达到90%以上，期龄大于7天，方可拆除。拆除时，由拱顶向两端对称拆除。

3.6风撑施工

主桥风撑采用现浇施工，在拱肋支架顺桥向布置的25工字钢对应中横梁两侧安放贝雷梁，然后搭设支架、安装12工字钢承重梁。

风撑底模采用竹胶板直接铺设在10*10cm木楞上面。侧模采用角钢和优质竹胶板相结合的组合模板，侧模上下都用φ20的螺杆进行对拉。

风撑施工时先同时浇筑两边的，最后浇筑中间的。单道风撑浇筑时应由两端向中间对称浇筑。

4.总结

（1）本工程施工过程中,贝雷梁、水中支撑的承载能力非常重要。初步分析时进行了严格的理论计算,确保满足施工的要求。施工时进行严格测量控制,防止产生偏心受力。

（2）工程受沿海自然气候的影响较大，拱肋施工的成功关键在于支架的整体稳定性，在施工中，利用风撑支架将两侧拱肋支架进行连接，增强了支架的稳定性和刚度。

（3）工程所在地，缺少大型浮吊、无预制场地且跨越河道为当地水上重要航道，航道封闭比较困难，适合采用现浇工艺。

参考文献

1. 《建筑结构静力计算手册》中国建筑工业出版社

2. 《装配式公路桥梁使用手册》交通部交通战备办公室

3. 《结构力学》中国建筑工业出版社

4. 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中华人民共和国交通部

5. 《钢结构》中国建筑工业出版社

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。