大跨度拱架水中支墩方案的探討

石定志

(華南鐵路建設(shè)監(jiān)理公司，湖南 懷化418000)

1 方案提出

貴州銅仁市開發(fā)區(qū)淺灘大橋，跨越錦江河。該橋主跨為90 m的懸鏈線箱型拱，橋?qū)挒?1.9 m;矢跨比1/8，矢高11.25 m;常水位時橋位處錦江水面寬近80 m，水深 5.0～11.3 m。

經(jīng)地質(zhì)探孔勘察，橋址河床斷面靠河流沖刷凹面(1#橋臺)一側(cè)，河床上除1 m左右的淤泥外，基本無覆蓋層。河床斷面另一側(cè)(2#橋臺)，地面呈“半島”形向水中凸出，從河中心往河岸，河床斷面逐漸淤積砂礫層，自上往下為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂層和砂卵石層?；鶐r為堅硬的白云巖。

跨河大跨度拱橋的施工，其難點主要在于水中基礎(chǔ)和支墩的施工，以及拱架的安裝與拱圈混凝土的施工等。因該拱橋跨度大、對拱架施工要求嚴(yán)格，且在洪水暴發(fā)時河水陡漲陡落，拱圈支架施工風(fēng)險較大。

水中支墩是拱圈支架施工能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵工序。因此，必須做好在水中的拱架支墩結(jié)構(gòu)選型以及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的驗算工作。

2 方案比選

2.1 方案研究

方案之一 利用混凝土柱作支墩，亦即清理河底沉渣，立模、澆注水下混凝土柱，組成河中支墩體系。拱圈施工完成后爆破拆除混凝土柱。此方案承載力較好，但拆除工作量較大。

方案之二 用φ50鋼管搭設(shè)滿堂拱橋支架。此方案因河水過深，水面下鋼管立柱縱橫連接困難，且由于立桿太長，支架的穩(wěn)定性得不到可靠的保證，且易形成立桿受力不均勻，造成支架出現(xiàn)不均勻沉降。

方案之三 用φ1 200鋼管樁為水中支墩，水上部分以萬用桿件拼裝成拱架。此方案需租賃大功率的打樁機(jī)，并要在φ1 200鋼管樁支墩范圍內(nèi)搭設(shè)穩(wěn)固的鋼構(gòu)件打樁平臺，且基面巖層較硬，施工復(fù)雜且不經(jīng)濟(jì)。

方案之四 采用在河床底澆注水下混凝土支墩基礎(chǔ)，利用4根T型組合桿件組成拱架承力支墩體系。每支墩處筑3 m×3 m的水下混凝土基礎(chǔ)，T型桿件頂部露出常水位水面，其上搭設(shè)工字鋼、貝雷架，在貝雷架上立φ40鋼管滿堂拱架。

2.2 方案優(yōu)選

通過綜合優(yōu)劣比較，方案四明顯優(yōu)于其他三個方案。因此，我們最后決定采用方案四，亦即在水中建立臨時支墩搭設(shè)拱圈支架(如圖1)。擬定在河中順橋軸方向設(shè)五個支點，每支點橫橋向用兩組T型組合桿件作支墩，分別立于3 m×3 m的水下混凝土基礎(chǔ)之上，見圖2;T桿頂端用I32型鋼束連接后，再架設(shè)單層貝雷架及φ40鋼管拱圈支架。

圖1 拱圈支架水中支撐系統(tǒng)(單位:m)

圖2 水中支墩構(gòu)造示意(單位:cm)

3 方案實施

3.1 施工設(shè)計計算

根據(jù)所選方案做施工設(shè)計圖，計算荷載并驗算支墩結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定。拱架基底應(yīng)力經(jīng)檢算為185.9 kPa，滿足砂卵層地基承載力值280 kPa的要求;C25混凝土基礎(chǔ)、支墩T形組合壓桿受力也都在容許范圍之內(nèi)。

3.2 施工工藝

1)定好支墩的平面位置后(水中以浮標(biāo)定位)，用吸砂泵按3.0～3.5 m的寬度將河底覆蓋物抽出，由潛水員按方案設(shè)計圖立制好3 m×3 m支架基礎(chǔ)模型，沉入預(yù)定位置，支撐加固。再將吸砂泵的蓮蓬頭伸至模內(nèi)底部抽凈基底沉渣，包括基巖面凹凸不平處的沉渣，直至不影響混凝土與其黏接為止。

2)用混凝土輸送泵通過輸送管伸入基礎(chǔ)模型內(nèi)基底，直接澆注水下混凝土基礎(chǔ)(輸送管內(nèi)放一與管徑同樣大小的海棉橡膠球，排出后可使混凝土封閉管口，不致管內(nèi)進(jìn)水)，用測繩控制基頂高度。

3)基礎(chǔ)的厚度除要求＞1 m外，其實際厚度根據(jù)計算確定，要求T1、T3及 T4桿件組合后，所有支架支墩的頂面高程為244.50 m。

4)在每個基礎(chǔ)的頂面，按T1桿端面錨栓孔尺寸，由潛水員預(yù)埋好錨桿，將 T1桿與混凝土基礎(chǔ)牢固連接。在每個基礎(chǔ)的中間，埋設(shè)帶孔的43 kg/m鋼軌，用以穿鐵線將T形桿支墩柱拉住，防止在支墩搭設(shè)過程中及未受載之前被河水沖刷傾覆。

5)在河岸上，用兩組4根T1桿件拼裝連接而成T桿組合支墩，吊至浮動平臺上，利用浮動平臺上的吊架，將支墩吊起落入水中就位、固定。按計算長度順接T形桿件。

6)在T桿支墩頂部沿橋軸線方向設(shè)3扣4短鋼軌束，用φ22U形螺栓與T桿頂部聯(lián)接。鋼軌束上橫橋方向設(shè)一排12根 I32型鋼束，用 φ16U形螺栓與［80將其箍住。再在工字鋼束架設(shè)單層貝雷架、搭設(shè)φ40鋼管拱圈支架。

7)當(dāng)拱圈施工完成后，拱架的拆除由上至下逐層進(jìn)行。水下T形桿件支墩用簡易浮船吊裝運出。

3.3 主要技術(shù)特點

1)穩(wěn)定性強(qiáng) T形組合桿件置于水下混凝土基礎(chǔ)之上，錨栓連接形成支墩體系，能較好地保證拱架下部的穩(wěn)定。且整個桿件體系抗洪水、大風(fēng)襲擊的能力較強(qiáng)，從而更加確保拱架穩(wěn)固可靠。

2)施工安全性好 T形組合桿件結(jié)構(gòu)和貝雷梁的拼裝連接都可以在岸上用汽車吊機(jī)進(jìn)行，拼裝好后，用簡易的浮船作平臺，將其運到預(yù)定位置即可，盡可能地避免了水下作業(yè)。貝雷梁上鋼管支架的搭設(shè)工藝簡單，勞動強(qiáng)度小，施工安全容易確保。

3)拆卸簡捷、方便 拱架上部設(shè)置鋼管調(diào)節(jié)螺栓作為拱架的卸落設(shè)備，而鋼管架、貝雷架及工字鋼，也只需松卸螺栓或扣件便可按要求分批、分次、限量地拆除，水下T形桿件支墩利用簡易浮船吊裝運出。

4)可縮短工期 拼裝T形桿件支墩，可分別在岸上、水上不同的作業(yè)面進(jìn)行，大大地節(jié)省了整個拱架搭設(shè)的時間，縮短工期。

5)經(jīng)濟(jì)性好 此方案所用的所有機(jī)具材料，包括:T形桿件、43 kg/m再用軌、I32工字鋼、貝雷梁、φ40鋼管及其扣件、鋼管調(diào)節(jié)螺栓等，都充分利用現(xiàn)有設(shè)備搭設(shè)鋼拱架，節(jié)省了工程投資。

4 結(jié)語

1)該施工工藝與其他支墩施工方法相比，簡化了施工工藝，降低了勞動強(qiáng)度，節(jié)約了投資，提前了工期，保證了施工安全。施工過程中，曾先后經(jīng)歷兩次多年不遇山洪的考驗，確保了拱圈施工順利進(jìn)行。而且充分利用自有的材料設(shè)備搭設(shè)支架，未租賃、添置任何新的材料設(shè)備，節(jié)約了人工費用，大大減少了工程成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2)應(yīng)用T形組合桿件作為水中支墩，解決了水中大跨度拱橋支架施工的難題，為跨河大跨度拱橋施工探索了一種較新的方法。近年來，在山區(qū)河段修建大型拱橋工程中多次成功應(yīng)用。故此工藝具有一定的可靠性和先進(jìn)性，可在類似工程施工中推廣使用。

［1］陳琳.下承式鋼管混凝土系桿拱橋支架施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2007(1):26-28.

［2］中華人民共和國交通部.JTJ041—2000 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［3］劉自明.橋梁深水基礎(chǔ)［M］.北京:人民交通出版社，2003.