徑向圓木支撐拱橋支架施工技術(shù)

雷秀清

1 概述

拱橋是一種能充分發(fā)揮圬工及鋼筋混凝土材料抗壓性能、外型美觀、維修管理費(fèi)用少的合理橋型,因此被廣泛采用。拱橋的施工,從方法上大體可分為有支架施工和無支架施工兩大類。有支架施工石拱橋、現(xiàn)澆混凝土拱橋以及混凝土預(yù)制塊砌筑的拱橋,都采用有支架的施工方法修建,其主要施工工序有材料的準(zhǔn)備,拱圈放樣(包括石拱橋拱石的放樣),拱架制作與安裝,拱圈及拱上建筑的砌筑等。

2 施工特點(diǎn)

1)結(jié)構(gòu)簡單、受力明確。2)成本低、工期較短。3)“草鞋底”基礎(chǔ)整體穩(wěn)定。

3 適用范圍及工藝原理

1)適用于高度不超過 35 m的大、中、小拱橋,尤其是無通航的淺水河道及其北方山區(qū)的大、中、小拱橋。

2)主要采用徑向法的支撐原理,使得剛澆筑的鋼筋混凝土荷載作用在拱架上以后,不是直接由拱架傳遞到基礎(chǔ)上,而是通過拱架的上部(拱盔)結(jié)構(gòu)內(nèi)部大部分受力相抵消(受力示意圖),剩下的受力再通過拱架的下部(支架)結(jié)構(gòu)傳遞到基礎(chǔ)。基礎(chǔ)通過采用“草鞋底”的方法用鋼模板、槽鋼、碎石進(jìn)行編織,而達(dá)到強(qiáng)度高、整體穩(wěn)定性好的理想基礎(chǔ)。

4 工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程

地基處理→漿砌片石基礎(chǔ)→支架施工→支架預(yù)壓→混凝土澆筑方法→混凝土養(yǎng)護(hù)→卸拱架。

4.2 操作要點(diǎn)

1)地基處理。a.開挖放樣。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告建議和圓木支撐支架地基要求的范圍放出支架換填雜土的輪廓線。b.挖除雜填土。采用機(jī)械開挖或人工開挖,按照圖紙要求開挖至設(shè)計(jì)高程。

2)漿砌片石基礎(chǔ)。雜填土清除完以后,用壓路機(jī)碾壓,并根據(jù)工程具體需要滿鋪漿砌片石,或消除其松軟狀態(tài),再用碎石找平,上面用鋼模板鋪底,鋼模板槽向上,槽里槽外滿鋪 1～2碎石子,最后把槽鋼坐在鋼模板上,做圓木的踏腳,砌筑時(shí),應(yīng)自外緣開始往里逐步砌筑,保證密實(shí)。

3)支架施工。徑向圓木支撐支架,由立柱、界梁、對鞘木楔、拉梁、斜撐、剪刀木、橫撐木、扒釘和弓形木等組成。支架基礎(chǔ)做完以后,在槽鋼踏腳上開始做木拱架,圓木支撐支架立柱的間距根據(jù)拱圈下受力的不同做具體的分配(橫向0.7m～1.5m、縱向1m～5m)。立柱順?biāo)较騼蓚?cè)各用 5m的剪刀木做固定,立柱順橋方向兩側(cè)各用 5m的橫撐木做固定,立柱上邊坐 15×15長4m的方木界梁,每根立柱與界梁的連接處用 4根扒釘固定,界梁上坐在對鞘木楔,對鞘木楔與界梁連接的一方固定在界梁上,對鞘木楔上坐在拉梁,拉梁順橋方向與界梁成 90°角,拉梁 5根對接,左右各頂在墩臺帽上,中間用木楔把 5根拉梁擠緊,然后在拉梁的 4個(gè)面用扒釘把拉梁固定死,使5根拉梁變成一個(gè)整體,并在拉梁 90°角上用 5×10長 5m方木做拉梁的橫撐,拉梁做好以后做斜撐,所有斜撐方向都指向拱圈的圓心點(diǎn)并與切線垂直,斜撐與拉梁連接處用4根扒釘固定。斜撐順?biāo)较騼蓚?cè)各用 5m的剪刀木做固定,立柱順橋方向用 5m的橫撐木做固定,斜撐上部采用弓形木縱向找拱度,斜撐與弓形木的連接處用扒釘固定,兩側(cè)各兩根,最后在弓形木上橫向滿鋪設(shè) 5×10長 4m的拱頂方木,并用鐵釘把拱頂方木固定在弓形木上,拱頂方木上滿鋪一層鋼板,鍍鋅鐵皮鋪完后上面放置沙袋試壓(注:應(yīng)按拱圈全寬度),試壓合格后使用。

4)支架預(yù)壓。本方案采用沙袋預(yù)壓法進(jìn)行預(yù)壓:施工前,按照加載重量標(biāo)定每個(gè)沙袋裝滿沙以后的重量,在拱板上按照澆筑混凝土的順序人工擺放沙袋。在加載50%和 100%后均要復(fù)測各控制點(diǎn)標(biāo)高,加載 100%預(yù)壓荷載并持荷 24 h后要再次復(fù)測各控制點(diǎn)標(biāo)高,如果加載 100%后所測數(shù)據(jù)與持荷 24 h后所測數(shù)據(jù)變化很小時(shí),表明地基及支架已基本沉降到位,可卸載,否則還須持荷進(jìn)行預(yù)壓,直到地基及支架沉降到位方可卸載。卸載時(shí)人工將沙袋清除至橋位區(qū)外,以免影響處理好的地基承載力,卸載完成后,要再次復(fù)測各控制點(diǎn)標(biāo)高,以便得出支架和地基的彈性變形量(等于卸載后標(biāo)高減去持荷后所測標(biāo)高),用總沉降量(即支架持荷后穩(wěn)定沉降量)減去彈性變形量為支架和地基的非彈性變形(即塑性變形)量。預(yù)壓完成后要根據(jù)預(yù)壓成果通過可調(diào)頂托調(diào)整支架的標(biāo)高。為減小人為觀測誤差,應(yīng)定人、定儀器觀測,觀測時(shí)間應(yīng)選擇在早晨或傍晚,避免在強(qiáng)光、高溫時(shí)進(jìn)行。預(yù)壓時(shí)間不少于 2 d。根據(jù)觀測結(jié)果調(diào)整底模標(biāo)高,清理干凈底模及側(cè)模綁扎鋼筋。

5)混凝土澆筑方法。拱圈在澆筑時(shí),為了避免拱架變形而產(chǎn)生裂縫以及減小混凝土的收縮應(yīng)力,我們采用分段澆筑的施工方法。分段長度為 3m～5m。分段位置確定的原則應(yīng)是使拱架受力對稱、均勻,并使拱架變形小。因此,設(shè)在拱架撓曲線為折線的拱架支點(diǎn)及拱頂、拱腳等處,分段澆筑時(shí)應(yīng)對稱于拱頂進(jìn)行,拱腳澆筑一部分,開始澆筑拱頂(對拱頂施壓),使拱架變形保持對稱均勻和盡可能的小。澆筑時(shí)應(yīng)適時(shí)挪動(dòng)泵管均勻澆筑,不得用振動(dòng)棒拖動(dòng)混凝土。振動(dòng)方式:采用插入式振動(dòng)器與平板式振動(dòng)器相結(jié)合的方式。底板先用插入式振動(dòng)器振搗,然后用平板式振動(dòng)器拖平。腹板采用插入式振動(dòng)器振搗,振動(dòng)器移動(dòng)間距不超過其作用半徑的1.5倍,與側(cè)模保持 50mm～100mm的距離,插入下層混凝土50mm～100mm,每一處振動(dòng)完畢后應(yīng)邊振動(dòng)邊徐徐提出振動(dòng)棒,應(yīng)避免振動(dòng)棒碰撞模板、鋼筋及其他預(yù)埋件。對每一振動(dòng)部位,必須振動(dòng)到該部位密實(shí)為止。密實(shí)的標(biāo)志是混凝土停止下沉,不再冒出氣泡,表面呈現(xiàn)平坦、泛漿。

6)混凝土養(yǎng)護(hù)?；炷翝矒v完成,麻布覆蓋,澆水養(yǎng)護(hù) 3 d后才能上人,養(yǎng)護(hù) 5 d后才能上料作業(yè),以防過早上人和上料而對混凝土構(gòu)件產(chǎn)生破壞?；炷翝菜B(yǎng)護(hù)時(shí)間 14 d,每天澆水 2次～3次,天氣炎熱時(shí)適當(dāng)增加澆水次數(shù),以保證麻布濕潤為宜,并做好混凝土養(yǎng)護(hù)記錄。

7)卸拱架。拱架的拆除必須在拱圈澆筑完成后 20 d～30 d左右,待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上方可拆除。此外還必須考慮拱上建筑、拱背填料等因素對拱圈受力的影響,盡量選擇對拱體產(chǎn)生最小應(yīng)力的卸落拱架。為了能使拱架所支承的拱圈重力能逐步轉(zhuǎn)給拱圈自身來承受,拱架不能突然卸落,應(yīng)按一定的程序進(jìn)行。

卸架程序:根據(jù)驗(yàn)算分配在各支點(diǎn)的卸落量,從拱頂開始,逐次同時(shí)向拱腳對稱卸落。

5 質(zhì)量控制

1)拱架安裝的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)見表 1。

表1 拱架安裝的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

2)漿砌片石基礎(chǔ)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表 2。

表2 漿砌片石基礎(chǔ)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

6 安全措施

1)支架搭設(shè)人員、高處作業(yè)人員必須經(jīng)體檢合格后方可上崗,并要定期進(jìn)行體檢,凡患有高血壓、心臟病、精神病、恐高癥、癲癇病、嚴(yán)重貧血病、嚴(yán)重關(guān)節(jié)炎等疾病及其他不適合高處作業(yè)的人員,不得從事高處作業(yè)施工。2)搭設(shè)支架人員必須戴安全帽、系安全帶、穿防滑鞋。3)作業(yè)層上的施工荷載應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,不得超載,不得將泵送混凝土的輸送管等固定在支架上,嚴(yán)禁懸掛起重設(shè)備。4)當(dāng)有六級及六級以上大風(fēng)和霧、雨、雪天氣時(shí)應(yīng)停止支架搭設(shè)與拆除作業(yè),雨、雪后上架應(yīng)有防滑措施。5)支架應(yīng)定期、定階段進(jìn)行安全檢查與維護(hù)。6)在支架上方要搭設(shè)安全網(wǎng),安全網(wǎng)應(yīng)按有關(guān)規(guī)定搭設(shè)或拆除。7)支架使用期嚴(yán)禁拆除下列桿件:主節(jié)點(diǎn)處的縱、橫向橫撐木、剪力木,縱、橫向掃地木。8)不得在支架基礎(chǔ)及其鄰近處進(jìn)行挖掘作業(yè),否則應(yīng)立即采取安全措施,并報(bào)主管部門批準(zhǔn)。9)在支架上進(jìn)行電、氣焊作業(yè)時(shí),必須有防火措施和專人看守。10)工地臨時(shí)用電線路的架設(shè)及支架接地等應(yīng)按現(xiàn)行作業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ 46施工現(xiàn)場臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。11)搭設(shè)支架時(shí),地面應(yīng)設(shè)圍欄和警戒標(biāo)志并派專人看守,嚴(yán)禁非操作人員入內(nèi)。

7 效益分析

1)經(jīng)濟(jì)效益。采用徑向圓木支撐拱架與鋼管支架施工相比,施工相對簡單易操作,節(jié)約用工、降低了施工成本,經(jīng)濟(jì)效益提高了 8%～12%。2)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。采用徑向圓木支撐拱架施工工法,木支架間距要比鋼管支架間距大,勞動(dòng)用工比較少,提高施工工效,縮短施工工期,解決了支架施工時(shí)間長、影響總工期的難題。3)社會(huì)效益。采用徑向圓木支撐拱架施工工法,在縮短工期的基礎(chǔ)上,保證了安全,同時(shí)又降低了成本,所施工工程均在要求工期內(nèi)完成施工任務(wù),受到市領(lǐng)導(dǎo)、建設(shè)單位及監(jiān)理單位的一致好評。4)環(huán)境效益。施工期間嚴(yán)格按照工法中環(huán)境保護(hù)措施,避免對河道及周圍環(huán)境造成污染,沒有影響到周圍居民的正常生產(chǎn)和生活,施工完畢對其進(jìn)行恢復(fù),對周邊環(huán)境沒有造成影響。5)節(jié)能效益。采用徑向圓木支撐拱架施工工法,降低了鋼材的消耗,使用了較少的木材,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] GB 50009-2001,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] GB 50005-2003,木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 江正榮.建筑施工計(jì)算手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[4] GB 50009-2001,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[5] JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].