土牛胎在石拱橋拱圈施工中的應(yīng)用

蔡建國　朱偉軍

(浙江豐鐸建設(shè)有限公司, 浙江 臨安　311300)

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土牛胎在石拱橋拱圈施工中的應(yīng)用

蔡建國朱偉軍

(浙江豐鐸建設(shè)有限公司, 浙江 臨安311300)

【摘要】主拱圈的施工是控制拱橋施工安全、進(jìn)度、質(zhì)量、費(fèi)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而土牛胎施工方案在景區(qū)或城鄉(xiāng)小流量河道的石拱橋主拱圈施工中對(duì)控制上述4個(gè)目標(biāo)具有天然的優(yōu)越性，也得到了廣泛的應(yīng)用。本文以臨安市天目路橋石拱橋?yàn)槔龑?duì)土牛胎在石拱橋主拱圈施工中的應(yīng)用進(jìn)行探討，對(duì)拱圈或拱式渡槽的施工均具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】土牛胎； 主拱圈； 施工導(dǎo)流； 拆模

1土牛胎的特點(diǎn)

1.1土牛胎的適用范圍

土牛胎因?qū)Я髁啃?、土方填筑量大的特點(diǎn)，在園林景區(qū)、城鄉(xiāng)小流量小跨度不通航河道以及新開挖河道的石拱橋拱圈和渡槽施工中有著一定的優(yōu)越性。在其他拱橋或渡槽的施工中，應(yīng)與拱架施工法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、安全性、進(jìn)度的比選。

1.2土牛胎的優(yōu)點(diǎn)

在以前的滿堂木架或腳手架的拱架施工案例中，拱架搭設(shè)、使用、拆除過程中有著高處作業(yè)的特性，且拱架在汛期易受洪水及漂浮物的沖刷，拱架倒覆造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失的事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重的有2007年8月13日湖南省鳳凰縣沱江大橋拆除拱架時(shí)拱架垮塌而造成的特大安全事故。而土牛胎鋪筑、使用、拆除引發(fā)的安全事故鮮有見聞。從安全性上來看，拱胎方案遠(yuǎn)優(yōu)于拱架方案。

木拱架方案需砍伐大量樹木作拱架材料，鋼管腳手架方案需對(duì)大量的鋼管進(jìn)行切割拼裝，木材與鋼管的市場(chǎng)采購價(jià)也較高，且河道或園林處的原狀土難以滿足木拱架或鋼管腳手架的承載力要求，需對(duì)原狀土進(jìn)行壓實(shí)、硬化以作木拱架或鋼管腳手架基礎(chǔ)；而土牛胎方案的主要材料為土方，可就地取材，拆除后可作河岸工程回填方，或作園林景區(qū)的造景土方。從經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性來看，拱胎方案優(yōu)于拱架方案。

拱架方案需雇傭大量的人力搭設(shè)、拆除拱架，且拱架承受荷載較小，施工強(qiáng)度不易提升；拱胎方案填筑、拆除采用機(jī)械施工，承受荷載力較大，工作面比拱架大，有利于提升施工強(qiáng)度。從進(jìn)度控制上來看，拱胎方案優(yōu)于拱架方案。

1.3土牛胎的基本要求和破壞形式

土牛胎兼具模板和基礎(chǔ)的作用，其基本要求可參考模板與路基的相應(yīng)要求，歸納其為強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性、平整度、水穩(wěn)定性。而土牛胎的破壞形式往往未能與其基本要求保證息息相關(guān)。

土牛胎的破壞形式之一為彈簧土和拱胎土局部沉陷，由于填筑材料選擇不當(dāng)造成。填筑方法不合理，壓實(shí)不足，在荷載、水、溫綜合作用下，土牛胎胎身向下沉陷造成外觀尺寸不能滿足設(shè)計(jì)要求的變形破壞。另一種破壞形式是邊坡溜方及滑坡，溜方是水流沖刷邊坡，邊坡上薄的表層土被水浸泡后，沿邊坡向下滑移的破壞現(xiàn)象；滑坡是邊坡土體在重力作用下沿某個(gè)滑動(dòng)面發(fā)生的剪切破壞，主要成因是邊坡過陡、不正確的應(yīng)用傾斜層次的方法填筑、含水量過大、坡腳被水沖刷。

2施工導(dǎo)流

土牛胎施工因其結(jié)構(gòu)形式及施工方法的特性，只適用全段圍堰法導(dǎo)流，主要有兩種情況：在農(nóng)村或郊區(qū)河道拱橋施工中，可根據(jù)實(shí)際地形采用全段圍堰法中的明渠導(dǎo)流；在城區(qū)或有毗鄰建筑物的拱橋施工中采用全段圍堰法中的涵管導(dǎo)流并結(jié)合已有建筑物過水。另外在新開挖河道或園林拱橋的施工中，因無上游來水，可不做導(dǎo)流，直接堆筑土牛胎。

臨安市天目路橋石拱橋跨徑布置:9m(橋臺(tái))+37m(主跨)+9m(橋臺(tái))=55m。橋?qū)挘?2×4)m(人行道)+10m(行車道)=18m，矢跨比為1/8。由于無詳細(xì)水文資料，根據(jù)天目路橋周邊居民詢問及對(duì)錦溪水位實(shí)際觀測(cè)，上游山塘水庫都是低水位,一般雨量不會(huì)受影響,枯水期水流量不大。橋頭兩側(cè)均有毗鄰建筑物，無法開挖導(dǎo)流明渠。該橋梁導(dǎo)流方法考慮采用涵管導(dǎo)流并結(jié)合已有建筑物過水。6排直徑1m鋼筋混凝土管斷面面積4.7m2，兩邊親水平臺(tái)過水?dāng)嗝?3m2，枯水期涵管過水，汛期涵管及親水平臺(tái)共同過水，該導(dǎo)流方案能滿足安全過水要求。鋪設(shè)前,挖機(jī)將河底整平再填砂礫壓實(shí),放出軸線。鋼筋混凝土管在專業(yè)的預(yù)制廠購買,由汽車運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng),用吊機(jī)進(jìn)行吊運(yùn)安裝,管節(jié)由下游開始安裝,使接頭面向上游,所有管節(jié)順?biāo)鞣较蜾佋O(shè)。管與管之間距離為2.5m左右，中間填土壓實(shí)，使混凝土管不承受太大壓力。

3土牛胎施工

3.1土牛胎的結(jié)構(gòu)型式

土牛胎的結(jié)構(gòu)型式(見下圖)與均質(zhì)土石壩相類似，主要由上游壩坡、下游壩坡、壩體、壩頂?shù)葞撞糠纸M成。上游壩坡作用是防止上游來水沖刷，增強(qiáng)土牛胎的穩(wěn)定性，主要包含護(hù)腳及護(hù)坡兩部分。護(hù)腳可參照土石壩的齒槽施工方法采用漿砌塊石擋墻或混凝土擋墻；護(hù)坡可參照土石壩的上游壩坡施工方法采用預(yù)制塊、土工模袋(可重復(fù)利用)，當(dāng)工期較緊時(shí)也可采用混凝土護(hù)坡，或在砂礫石護(hù)坡表層噴射砂漿成型。下游壩坡的主要作用是降低胎體浸潤(rùn)線，防止胎體滲透變形，保護(hù)胎體不受涵管出水的淘刷?？蓞⒄胀潦瘔蔚呐潘怏w或貼坡排水進(jìn)行施工。壩體(土牛胎胎體)的主要作用是臨時(shí)承受上部傳遞的荷載，包括主拱圈、施工人員、機(jī)械設(shè)備、材料等各項(xiàng)荷載，并在上游水壓力的影響下保持其穩(wěn)定性?？蓞⒄站|(zhì)土石壩的壩體進(jìn)行施工。壩頂(胎模)的主要作用是傳遞上部荷載，以及確保土牛胎的成型穩(wěn)定。

土牛胎結(jié)構(gòu)圖

3.2土牛胎的施工時(shí)間

土牛胎的填筑及拆除均宜安排在水流影響小的枯水期，填筑應(yīng)在橋梁臺(tái)身強(qiáng)度達(dá)到70%后進(jìn)行，預(yù)計(jì)7～10d左右土牛胎可完成。待沉降量達(dá)到穩(wěn)定，在土牛胎表面鋪設(shè)C15混凝土底模，養(yǎng)護(hù)7d后即可進(jìn)行主拱圈砌筑。主拱圈砌筑完成強(qiáng)度穩(wěn)定后進(jìn)行土牛胎的拆除。

3.3土牛胎的填筑

土牛胎的填筑首先是選材，以就地取材為原則，一般園林拱橋土牛胎多為黏性土或砂性土填筑，填筑質(zhì)量的控制指標(biāo)為壓實(shí)度；河道拱橋土牛胎多為砂礫料填筑，填筑質(zhì)量的控制指標(biāo)為相對(duì)密度。臨安市天目路橋石拱橋土牛胎就是選用橋臺(tái)及上下游堤防的開挖料為筑胎材料，橋臺(tái)及上下游堤防施工時(shí)即將開挖料預(yù)先往土牛胎方向堆置。

土牛胎填筑前，先清理橋位范圍內(nèi)的河道淤泥雜草，平整基底，用砂礫石先鋪筑底層并碾壓密實(shí)。對(duì)上下游護(hù)腳進(jìn)行放樣定位，護(hù)腳施工時(shí)預(yù)留導(dǎo)流涵管位置。安放導(dǎo)流涵管后分層填筑砂礫石，涵管間砂礫石采用小型夯實(shí)機(jī)人工夯實(shí)，填筑至管頂上60cm時(shí)采用14t振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，采用進(jìn)退錯(cuò)距法碾壓3～4遍，砂礫料相對(duì)密度達(dá)到0.8以上后再填筑上一層。在容易被水浸泡的外圍，填筑砂礫類材料，拱頂部分填筑砂土類材料，不得填筑黃泥。填筑高度超出拱圈設(shè)計(jì)高度后，進(jìn)行超載預(yù)壓，待沉降達(dá)到穩(wěn)定后，重新修平，達(dá)到預(yù)拱標(biāo)高。土牛胎上下游邊坡坡度為1∶1.5，邊坡松土拍打密實(shí)，上游設(shè)置護(hù)坡，下游使用貼坡排水或鋪設(shè)彩條布防雨水沖刷。頂面寬度要比橋面建筑設(shè)計(jì)寬度超出2.5～3m，亦可當(dāng)工作面使用。

土牛胎造形構(gòu)造依照設(shè)計(jì)標(biāo)高、拱矢高度和弧度進(jìn)行整形，并采用地面放木板做大樣，以樣板校正圓弧形狀。邊填邊整形，以使尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)拱圈底匹配要求，并按設(shè)計(jì)要求填筑5cm預(yù)拱高度。為保證拱底部外觀質(zhì)量，預(yù)壓后的沉降量在允許范圍后，即采用C15混凝土或水穩(wěn)料在土牛胎上鋪設(shè)厚度為10cm的底模，并用平板振搗機(jī)振搗密實(shí)。底模施工時(shí)要求按照土牛胎面上的測(cè)量放樣澆筑，嚴(yán)格控制頂面與弧度保持一致。在混凝土澆筑過程中，運(yùn)用弧度桿板進(jìn)行校正，達(dá)到弧度標(biāo)準(zhǔn)。在橋兩側(cè)加寬1.5m處澆筑混凝土底模，作為拱圈側(cè)線的支撐點(diǎn)。縱向每4m設(shè)一條隔離縫，橫向也每寬4m設(shè)一條隔離縫。此縫主要為拆模用，使底模在土牛胎拆除時(shí)能自動(dòng)脫落。

3.4土牛胎的拆除

在主拱圈及其上橫墻全部砌筑完畢，且水泥砂漿強(qiáng)度達(dá)到90%后，方可進(jìn)行土牛胎的拆除。拆除時(shí)，先從拱圈的中心開始，上下游兩邊各用一臺(tái)挖機(jī)，同時(shí)進(jìn)行挖土。兩臺(tái)挖機(jī)挖進(jìn)速度應(yīng)大致均勻，先將中心部位挖空，要注意剛開始時(shí)的挖土量要少，以后逐漸增大，保證其平穩(wěn)、均勻沉降。中心部位挖空后，待其部位的拱圈石有一段時(shí)間的穩(wěn)定后，再用挖機(jī)由中心向左右兩側(cè)挖土，兩邊挖土要均勻。挖機(jī)挖至起拱點(diǎn)附近無法工作時(shí)，用人工挖除。由于混凝土底模澆筑時(shí)已事先設(shè)置分隔縫，土牛胎的胎身挖除時(shí)，大部分底模會(huì)隨著土方的挖除自動(dòng)脫落，個(gè)別未脫落底模應(yīng)安排人工拆除，嚴(yán)禁挖機(jī)猛烈敲擊拱圈。土牛胎拆除產(chǎn)生土方可用于橋臺(tái)和上下游堤防的土方填筑，未破損的導(dǎo)流涵管可用于堤防排水設(shè)施。

4結(jié)語

土牛胎作為拱橋施工時(shí)的一種可選方案，根據(jù)不同的地理環(huán)境和工程特征，在許多地區(qū)的拱橋施工中均有應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，有一些要點(diǎn)需工程參建者注意：

a.在施工過程中應(yīng)隨時(shí)觀測(cè)水文信息，及時(shí)清理導(dǎo)流涵管洞口堆積的雜物和樹木等漂浮物，過水前拆除上游可能倒塌的電桿、臨時(shí)排架等構(gòu)筑物。

b.應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求放樣，并填筑預(yù)拱高度，預(yù)壓后的胎面體型、平整度、高程應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

c.在拆土模時(shí)，在拱上中心、兩邊設(shè)6～7個(gè)點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測(cè)，若出現(xiàn)不均勻沉降，應(yīng)馬上改變拆除位置進(jìn)行糾偏。

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DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.003

中圖分類號(hào)：TV548

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1005-4774(2016)07- 0009- 03

Application of earth-cattle arch vaulting in the construction of stone arch bridge arch ring

CAI Jianguo, ZHU Weijun

(ZhejiangFengduoConstructionCo.,Ltd.,Lin’an311300,China)

Abstract：The construction of main arch ring is a critical link to control arch bridge construction safety, schedule, quality and cost. Earth-cattle arch vaulting construction method has natural superiority to control the four above objectives in stone arch bridge main arch ring of scenic spot or small flow channel in urban and rural areas. It also has been widely applied. In the paper, stone arch bridge among Tianmu roads and bridges in Lin’an is adopted as an example for discussing the application of earth-cattle arch vaulting in the construction of stone arch bridge main arch ring. It has certain reference significance to the construction of arch ring or arch aqueduct.

Key words：earth-cattle arch vaulting; main arch ring; construction diversion; form removal