山區(qū)拱橋主拱圈套拱加固吊模施工方法探討

梁吉平

摘要 山區(qū)橋梁加固，特別是主拱圈的加固是整個(gè)橋梁改造加固工程的重點(diǎn)，選擇適宜的施工方法對(duì)工程的安全、質(zhì)量、進(jìn)度具有重要意義。文章以省道339建始縣觀坦大橋主拱圈吊模施工為例，針對(duì)橋下溝谷較深、水上作業(yè)或有通航、道路通行要求、無法搭設(shè)滿堂支架作業(yè)等情況，采用施作吊架、安裝吊模的施工方法。該方法施工速度快、安全可靠、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益好，經(jīng)過理論計(jì)算和實(shí)際施工，驗(yàn)證了該方法的可行性和可靠性，可以在同類工程中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 山區(qū)橋梁；主拱圈套拱；吊模施工方法

中圖分類號(hào) U445.57文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）12-0130-03

0 引言

近幾年，交通運(yùn)輸部開展的橋梁“三年消?！钡膶ｍ?xiàng)行動(dòng)，對(duì)修建歷史較早、設(shè)計(jì)荷載等級(jí)較低，出現(xiàn)不同程度病害的橋梁，采取了不同的處理方式；涉及國省道及農(nóng)村公路上的特大橋、大橋、中小橋，涉及點(diǎn)多、面廣，且部分橋梁位處交通不便，大型設(shè)備無法進(jìn)入現(xiàn)場；這就需要在面對(duì)不同的橋梁處置方案時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合地形等實(shí)際情況研究不同的施工方法。該文的吊模施工方法，對(duì)于位處深谷或水上的拱橋，在不影響交通的情況下對(duì)主拱圈的鋼筋混凝土套拱施工，進(jìn)行了詳細(xì)闡述，對(duì)此類施工具有指導(dǎo)意義。

1 工程概況

1.1 橋梁位置和參數(shù)

觀坦大橋位于339省道建始縣境，該橋始建于1996年，橋梁全長130.0 m，橋跨布置為“1-20 m+1—50 m+1-20 m”；邊跨上部構(gòu)造為圬工雙曲拱，跨徑為20 m，矢高為4 m，矢跨比為1/5；主跨上部構(gòu)造為圬工板拱，跨徑為50 m，矢高為10 m，矢跨比為1/5；下部構(gòu)造為重力式橋臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋面鋪裝為C40鋼筋混凝土層，兩側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土欄桿。

1.2 加固方案

該次加固改造方案主要提高原橋承載力問題，解決橋面寬度不足及病害修復(fù)等問題。該次加固主跨拱圈采用40 cm厚微膨脹鋼筋混凝土，對(duì)拱圈底進(jìn)行增大拱圈受力截面加固，并在拱腳處拱圈頂面采用10 cm厚微膨脹鋼筋混凝土，對(duì)拱圈頂進(jìn)行加固。新舊拱圈之間采用植筋，使現(xiàn)澆混凝土與既有拱圈形成整體，通過形成的復(fù)合拱圈增強(qiáng)磚石的抗彎拉應(yīng)力和整體剛度。新舊拱圈之間的連接錨桿錨固深度為25 cm，錨桿采用30 cm×30 cm交錯(cuò)布置。主拱圈的縱向主筋均鉆孔錨固在老橋漿砌石橋墩內(nèi)50 cm[1]。

1.3 加固施工中（套拱）吊模施工必要性

觀坦大橋位于V形河谷上，施工時(shí)汛期臨水且兩岸地勢較為陡峭，加之施工改造時(shí)正是汛期，河道內(nèi)有洪水過境。結(jié)合該橋加固設(shè)計(jì)方案，無法搭設(shè)傳統(tǒng)滿堂支架進(jìn)行施工。經(jīng)過多方研究考證并借鑒同類型橋梁加固經(jīng)驗(yàn)，最終選擇在原橋主拱圈制作吊模的施工方案[2]。

1.4 方案比較

（1）滿堂支架法：常規(guī)的施工方法是搭設(shè)滿堂支架。該橋梁位處V字形山谷，常年有水，且汛期水量較大；工程建設(shè)期處于汛期，無法預(yù)料洪水來臨時(shí)的沖擊力對(duì)支架的影響；谷底處地質(zhì)條件較差，溝底至拱圈頂部約25 m，搭設(shè)滿堂支架則無法保證基底沉降和支架穩(wěn)定性，不宜采用滿堂支架法。

（2）吊模施工法：其方法是在橋梁主拱圈上鉆孔植筋，安裝鋼絲繩，自橋面向下拼裝鋼管支架，搭設(shè)竹跳板，組裝施工平臺(tái)；在平臺(tái)上安裝鋼筋和模板，澆筑拱圈混凝土。該方案利用結(jié)構(gòu)本身承重，封閉施工、施工用鋼管少、支架穩(wěn)定，施工安全、施工進(jìn)度快，質(zhì)量有保證；其技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性較好，且施工不受外界因素干擾。如圖1所示：

2 施工工藝

吊模施工的工藝流程為：準(zhǔn)備工作—鉆孔植筋—抗拔力檢測—綁扎鋼筋—安裝吊桿（植筋）—吊桿質(zhì)量檢測—安裝模板—安裝方木龍骨—安裝縱向骨架鋼管—安裝橫向分配鋼管—安裝蝴蝶扣—安裝螺帽—檢查驗(yàn)收—澆筑混凝土[3]。

2.1 準(zhǔn)備工作

主要包括技術(shù)準(zhǔn)備、材料準(zhǔn)備、勞動(dòng)力準(zhǔn)備和工期規(guī)劃，各環(huán)節(jié)務(wù)必做到提前謀劃、工序間銜接有序。

2.2 鉆孔植筋

2.2.1 施工工藝流程

清理原結(jié)構(gòu)及備料—標(biāo)定位置—鉆孔—清孔—注膠—標(biāo)定植筋—靜置固化—質(zhì)量檢驗(yàn)。

2.2.2 施工操作要點(diǎn)

（1）標(biāo)定位置。檢查被植筋的拱圈料石是否完好，用鋼筋探測儀測出植筋處混凝土內(nèi)的鋼筋位置（如有），然后核對(duì)、標(biāo)記植筋部位，以便鉆孔時(shí)避讓料石砌縫；如設(shè)計(jì)的植筋位置有砌縫，則可以對(duì)植筋位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整（保證縱向或者橫向水平位置）。

（2）鉆孔。按上述標(biāo)記鉆孔位置、鉆孔直徑，孔的深度必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（3）清孔。鉆孔成批量后，逐個(gè)清除孔內(nèi)灰塵。植筋前應(yīng)用丙酮或工業(yè)用酒精擦拭孔壁和孔底[4]。

（4）鋼筋處理。檢查鋼筋是否順直，用鋼絲刷除去銹漬，并用乙醇或丙醇清洗干凈，晾干使用。無銹蝕鋼筋則可不進(jìn)行除銹工序。

（5）植筋。植筋用的膠黏劑應(yīng)采用專用灌注器或注射器進(jìn)行灌注，灌注量為孔深的2/3，植入鋼筋后有少許膠黏劑溢出。注入膠黏劑后應(yīng)立即單向旋轉(zhuǎn)插入鋼筋，直至達(dá)到設(shè)計(jì)的深度，植入鋼筋與孔壁間的間隙基本均勻，再校正鋼筋的位置和垂直度。

（6）靜置固化。膠黏劑完全固化前，不得觸動(dòng)或振動(dòng)已植入的鋼筋，以免影響其黏結(jié)性能。

2.3 錨桿質(zhì)量檢測

（1）鉆孔質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)按照《公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定執(zhí)行。

（2）植筋質(zhì)量檢驗(yàn)可采用抗拔試驗(yàn)，抗拔力必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（3）該橋設(shè)計(jì)錨桿為φ12HRB400螺紋鋼筋，查規(guī)范fy=360N/mm2。錨桿的極限抗拔力N=AS×fy=3.14×0.06×0.06×360=40.7 kN。

2.4 鋼筋安裝

鋼筋質(zhì)量控制應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求[5]。

2.5 安裝吊桿（在錨桿上焊接螺桿）

在拱圈底部錨桿上焊接φ14高強(qiáng)度螺桿，焊接螺桿間距為橫向60 cm，縱向90 cm。全橋共布設(shè)915根錨桿吊點(diǎn)。焊接長度不小于16 cm，焊接質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范要求。

2.6 吊桿質(zhì)量檢測

參照錨桿拉拔檢測，檢測值應(yīng)≥10 kN（為不破壞錨桿與主拱圈的連接力）。

2.7 安裝模板

（1）模板采用20 mm厚多層木膠板，模板表面應(yīng)平整光潔、無污物，并在模板表面涂刷脫模劑。為防止漏漿，模板接縫處應(yīng)貼透明膠帶（或雙面膠），并沿洞口周邊模板上口貼海綿條。

（2）模板安裝質(zhì)量應(yīng)滿足規(guī)范要求。

2.8 安裝方木龍骨

在模板底部橫向安裝5 cm×8 cm×200 cm的木方，木方縱向間距為20 cm。橫向木方搭長度不小于15 cm，依次安裝于主拱圈下。

2.9 安裝縱橫向分配鋼管

先沿著錨桿吊點(diǎn)順橋向安裝雙排縱向鋼管，然后再在縱向鋼管下方沿著錨桿吊點(diǎn)安裝橫向雙排鋼管。

縱橫向分配鋼管采用外徑Φ48.0 mm、壁厚2.7 mm的鋼管，每米的質(zhì)量為3.33 kg。管面無凹凸、無疵點(diǎn)、裂紋及變形，對(duì)彎曲、壓扁、銹蝕嚴(yán)重的應(yīng)禁止使用。

2.10 安裝蝴蝶扣和螺帽

依次沿著縱橫向右拱腳向拱頂對(duì)稱安裝蝴蝶扣和螺帽。

2.11 檢查驗(yàn)收

吊模安裝完成后，應(yīng)現(xiàn)場檢驗(yàn)?zāi)０迩闆r，驗(yàn)收合格后方能進(jìn)行下一道工序。

2.12 澆筑套拱混凝土

（1）拱圈混凝土澆筑由拱腳向拱頂對(duì)稱澆筑，施工過程中，應(yīng)控制澆筑速度。每澆筑10 m3混凝土（兩側(cè)各5 m3約1.5 m高）后停半小時(shí)，待模板受力穩(wěn)定后再繼續(xù)向拱頂澆筑。澆筑過程中應(yīng)保證材料供應(yīng)連續(xù)，以減少施工冷縫的出現(xiàn)，確?；炷恋恼w性及密實(shí)性。

（2）澆筑混凝土的7 d內(nèi)禁止在橋面采用大型機(jī)械施工作業(yè)，防止混凝土在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)因橋梁振動(dòng)而產(chǎn)生裂縫。

2.13 模板拆除

（1）模板的拆除將以同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度為依據(jù)指導(dǎo)拆模。

（2）拆模順序?yàn)椤昂笾炔?、先支后拆”，先拆非承重模板，后拆承重模板?/p>

（3）非承重模板拆除時(shí)，混凝土的強(qiáng)度不得低于20 MPa，承重模板（梁、板底模）拆除時(shí)混凝土的強(qiáng)度不得低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%。

3 吊模安裝示意圖及受力驗(yàn)算

吊模安裝示意圖如圖2所示。

3.1 荷載計(jì)算

（1）全橋模板總荷載9×55×0.02×800 kg/m3=79.2 kN，每平方模板重0.16 kN。

說明：橋梁拱圈弧長55 m，寬9 m，拱圈面積為495 m2，模板按800 kg/m3自重計(jì)算。得模板重量495×0.02（2 cm厚）×800=7 920 kg=79.2 kN，每平方米模板重79.2/495=0.16 kN。

（2）全橋木方總荷載275×10×0.05×0.08×640 kg/m3=70.4 kN，每平方木方重0.14? kN。

說明：橋梁拱圈弧長55 m，寬9 m，拱圈面積為495 m2，木方按640 kg/m3自重計(jì)算（根據(jù)密度不同，1 m3木方重在400～800 kg之間，該次驗(yàn)算取640 kg），橫橋向木方每0.2 m設(shè)置一道（55/0.2=275道）。每道木方長10 m（拱圈寬9 m，加1 m搭頭長度）。得木方重量275×10×0.05（厚5 cm）×0.08（高8 cm）×640=7 040 kg=70.4 kN，每平方米木方重70.4/495=0.14 kN。

（3）全橋鋼管總荷載2 748×3.17 kg/m=87 kN，每平方鋼管重0.17 kN。

說明：全橋用鋼管2 748 m（61×9×2+55×15×2），鋼管重2 748×3.17=8 711 kg=87 kN（壁厚2.7的鋼管每米重3.17 kg），每平方米鋼管重87/495=0.17 kN。

（4）全橋混凝土總荷載9×55×0.4×24.84 kN/m3=4 918 kN，拱圈鋼筋混凝土橋9.93 kN/m2。

說明：上式中24.84取值為混凝土每立方米24 kN，拱圈鋼筋重41 800 kg?418 kN/495 m2=0.84 kN，全橋鋼筋混凝土重9×55×0.4（拱圈厚0.4m）×24.84 kN（每立方米鋼筋混凝土重?混凝土重24 kN+鋼筋0.84 kN）=4 918 kN，每平方米鋼筋混凝土重4 918/495=9.93 kN。

（5）全橋混凝土澆筑沖擊荷載495×2 kN/m2=990 kN，混凝土澆筑沖擊荷載標(biāo)準(zhǔn)值2 kN/m2。

說明：混凝土澆筑沖擊荷載標(biāo)準(zhǔn)值2 kN/m2，取常規(guī)值，實(shí)際施工時(shí)混凝土為灌入式入模，幾乎無沖擊荷載。

3.2 荷載組合

永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4。由于全部采用木模，荷載設(shè)計(jì)值按乘以系數(shù)0.9予以折減。

則拱圈恒載：9.93×1.2×0.9≈10.72 kN/m2。

拱圈荷載組合：F2=10.72＋（0.16+0.14+0.17+2）×1.4×0.9≈13.83 kN/m2。

3.3 模板強(qiáng)度驗(yàn)算

采用20 mm厚木模板，下層內(nèi)楞為200 mm間距的50 mm×80 mm方木。豎向靜荷載為10.72 kN/m2，豎向動(dòng)荷載為3.11 kN/m2，按三跨等跨連續(xù)計(jì)算：

抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：查表取Km1=0.08、Km2=0.101，則：

Mmax=0.08×10.72×（0.20）2+0.101×3.11×（0.20）2≈0.047 kN·m

Wx=bh2/6=1 000×（15）2/6=37 500 mm3

σ=Mmax/Wx=0.047×106/37 500

≈1.25 N/mm2＜13 N/mm2（故強(qiáng)度滿足要求）。

撓度驗(yàn)算：查表取Kw1=0.677、Kw2=0.990、E=9 000 N/

mm2、I=bh3/12=281 250 mm4，則：

ω=Kwq1L4/（100EI）=（0.677×10.72+0.990×5.67）×0.24/（100×9.0×106×2.81×10?7）≈0.081 mm。

ω＜l/400=0.25 mm（故撓度滿足要求）。

3.4 受拉螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算

模板體系采用Φ14對(duì)拉螺桿，間距為900 mm×

600 mm，根據(jù)荷載組合，每根對(duì)拉螺桿承受的荷載：σ=0.9×0.6×13.83≈7.468 kN

而Φ14對(duì)拉螺桿每根可以承受的荷載為：Anf=π×72×235≈36.16 kN＞7.468 kN，滿足要求。

4 工程運(yùn)行情況

觀坦大橋建成后，經(jīng)荷載試驗(yàn)檢測合格，并通過驗(yàn)收，目前運(yùn)行狀態(tài)良好。

5 結(jié)語

該文以湖北建始縣339省道上的一座大型拱橋（主跨拱圈為石砌板拱）的主拱圈進(jìn)行鋼筋混凝土套拱采用的吊模施工方法為例，詳細(xì)介紹了施工工藝流程和控制要點(diǎn)。此類方法在山區(qū)拱橋應(yīng)用較多，其具有快速、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可靠、拆裝靈活等優(yōu)勢，且在深山峽谷和交通繁忙地區(qū)均可采用，對(duì)今后類似工程具有借鑒意義。

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