第八章拱桥施工

第八章拱桥施工本章主要内容•第一节概述•拱桥是以承受轴向压力为主的拱圈或拱肋作为主要承重构件的桥梁，拱圈(拱肋)+支座+拱上结构组成•拱桥可用砖、石、混凝土等抗压性能良好的材料建造，大跨度拱桥则用钢筋混凝土或钢材建造。•拱桥广泛应用，主要因为拱式体系的受力合理。•支承处产生竖向反力和水平反力。水平推力，使拱的弯矩比相同跨径梁的弯矩小很多，而拱圈内主要承受压力。特别对于大跨径桥梁，静载占全部荷载的绝大部分，因此合理选择拱的轴线，使拱圈在静载作用下主要受压，就可以充分利用抗压性能较好的石料和混凝土材料。•建国后我国拱桥施工技术开始快速发展。•建国初期，钢材少，控制用钢量，主要建造石拱桥．就地浇筑法•20世纪60～70年代后双曲拱桥、桁架拱桥和刚架拱桥，装配化施工。•同期推出箱形拱桥，至今仍被广泛应用；•1990年，第一座跨径115m的下承式预应力钢管混凝土系杆拱桥——四川旺苍东河大桥。四川旺苍东河大桥一、我国古代拱桥中国石拱桥因南北河道性质及陆上运输工具不同，所以构造不同。北方大多为平桥或平坡桥，实腹厚墩厚拱；南方水网地区则为驼峰式薄墩薄拱。1．石拱桥•赵州桥和卢沟桥，北方石拱桥。•赵州桥，建于隋炀帝大业年间(公元595—605年)，是世界上最古老的石拱桥。•赵州桥为敞肩圆弧石拱，拱圈并列28道，净跨37．02m，矢高7．23m，上狭下宽总宽9m。•主拱圈等厚1.03m，主拱圈上有护拱石。在主拱圈两侧，各开两个净跨分别为3.8m和2.85m的小拱，主要起泄洪作用同时减轻桥的自重。•赵州桥制作精良，结构独剖，造型匀称美丽，雕刻细致生动，历代都予重视和保护，1991年列为世界文化遗产。赵州桥，建于隋炀帝大业年间(公元595—605年)敞肩圆弧石拱，拱圈并列28道，净跨37．02m，矢高7．23m，上狭下宽总宽9m。主拱圈等厚1.03m，主拱圈上有护拱石。开两个净跨分别为3.8m和2.85m的小拱，泄洪、减轻•卢沟桥：北京广安门外15km，跨永定河。金代明昌三年(公元1192年)•桥拱圈接近半圆形，全长212.2m，11孔；净跨11.4～13.45m;桥宽9.3m，墩宽6.5～7.9m不等。•石栏杆269间，柱头雕刻有石狮，形态各异，诸多小狮，怀抱背负，趣味横生。石狮子为鉴赏重点，是统一变化的美学原则的具体应用。•江苏吴江垂虹桥，85孔，尚存残孔8孔。图8-3杭州拱宸桥•江苏苏州宝带桥：现存最长的多孔薄拱薄墩连拱桥。桥始建于唐，历代多次重修，现存桥53孔，全长316.8m，中间3孔隆起通船，桥宽4.1m。•桥头建有石狮、石亭、石塔2．木拱桥•木拱桥始建于宋。•《清明上河图》，虹桥，漕运，水中无桥墩。虹桥等术拱结构为中国所独创，尚有竹木拱桥三、拱桥分类•按推力：有推力和无推力；•按拱圈位置：上承式、下承式和中承式；•按截面形式：板拱桥、肋拱桥、双曲拱桥、箱形拱桥等；•按拱上建筑形式：实腹式及空腹式、组合体系式；•按拱轴线：抛物线拱桥、圆弧拱桥、悬链线拱桥。•按照建筑材料：石拱桥、混凝土拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥以及钢拱桥。•拱圈轴线为弧线。优点：构造简单，石料规格最少，施工简便，跨度20m。(2)抛物线拱桥拱圈轴线为抛物线，是悬链线拱桥的一种特例。(3)悬链线拱桥•拱圈轴线为悬链线，受力均匀弯矩较小，适用于实腹拱桥，大跨度的空腹拱桥。图8-13武汉晴川桥图8-15卢浦大桥中承式主桥全钢结构，长750m一跨过江，主跨为550m中承系杆拱，边跨100m上承式。六车道，宽28.75m；航道净空为46m图8-16钱江四桥荥阳白赵村龙门大桥磨河双曲拱桥(上承式)三、拱桥施工技术发展•1.就地浇筑法•2.预制安装法•3.悬臂施工法•4.转体施工法•将桥梁结构本身作为施工设施，滑道及转盘结构，将两岸预制拼装的桥梁结构，绕着转盘做整体旋转后就位合龙的方法。•平面转体、竖向转体或平竖结合转体。第二节就地砌筑与浇筑施工•就地砌筑施工是拱桥施工中最为古老的一种方法。在支架上砌筑施工一般用于石拱桥的施工，施工步骤：•Step1搭建拱架•Step2砌筑主拱圈；•Step3砌筑拱上结构；•Step4桥面工程；•Step5附属工程；•施工周期长，劳动力需求大，用于小跨度拱桥和盛产石料的地区。一、拱架•拱架按结构:满布式拱架和拱式拱架•其中满布式:支柱式、撑架式、扇形和组合式拱架等；•拱架按材料分:木拱架、竹拱架和钢拱架。•作用：支承主拱圈。图8-17立柱式木拱架图8-18撑架式木拱架图8-19扇形木拱架图8-20钢木拱架图8-21拱式拱架二、拱桥的就地砌筑施工•主要应用于石拱桥(混凝土预应力拱桥)，•主要施工步骤：拱圈的放样、拱圈的砌筑、拱上建筑的施工和卸拱架。1．拱圈的放样•拱石按照设计图纸尺寸进行加工,样台上拱圈按1:1的比例放出大样;然后用木板或锌铁皮在样台上按分块大小制成样板，进行编号，以利加工。•拱石分块的大小根据加工能力和运输条件而定。2．拱圈的砌筑•(1)连续砌筑•跨径16m，满布式拱架，从两拱脚同时向拱顶一次顺序砌筑．在拱顶合龙；•跨径10m，拱式拱架，砌筑拱脚同时，预压拱顶以及拱跨1/4部位。拱桥的施工方案(2)分段砌筑•跨径为16~25m，满布式拱架，半跨分成三段的分段对称砌筑方法；•跨径为10~25m，拱式拱架，半跨分成三段的分段对称砌筑方法。(3)分环分段砌筑•大跨径拱桥，拱圈厚度较大，一般由三层以上拱石组成，将拱圈分成若干环砌筑，砌一环合龙一环。•下环砌筑完并养护数日后，砌缝砂浆达到一定强度时，再砌筑上环.上下环间拱石应犬牙交错，每环可分段砌筑•跨径25m，每段长度一般不超过8m，段间可设置空缝或闭合楔。(4)连拱的砌筑•多跨连拱的拱圈砌筑时，应考虑与邻孔施工的对称均匀，以免桥墩承受过大的单向推力。因此，当采用拱式拱架时，应适当安排各孔的砌筑程序；采用满布式支架时，应适当安排各孔拱架的卸荷顺序。•推力产生的时间：拱架卸荷，拱上结构的砌筑3．拱上建筑的施工•拱上建筑的施工应自拱脚向跨中对称进行。•顺序：先施工拱脚处侧墙；•然后施工拱顶中部侧墙；•最后施工台背回填前面、人行道、栏杆等。•跨径20m石拱桥，拱圈合龙后3d才能施工；•跨径≥20m石拱桥，拱圈合龙后7d才能施工；气温较低时适当延长施工时间。•拱上砌体必须在拱圈砌筑合龙后，拱圈达到设计强度30％以后进行。•拱上建筑的施工，应对称均衡地进行，避免使主拱圈产生过大的不均匀变形。4．卸拱架•为使拱架承受的荷载逐渐、平稳地转移给拱圈，卸架应严格按照规定的工序进行•(1)卸架常用设备•有简易木楔、木马、组合木楔、砂筒等。图8-22砂筒构造(2)卸架的技术要求•①卸架时间。跨径20m顶合龙后15～20d；•跨径20m合龙后30d；温度低于15℃时延长。•②多孔拱桥卸架应考虑相邻孔推力的影响。•③卸架不能在裸拱情况下进行，实腹式拱桥应在侧墙完工或护拱，砌筑完毕后方可卸架。•④卸架应分步进行、逐渐均匀降落，每次下降均由拱顶向拱脚对称进行、逐排完成，第一次完成后再从拱顶开始进行第二次下降，直至拱架与拱圈完全脱离为止。•湖南凤凰沱江大桥：四跨连拱，拱圈推力通过桥墩实现相互平衡，要求桥墩自身有足够的重量，桥墩要足够牢固，因此石拱桥的桥墩体积一般都十分庞大。只要一个拱圈出现问题，大桥就会像多米诺骨牌一样出现“一垮俱垮”的情形。三、拱桥的就地浇筑施工•大跨度拱桥的就地浇筑施工•采用钢桁架拱架；•然后在拱架上进行拱圈的浇筑；•最后进行卸拱架施工。1．拱架安装•大跨度拱桥一般采用钢桁架拱架，其结构类型为常备拼装式桁架型拱架，由标准节、拱脚节及联结杆等组成。首先通过钢销连接，再通过纵横向连接系将几片拱架连成一体，这就可以作为浇筑拱圈或拱肋的支架，拱轴曲线的曲度采用变换联结杆长度的方法得到。•拱架安装布置。安装前拱架需先按框架形式组成安装单元，其长度可包括2～3节拱架。安装时由拱脚至拱顶，两岸对称进行，用门式索塔安装。2．拱圈浇筑大跨径拱桥的拱圈，应采取分段浇筑的方法以减小混凝土的收缩应力和拱架变形而产生裂缝。分段长度一般为6～15m，具体划分拱段时，必须使拱顶两侧能保持对称。箱形截面拱圈一般采取分环分段的浇筑方法，施工中一般分为三环即底板、肋墙和顶板，图8-24。图8-24拱量分环方法先分段浇筑底板，然后分段浇筑肋墙，最后分段浇筑顶板分环分段浇筑时，可采取分环填充间隔缝合龙，此时，已合龙的环层可产生拱架作用，在浇筑上面环层时可减轻拱架负荷。3．卸拱架大跨径拱桥采用就地浇筑施工，卸拱架是其中最为关键的工序。拱架应待拱圈混凝土达到一定强度后方可拆除。为了能使拱架所支承的荷载能逐渐转给拱圈自身来承受，拱架不能突然卸除，而应按一定的程序进行。必须采用专门设备，最常用的有砂筒和千斤顶。8-25砂筒四、工程实例四肋空腹式钢筋混凝土拱桥，全桥由三个连续等跨拱组成，全长159.6m，宽13.2m。拱肋设计净跨径40m，净矢高8m，矢跨比1/5，拱肋主体为0.75m×0.95m，拱脚处高1.1m。在3m范围内平滑过渡到标准截面，拱轴系数2.24，拱肋间由9条0.45mx0.60m横系梁连接。施工关键工序为拱肋施工中的拱架施工和拱肋现浇。1．拱架形式的选择根据施工现场和项目部实际情况，初步选定支柱式木拱架、三架的三种形式，其优(缺)点如表8—1所示。拱架形式选择表表8-1拱架形式优点优点支柱式木拱架①安装，拆卸方便；②无需大型起吊设备；③施工精度品控制；④结构简单、稳定性好；⑤对桥墩(台)水平分力小1.净空高，木材量大．且木材回收率低；2.适应河滩和流速小、不受洪水威胁、不通航的河道；3.节点多，制作安装用工多．拱架变形三铰钢桁架式拱架①拱架脚受力，不受净空、桥下基础状况及水流限制；②拱架桁架片为标准型，现场情况拼装，可周转；③承受荷载能力大，受力结构简单1.需缆索吊装设备安装，吊装难；2.拱架材料一次性投入高，若租用，租金较责；3.纵向静定，横向抗倾覆能力较差；4.桥墩（台）水平分力较大撑架式拱架①对桥墩(台)水平分力小；②净空越高，较满布式拱架越省材料；③对桥下水流、通航限制条件较小1.撑架基础需处理，费用较高；2.稳定性较差；3.材抖量较大，搭设时间较长方案分析与选择(1)第一、第二跨净空较高(最高达30m)，桥下主要为赫泥和耕植土，第二跨有一水库泄洪河道，水流流量、水位不稳定。(2)第三跨桥下净空较低，桥下为亚黏土土质，偶见石块，稳定性较好。(3)桥墩、台均为扩大基础，抗水平荷载能力较强。(4)工程较小，施工周期短，且工期要求高，租用设备时间也较短。(5)附近有常备式钢桁架出租，运输费用低。综合考虑，方案确定为：第一、第二跨采用三铰钢桁架式拱架第三跨采用支柱式木拱架。2．拱架施工措施选定拱架形式后，对两种拱架在施工过程中，分别采取以下措施：(1)三饺钢桁架式拱架：墩身预设钢筋混凝土牛腿，为拱架的支撑点；每榀拱架安设两个φ30砂筒，用以卸载、调节高度；拱架安装采用缆索吊装，主索塔用两榀贝雷梁拼装，按从拱脚到拱顶的顺序安装，拱顶合龙；各个拱肋的拱架横向联成整体，每隔2m加设十字撑，拱架两侧各拉两根缆风绳；桥墩两侧拱肋、同跨上下游拱肋对称施工。(2)支柱式术木拱架拱架材料选用优质硬杂木，统一下料，分类按顺序安装；结点间以抓钉配合夹板螺栓连接，结点处杆件端面、角度吻合良好；在靠近桥墩处有一陡坡，净空较高，采用八字撑形式，跨过高净空处，以节省材料；整个拱架分为上部拱盔和下部排架两部分，中间安装楔形木块，调节高度及卸载。3．拱肋现浇施工工艺选择钢筋混凝土肋拱桥施工，拱肋现浇施工工艺：分段现浇和整体现浇两种。工艺分别为：1)拱肋分段现浇：是指将拱肋对称地分成若干段，段间预留间隔槽，先浇筑拱肋主体，后浇筑间隔槽封拱合龙。(2)拱肋整体现浇：是指通过对拱肋施工的各个阶段进行计算，找出自拱脚开始，拱肋混凝土浇筑各阶段和拱顶压、卸载的对应关系，在拱顶下吊反压平台或水箱，先压载，后卸载，控制拱架变形对拱肋混凝土的不利影响，使整条拱肋一次成型的施