桥梁工程-钢筋混凝土拱桥施工

学习情境7钢筋混凝土拱桥施工工作任务任务1.认识拱桥；任务2.拱桥的浇筑施工；任务3.装配式拱桥施工。任务4.转体法施工学习目标1.叙述拱桥的主拱圈构造和拱上建筑构造；2.叙述拱桥各组成部分的概念、术语；3.叙述拱架构造和和各部分概念和术语；4.知道混凝土拱桥就地浇筑和拱上建筑浇筑、悬臂拱桥浇筑方法；5.知道装配式拱桥构件的预制、运输与堆放，起吊与吊装方法；6.知道拱桥平面转体、竖向转体转动体系构造任务描述认知拱桥的结构和分类→叙述拱各组成部分的概念和术语→熟悉拱桥的就地浇筑式施工方法→熟悉装配式梁桥构件的预制、运输与堆放，起吊与吊装方法任务1认识拱桥一、主拱圈结构1.板拱桥2.肋拱桥3.箱形拱桥4.双曲拱桥5.钢管混凝土拱桥6.劲性骨架混凝土拱桥1.板拱桥图7-1-1主拱圈截面形式(a)板拱；(b)板肋拱；(c)肋拱；(d)双曲拱；(e)箱形拱；(f)钢管混凝土拱；(g)劲性骨架混凝土拱1.板拱桥2.肋拱桥3.箱形拱桥4.双曲拱桥5.钢管混凝土拱桥6.劲性骨架混凝土拱桥二、拱上建筑结构1、实腹式拱上建筑实腹式拱上建筑构造简单，施工方便，填料数量较多，恒载较重，所以一般用于小跨径的拱桥。实腹式拱上建筑由拱腹填料、侧墙、护拱、变形缝、防水层、泄水管以及桥面系组成2.空腹式拱上建筑大、中跨径的拱桥，特别是当矢高较大时，应以空腹式拱上建筑为宜。空腹式拱上建筑除具有实腹式拱上建筑相同的构造外，还具有腹孔和腹孔墩。•空腹拱•实腹拱•二、拱上建筑结构图7-1-2实腹式拱上建筑构造(尺寸单位：cm)二、拱上建筑结构图7-1-3拱式拱上建筑(a)带实腹段的空拱腹；(b)全空腹拱二、拱上建筑结构图7-1-4梁式空腹式拱上建筑(a)简支腹拱；(b)连续腹拱；(c)框架式腹拱二、拱上建筑结构万县长江大桥任务2拱桥的浇筑施工拱桥施工总体上可分为有支架施工和无支架施工两大类。有支架施工常用于砖、石和混凝土预制块拱桥的砌筑施工以及混凝土拱圈的浇筑施工，而无支架施工主要用于肋拱桥、双曲拱桥、箱形拱桥、桁架拱桥和钢管混凝土拱桥等。当拱桥的跨径不大、拱圈净高较小或孔数不多时，可以采用就地浇筑方法来进行拱圈施工。就地浇筑方法可分为两种，即拱架浇筑法和悬臂浇筑法。一、拱架拱架是拱桥有支架施工必不可少的辅助结构，在整个施工期间，用以支承全部或部分拱圈和拱上建筑的重量，并保证拱圈的形状符合设计要求。因此，要求拱架具有足够的强度、刚度和稳定性。1．拱架的结构类型拱架的种类很多，按其使用材料可分为木拱架、钢拱架、扣件式钢管拱架、斜拉式贝雷平梁拱架、竹拱架、竹木混合拱架、钢木组合拱架以及土牛胎拱架等多种形式；按结构形式可分为排架式、撑架式、扇形式、桁架式、组合式、叠桁式、斜拉式等。1）木拱架木拱架一般有排架式、撑架式、扇形式、叠桁式及木桁架式等。前四种在桥孔中间设有或多或少的支架，统称满布式拱架，最后一种可采用三铰木桁架形式，在桥孔中完全不设支架。（1)满布立柱式拱架图7-2-1满布立柱式拱架1-弓形木；2-立柱；3-斜撑；4-卸架设备；5-水平拉杆；6-斜夹木；7-水平夹木；8-桩木（2)撑架式木拱架图7-2-2撑架式木拱架（3)三铰桁式木拱架三铰桁式木拱架2）钢拱架与钢木组合拱架钢木组合拱架是在木支架上用工字钢梁代替木斜梁，以加大斜梁的跨度，减少支架用量。工字钢梁顶面可用垫木垫成拱模弧形线。钢木组合拱架的支架常采用框架式工字梁活用钢拱架，构造简单，拼装方便，且可重复使用，其构造形式见图7-2-5。它适用于施工期间需保持通航、墩台较高、河水较深或地质条件较差的桥孔。2）钢拱架与钢木组合拱架图7-2-4钢木组合拱架图7-2-5工字梁活用钢拱架2）钢拱架与钢木组合拱架（2)钢桁架拱架钢桁架拱架的结构类型通常有常备拼装式桁架形拱架、装配式公路钢桁架节段拼装式拱架、万能杆件拼装式拱架、装配式公路钢桁架和万能杆件桁架与木拱盔组合的钢木组合拱架。图7-2-6常备拼装式桁架拱架图7-2-7装配式公路钢桁架节段拼装式拱架（3)扣件式钢管拱架扣件式钢管拱架一般有满堂式、预留孔满堂式及立柱式扇形等几种。扣件式钢管拱架一般不分支架和拱盔部分，它是一个空间框架结构，一般由立柱(立杆)、小横杆(顺水流向)、大横杆(涵桥轴向)、剪刀撑、斜撑、扣件和缆风索等组成，所有杆件(钢管)通过各种不同形式的扣件实现联结，不需设置卸落拱架（3)扣件式钢管拱架（3)扣件式钢管拱架（3)扣件式钢管拱架二、拱圈模板1.板拱模板板拱拱圈模板(底模)厚度应根据弧形木或横梁间距的大小来确定。一般有横梁的底模板厚度为4～5cm，直接搁在弧形木上时为6～7cm。有横梁时为使顺向放置的模板与拱圈内弧形圆顺一致，可预先将木板压弯。石砌板拱拱圈的模板，应在拱顶处预留一定空间，以便于拱架的拆卸。模板顶面高程误差不应大于计算跨径的l/1000，且不应超过3cm。二、拱圈模板2．肋拱拱肋模板。拱肋模板其底模与混凝土或钢筋混凝土板拱拱圈底模基本相同。拱肋侧面模板，一般应预先按样板分段制作，然后拼装在底模上，并用拉木、螺栓拉杆及斜撑等固定。拱肋间的横撑模板与上述侧模构造基本相同，处于拱轴线较陡位置时，可用斜撑支撑在底模板上。2．肋拱拱肋模板三、混凝土拱桥就地浇筑1.施工程序现浇混凝土拱桥施工工序一般分3阶段进行：•第l阶段，浇筑拱圈(或拱肋)及拱上立柱的底座；•第2阶段，浇筑拱上立柱、联结系及横梁等；•第3阶段，浇筑桥面系。前一阶段的混凝土达到设计强度的75％以上才能浇筑后一阶段的混凝土。拱架则在第2阶段或第3阶段混凝土浇筑前拆除，但必须事先对拆除拱架后拱圈的稳定性进行验算。若设计文件对拆除拱架另有规定，应按设计文件执行。2.拱圈或拱肋的浇筑1)浇筑流程满堂式拱架浇筑流程为：支架设计→基础处理→拼设支架→安装模板→安装钢筋→浇筑混凝土→养护→拆模→拆除支架。满堂式拱架宜采用钢管脚手架、万能杆件拼设；模板可以采用组合钢模、木模等。1)浇筑流程拱式拱架浇筑流程为：钢结构拱架设计→拼设拱架→安装模板→安装钢筋→浇筑混凝土→养护→拆模→拆除拱架。拱式拱架一般采用六四式军用梁(三角架)、贝雷架拼设。2)连续浇筑跨径小于16m的拱圈(或拱肋)混凝土，应按拱圈全宽度，自两端拱脚向拱顶对称地连续浇筑，并在拱脚处混凝土初凝前全部完成。如预计不能在限定时间内完成，则需在拱脚处预留一个隔缝并最后浇筑隔缝混凝土。薄壳拱的壳体混凝土，一般从四周向中央进行浇筑。2)连续浇筑3)分段浇筑大跨径拱桥的拱圈或拱肋(跨径≥16m)，为避免拱架变形而产生裂缝以及减小混凝土的收缩应力，应采用分段浇筑的施工方法。分段长度一般为6～15m。分段长度应以能使拱架受力对称、均匀和变形小为原则，拱式拱架宜设置在拱架受力反弯点、拱架结点、拱顶及拱脚处，满堂式拱架宜设置在拱顶L/4部位、拱脚及拱架节点等处。各段的接缝面应与拱轴线垂直。3)分段浇筑分段浇筑程序应符合设计要求，且对称于拱顶进行，使拱架变形保持对称均匀和尽可能地小。填充间隔缝混凝土，应由两拱脚向拱顶对称进行。拱顶及两拱脚间隔缝应在最后封拱时浇筑，间隔缝与拱段的接触面应事先按施工缝进行处理。间隔缝的位置应避开横撑、隔板、吊杆及刚架节点等处。间隔缝的宽度以便于施工操作和钢筋连接为宜，一般为5～100cm。间隔缝混凝土应在拱圈分段混凝土强度达到75％设计强度后进行；为缩短拱圈合龙和拱架拆除的时间，间隔缝内的混凝土强度可采用比拱圈高一等级的半干硬性混凝土。3)分段浇筑4)箱形截面拱圈(或拱肋)浇筑大跨径拱桥一般采用箱形截面的拱圈(或拱肋)，为减轻拱架负担，一般采取分环、分段的浇筑方法。分段的方法与上述相同。分环的方法一般是分成2环或3环。分2环时，先分段浇筑底板(第1环)，然后分段浇筑肋墙、隔墙与顶板(第2环)；分3环时，先分段浇筑底板(第1环)，然后分段浇筑肋墙脚(第2环)，最后分段浇筑顶板(第3环)。分环分段浇筑时，可采取分环填充间隔缝合龙和全拱完成后最后一次填充间隔缝合龙两种不同的合龙方法。图7-2-10为箱形截面拱圈采用分环分段浇筑的施工程序。堆载预压拱圈钢筋绑扎图7-2-10箱形截面拱圈分环分段浇筑的施工程序示意图(单位：cm)拱圈砼浇注拱圈模板安装3.卸拱架1)卸架设备(1)砂筒(2)千斤顶(3)木模2)卸架程序(1)满布式拱架的卸落(2)工字梁活用钢拱架的卸落(3)钢桁架拱架的卸落。四、拱上建筑浇筑拱上建筑施工，应对称均衡地进行。施工中浇筑的程序和混凝土数量应符合设计要求。在拱上建筑施工过程中，应对拱圈的内力和变形及墩台的位移进行观测和控制。主拱圈拱背以上的结构物称为拱上建筑，它主要有横墙座、横墙、横墙帽或立柱座、立柱、盖梁、腹拣圈或梁(板)、侧墙、拱上结构伸缩缝及变形缝、护拱、拱上防水层、拱腔填料、泄水管、桥面铺装、栏杆系等。施工工序1.伸缩缝及变形缝的施工2.拱上防水设施3.拱圈排水处理4.拱背填充•桥面施工五、拱桥的悬臂浇筑施工国外在拱桥就地浇筑施工中，多采用悬臂浇筑法。以下介绍塔架斜拉索法和斜吊式悬浇法两种施工方法。1.塔架、斜拉索及挂篮浇筑拱圈2.斜吊式悬臂浇筑拱圈悬臂浇注••斜吊现浇法施工六、劲性骨架法劲性骨架法是先将拱圈的全部受力钢筋按设计形状和尺寸制成，并安装就位合龙形成钢骨架，然后甲系吊在钢骨架上的吊篮逐段浇筑混凝土，当钢骨架全部由混凝土包裹后，就形成钢筋症凝土拱圈(或拱肋)。用这种方法施工的钢骨架，不但须满足拱圈的要求，而且施工中还起临时拱架的作用，因此，须有一定的刚性。一般选用劲性钢材如角钢、槽钢、钢管等作为拱圈的受力钢筋。劲性钢骨架制作劲性钢骨架由16Mn型钢焊接制成，钢骨架顺桥向分段制作。钢骨架的制作是在放样台上进行。在大样上确定一个符合大多数节段的曲率，按确定的曲率将弦杆型钢在冷弯台座上冷弯成型，然后在大样上拼焊加工。焊成的钢骨架应进行探伤检查。每段平卧钢骨架利用滚筒移至桥台，再将钢骨架竖转90°设计安装状态。用平车将钢骨架运至起吊位置，由吊运天线运至安装位置，先用螺栓将各段进行临时连接，待钢骨架合拢调整后再将各段接头焊接。对于大跨径劲性骨架的安装，关键是应确保钢骨架在整个施工过程中的竖向和横向稳定。钢骨架在安装中要根据计算要求，设置所需的横向联结系。钢骨架安装拱肋浇筑在进行拱肋混凝土浇筑工作时，最关键的问题是要确保钢骨架在浇筑混凝土过程中的稳定，为此应在钢骨架上按稳定计算所需布置足够的横向联结系和横向风缆。拱肋混凝土浇筑采用单肋分环，两岸从拱脚到拱顶对称浇筑。拱箱截面分底板、下肋板、上肋板、顶板四环浇筑完成。拱肋混凝土在浇筑过程中，钢骨架会随浇筑位置而发生轴线变形。调整拱肋竖向变形采用水箱加载法。在拱顶附近布置水箱，通过对水箱注水加载和放水卸载，对拱肋变形予以调整控制。为适应钢骨架变形，避免混凝土开裂，应适当设置变形缝。半跨仅设一条变形缝，缝宽20cm，待该环混凝土浇筑完成后，用50号混凝土将变形缝填实。任务三装配式拱桥施工梁桥上部的轻型化、装配化大大加快了梁桥的施工速度。要提高拱桥的竞争能力，拱桥也必须向轻型化和装配化的方向发展。从双曲拱桥及以后发展至桁架拱桥、刚架拱桥、箱形拱桥、桁式组合拱桥、钢管混凝土拱桥，均沿着这一方向发展。混凝土装配式拱桥主要包括双曲拱、肋拱、组合箱形拱、悬砌拱、桁架拱、钢管拱、刚架拱和扁壳拱等。目前在大跨径拱桥中，较多采用箱形截面拱，因此本节将着重介绍箱形截面拱桥的装配式施工。为叙述方便，下面均以拱肋进行介绍，如无特殊说明，同样适合于板拱。在本节以缆索吊装施工为例来介绍拱桥的装配式施工。一、缆索吊装的应用在峡谷或水深流急的河段上，或在通航的河流上需要满足船只的顺利通行，缆索吊装由于具有跨越能力大，水平和垂直运输机动灵活，适应性广，施工比较稳妥方便等优点，成为拱桥施工中使用最为广泛的方案。采用缆索吊机吊装拱肋时，为使在起重索的偏角不超过15°的限度内减少主索横向移动次数，可采用两组主索或加高主索塔架高度的方法施工。在采用缆索吊装的拱桥上，为了充分发挥缆索的作用，拱上建筑也可以采用预制装配施工。缆索吊装对加快桥梁施工速度、降低桥梁造价等方面起到很大作用。二、拱