拱桥的施工

第12章拱桥施工满膛支架、拱架(圬工拱桥)就地砌筑简易排架+吊装设备预制安装就地浇筑拱架梁式支架(组合体系拱)满膛支架劲性骨架法有支架施工斜吊式悬浇法劲性骨架与塔架斜拉联合法悬臂桁架法塔架斜拉索法悬拼法悬浇法悬臂法缆索吊装法有平衡重无平衡重平转竖转竖转和平转的组合转体施工法无支架施工拱桥的施工方法12.1有支架施工在事先设置的拱架上进行拱体的砌筑、浇注、安装，最后落架并完成其余部分的施工。适用情况：砖石、混凝土块、混凝土拱桥。拱圈施工放样拱圈或拱架的准确放样，是保证拱桥符合设计要求的基本条件之一。石拱桥的拱石，在样台上按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，并注明拱石编号，以利加工。样台必须保证在施工期间不发生过大变形，便于施工过程中对样板进行复查。常用的放样方法有直角坐标法、多圆心法等。拱弧分点越多，用这种方法放出的拱圈尺寸越精确（如某净跨径100m的箱形拱桥，为了提高放样的精度，半跨拱圈由原设计的12分点增加到32分点）。拱石要按拱圈的设计尺寸加工。通常在样台上将拱圈按1:1的比例放出大样，划分拱石，然后用木板或锌铁皮按拱石分块大小制成样板，进行编号，以利加工。在划分拱石时需注意：左右两批拱石间的砌缝横贯拱圈全部宽度，并垂直于拱圈中轴，成为贯通的辐射缝。上下两层拱石的砌缝为断续的弧形缝，其前后拱石间的砌缝则为断续的、与拱圈纵轴平行的平面缝。两相邻拱石的砌缝必须错开，其距离应不小于10cm，以利于拱圈传力和具有较好的整体性。拱架要求：结构简单，稳定性好，可重复使用。拱架在各种施工荷载作用下，其内力须经计算确定。拱架安装时，应预先设置预拱度，以抵抗施工过程中的各种变形和下沉。预拱度值采用二次抛物线或悬链线法分配。拱架的卸落时间应严格掌握，卸落设备应简单可靠。支架基础必须稳固，承重后应能保持均匀沉降且沉降值不得超过预计范围。12.1.1拱架构造及安装（1）满布式木拱架满布式木拱架通常由拱架上部（拱盔）、卸架设备、拱架下部（支架）组成。立柱式拱架与撑架式拱架是比较常用的形式。支架基础必须稳固拱架的安装按规定程序进行（2）钢桁架拱架1）结构类型①常备拼装式桁架型拱架由标准节、拱顶节、拱脚节及联结杆等以钢销联结组成。再以纵横向联结系将两拱架联成一组，即可作为砌筑、浇注或吊装一片拱肋的支架。变换联结杆的长度可调整曲度。②装配式公路钢桥桁节拼装拱架在配装式公路钢桥桁节上弦接头处加上一个不同长度的钢铰接头，即可拼成用于多种曲度和跨度的拱架。拱架两端另外设拱脚节及支座，以构成双铰拱架，为使完工后卸架方便，应在弓形木下设置木楔。拱架的横向稳定则需依靠各片拱架间的抗风拉杆、撑木以及风缆等组件。③万能杆件拱架万能杆件经补充一部分带钢铰的联结短杆后，可用它拼装拱架。拼装时，先拼成桁节，再用长度不同的联结短杆连成折弧形。④万能杆件、装配式公路钢桥桁节与木拱盔或钢管脚手架组合拱架山西丹河大桥的拱架由万能杆件构成的支架及其上面的帽木、立柱、斜撑、横梁及弧形木等构件构成。其挠度可通过试验求得或在拱架安装后进行预压实测。用钢管脚手架取代帽木、立柱、斜撑、横梁及弓形木，与万能杆件、装配式公路钢桥桁节形成组合拱架。丹河大桥拱架60m跨组合拱架⑤斜拉贝雷平梁拱架在距边墩一定位置设一临时墩，在中间墩顶各设一个塔柱，塔柱顶端伸出斜拉杆拉住贝雷平梁，平梁上设拱盔，形成几孔连续的斜拉式贝雷平梁拱架结构。斜拉杆由几条贝雷加强弦杆拼接而成，塔柱、平梁均由贝雷组件拼接而成；塔脚、塔顶、平梁面吊点位置需加工一些特制的构件进行连接。2）钢桁架拱架的安装①半拱旋转法先将每片拱架组拼成两个半拱片，其次将左右两半拱片的拱铰安在铰座上，然后用拉索使两半拱片向上旋转合龙。②竖立安装法在桥跨内的两端拱脚上，垂直拼成两半孔拱架，再依托拱脚铰旋转至设计位置合龙。③浮运安装法在水流比较平稳的河流上，可采用浮运安装法。2）钢桁架拱架的安装④悬臂拼装法适用于拼装式桁架型拱架。拼装时从拱脚起逐节进行，拼装好的节段，用滑车组系吊在墩台塔架上。⑤在高空缆索脚手架上拼装拱架在有缆索架空施工设备的条件下，可在悬索脚手架上拼装桁架式拱架。可先拼装两侧两片拱架，然后利用两侧拱架拼装中间拱架。12.1.2拱架的设计计算（1）拱架的计算荷载①拱圈的圬工重量。不分环砌筑时，按拱圈全部厚度计入。分环砌筑时，对于小跨径拱桥，按实际作用于拱架的环层计算，一般计入拱圈总重的60～75%；对于大跨径拱桥，分环数多，拱架高，相对刚度较小，不宜简单地多算拱圈重量，而应根据施工工序进行整体分析。②拱架模板设施自重。排架式木拱架包括铁件可按6.5kN/m３估算。三铰木拱架可按2.5～3.5kN/m估算。③人员、机具重量。一般可按2.0kN/m2估计。④横向风力。验算拱架稳定性时应考虑横向风力。横向风力可参考现行《公路桥涵设计通用规范》第2.17条计算，也可假定为1.0kN/m2。12.1.3施工预拱度计算与设置定义：为保证桥梁的成桥立面线形符合设计要求，使上部构造在卸架后能获得满意的外形，需要在施工时对结构预设一定的，以克服支架的下沉、梁体自身的挠度等变形。该反向拱度即预拱度。拱圈施工时和卸架后会产生下列弹性挠度及下沉变形：1．拱圈由自重所产生的弹性挠度；2．拱圈由温度变化所产生的弹性挠度；3．拱圈由墩台、支座变形、位移而产生的弹性挠度；4．混凝土拱圈因混凝土硬化收缩所产生的挠度；5．拱架和支架在设计荷载下的弹性及非弹性变形、及由于卸拱设备的非弹性压缩所产生的非弹性下沉；6．拱式拱架在设计荷载下的弹性挠度和非弹性下沉；7．支架基础在受载后的非弹性压缩；8．无支架吊装时的裸肋变形，一般可预估为L/1000；9．斜拉平梁拱架由于不平衡加载引起的塔柱变形产生的挠度等。预拱度的设置•拱架在拱顶的总预拱度除按上列方法进行计算外，对一般砖石混凝土拱桥并可按经验取为进行校核或估算。•对于大跨径拱桥，总预拱度值宜根据施工工序进行整体结构分析后得出。•设置预拱度时，应按在拱顶处为全部变形值，在拱脚处为零设置；其余各点可按拱轴纵坐标高度比例或按二次抛物线分配。按二次抛物线分配时的计算式和图式如式（9-15）和图9-17a)。对于早脱架的悬链线拱，宜按拱顶新矢高，用拱轴系数降低一级或半级的方式设置预拱度。中间最高，两端为0，按直线或二次抛物线进行分配f—跨中矢高L——跨长取左支点为坐标原点~400800LL2241xxL12.1.6圬工拱圈及拱上结构的砌筑上承式拱桥在支架上砌筑施工分三个阶段：第一阶段施工拱圈或拱肋；第二阶段施工拱上建筑；第三阶段施工桥面系。在拱架上砌筑的拱桥主要是石拱桥和混凝土预制块拱桥。拱桥的砌筑施工过程：拱圈放样、拱石编号备料砌筑程序确定拱圈砌筑拱上建筑砌筑拱架卸落（1）拱圈的砌筑1）连续砌筑。跨径＜16m，当采用满布式拱架施工时，可以从两拱脚同时向拱顶一次按顺序砌筑，在拱顶合拢；跨径＜10m，当采用拱式拱架时，应在砌筑拱脚的同时，预压拱顶以及拱跨l/4部位。2）分段砌筑。对跨径在16～25m之间的拱桥采用满布式拱架施工，或跨径在10～25m之间的拱桥采用拱式拱架施工时，可采用半跨分成三段的分段对称砌筑方法或在拱脚附近、1/4点、拱顶及满布式拱架的节点处必须设置空缝3)分环分段砌筑。较大跨径的拱桥，拱圈由三层以上拱石组成时，可将拱圈分成几环砌筑，砌一环合拢一环。上下环间拱石应犬牙交错，每环分段砌筑。4)分阶段砌筑。为争取时间和拱架荷载均匀、变形正常，在砌完一段或一环拱圈后的养护期间，工作并不间歇，而是根据拱架荷载平衡的需要，紧接着将下一拱段或下一环层砌筑部分，即前后拱段和上下环层分阶段交叉砌筑的砌筑。不分环砌筑拱圈的分阶段砌筑方法：先砌拱脚几排，然后同时砌筑拱顶、拱脚及1/4点等拱段，再均匀的砌筑其余拱段。分环砌筑的拱圈的分阶段砌筑方法：先将拱脚各环砌筑几排，然后分段分次砌筑其余环层，在砌完一环后利用其养护期，砌筑此一次拱脚之一段，然后砌筑其余环段。5）分段支撑分段砌筑拱圈时，当拱段倾斜角大于石块与模板间摩擦角（约20°）时，必须在拱段下方临时设置分段支撑，以防拱段向下滑动。6）空缝的设置与填塞空缝位置应正确、形状规则、宽3～4cm为宜、拱石的靠缝面应加工平整，但在靠近底面与侧面，缝宽与周围砌缝同。空缝填塞应在所有拱段及拱顶石砌完后（刹尖封顶及预加压力封顶除外）进行，分环砌筑应在整环完成后进行；当砌缝砂浆强度达到设计的70%后，方可进行大力夯实（需要增强拱圈压力时）空缝砂浆，然后才能卸落拱架。7）拱圈合龙砌筑拱圈时，常在拱顶留一龙口，在各拱段砌筑完成后安砌拱顶石合龙。分段较多的拱圈和分环砌筑的拱圈，为使拱架受力对称和均匀，可在拱圈两半跨的1/4处或在几处同时砌筑合龙。为防止拱圈因温度变化而产生过量的附加应力，拱圈合龙应按设计规定的温度和时间进行。设计无规定时，宜选择在接近当地年平均温度时或昼夜平均温度（一般为10～15℃）时进行。（２）拱上砌体的砌筑拱上砌体的砌筑，必须在拱圈砌筑合龙和空缝填塞后，经过数日养护，使砌缝砂浆强度达到７0%时才能进行。养护一般不少于3昼夜，跨度较大时应酌情延长。对实腹拱上砌体，将侧墙等拱上砌体分成几部分，由拱脚向拱顶对称地作台阶式砌筑。拱腹填料可随侧墙砌筑顺序及进度进行填筑。填料数量较大时，宜在侧墙砌完后再分部进行填筑。实腹时拱应在侧墙与桥台间设伸缩缝使二者分开。多跨拱桥应在桥墩顶部设伸缩缝使两侧侧墙分开。空腹拱桥的拱上砌体，可在主拱圈砌完后，先砌腹拱横墙；卸落拱架后，再砌筑腹拱圈。腹拱上的侧墙应设与拱铰对应的变形缝。（３）拱架卸落为保证拱架能按设计要求均匀下落，必须采用专门的卸架设备。木楔：单木楔由两坡度1：6～1：10斜面的硬木块组成，在满布式拱架上较常使用，也可用于拱式拱架；组合木楔由三块楔木和一根拉紧螺栓组成。砂筒：砂筒一般用钢板制成，筒内装以烘干的砂子，上部插入活塞(木制或混凝土制)组成。千斤顶：采用千斤顶拆除拱架常与拱圈调整内力同时进行。一般在拱顶预留放置千斤顶的缺口，千斤顶用来消除混凝土的收缩、徐变以及弹性压缩的内力和使拱圈脱离拱架。图7－23砂担沟大桥拱架12.1.7钢筋混凝土拱圈就地浇注拱桥就地浇筑施工：主拱圈或拱肋浇筑；拱上立柱、联系梁及横梁浇筑等；桥面系施工。主拱圈混凝土的浇筑方法：连续浇筑法；分段浇筑法；分环、分段浇筑法。（1）连续浇筑跨径在16m以下的混凝土拱圈或拱肋，主拱高度比较小，主拱可以从两拱脚开始对称向拱顶方向浇筑混凝土。在拱脚混凝土初凝前全部完成。如不能完成，在拱脚预留一个隔缝并最后浇筑隔缝混凝土。2）分段浇筑为避免先浇筑的混凝土因拱架下沉而开裂，并为减小混凝土的收缩力，而沿拱跨方向分段浇筑，各段之间留有间隔槽。拱段的长度一般取6～15m，划分拱段时应使拱顶两侧保持对称、均匀。间隔槽宽0.5～1.0m，一般宜设在拱架受力的反弯点、拱架节点处、拱顶或拱脚。拱段浇筑顺序：拱顶→拱脚使拱架变形优质均匀和最小间隔槽浇筑顺序：拱脚→拱顶拱顶及两拱脚间隔槽混凝土应在最后封拱时浇筑。合龙温度应满足设计要求，如不满足可用千斤顶施加压力的方法调整拱圈应力。3、分环、分段浇筑大跨径钢筋混凝土拱圈，为减轻拱架负荷，通过计算可采用分环浇筑混凝土。分环浇筑，由于各环混凝土龄期不同，混凝土的收缩和温差影响在环面间会产生剪力和结构的内应力，容易造成环间裂缝。因此，其浇筑程序、养护时间和各环间的结合必须按计算确定。云南元磨路桥云南元磨路桥(中承式拱)无支架施工•缆索吊装施工法•转体施工法•劲性骨架施工法•悬臂施工法•塔架施工法12.2缆索吊装施工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（用途多样），施工也比较稳妥方便等优点，因此，目前在修建桥梁时得到广泛采用。尤其在修建大跨径的或连续多孔的拱桥中更能显示这种施工方法的优越性。缆索吊装施工主要用于预制安装的钢筋混凝土拱桥，同时在劲性骨架施工拱桥的骨架安装、拱上结构安装、桁架、刚架拱桥施工、甚至一般跨径的悬索桥加劲梁安