13.2.1 现浇混凝土拱桥施工
对现浇混凝土拱桥进行有支架施工是一种传统的施工方法,也是应用广泛的一种方法。现在,还有一种无支架的悬臂现浇施工方法也在逐步被广泛应用。这里重点介绍有支架现浇施工方法。
1.一般规定
(1)拱桥施工前应根据设计施工图、施工方案、现场条件,制定结构施工设计,其主要内容应包括:①拱架上砌筑或现浇拱圈施工应完成拱架设计(包括支架及支架基础设计)、拱架安装及卸落设计;②拱圈浇筑、砌筑方法、顺序及分层分段施工程序设计;③拱架及劲性骨架预压、加载设计、分段浇筑、分段卸载设计;④支架或劲性骨架上现浇拱圈,分层(环)浇筑及分环承载设计;⑤大跨度拱桥合龙设计。
(2)混凝土及钢筋混凝土现浇拱桥的模板、钢筋、混凝土施工的一般技术要求应按具体的规定执行,本书前文已叙述过。现浇混凝土拱桥支架施工法的拱架及制作、安装、卸落一般技术要求应按技术规范执行。拱架常用的结构形式有:满布立柱式、撑架式、组拼式、工字梁拱式、桁架拱式等。满布立柱式拱架的构造和制作都很简单,但需要立柱较多,一般用于高度和跨度都不大的拱桥。撑架式拱架是将立柱式拱架加以改进,用支架加斜撑来代替较多的立柱,由于它在一定程度上满足了通航的需要,因此实际工程中采用较多。
(3)拱圈施工应按设计规定预留预拱度,中小跨径亦可根据跨径大小、恒载挠度、拱架及支架变形等因素分析计算预拱度,其值一般宜取L/1000~L/500(L为跨径),拱顶的预拱度取最大值,跨间一般按抛物线分配。
(4)拱圈砌筑、浇筑、安装前,应检测桥墩、桥台的高程、轴线及跨径,拱架安装轴线、高程及安装质量。
2.拱架上浇筑混凝土拱圈
1)浇筑准备
(1)混凝土拱圈浇筑前应检查支架、拱架及模板安装质量,检测高程、轴线合格后,在底模上放线标明拱圈(拱肋)中线、边线、分段浇筑位置。
(2)拱脚、拱顶及各分段点应留间隔槽。分段长度视混凝土浇筑能力和拱架结构及支架情况而定,一般宜取5~12 m。
2)施工技术要点
(1)跨径小于16 m的拱圈或拱肋混凝土,应按拱圈全宽度从两端拱脚向拱顶对称地连续浇筑,并在拱脚混凝土初凝前全部完成。若预计不能在规定时间内完成,则应在拱脚预留一个隔缝并最后浇筑隔缝混凝土。
(2)跨径大于或等于16 m的拱圈或拱肋,应沿拱跨方向分段浇筑,分段位置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、拱架节点、拱顶及拱脚处;满布式拱架宜设置在拱顶、拱跨1/4处、拱脚及拱架节点等处。各段的接缝面应与拱轴线垂直,各分段点应预留间隔槽,其宽度一般为0.5~1.0 m,但安排有钢筋接头时,其宽度还应满足钢筋接头的需要。若预计拱架变形较小,可减少或不设间隔槽,而采取分段间隔浇筑。
(3)分段浇筑程序应符合设计要求,应对称于拱顶进行,使拱架变形保持均匀和尽可能小,并应预先做出设计。分段浇筑时,各分段内的混凝土应一次连续浇筑完毕,因故中断时,应浇筑成垂直于拱轴线的施工缝;若已浇筑成斜面,应凿成垂直于拱轴线的平面或台阶式接合面。
(4)间隔槽浇筑混凝土,应待拱圈分段浇筑完成且其强度达到75%设计强度以及接合面按施工缝处理后,由拱脚向拱顶对称进行浇筑。拱顶及两拱脚间隔槽混凝土应在最后封拱时浇筑。封拱合龙温度应符合设计要求,若设计无规定,宜在接近当地年平均气温或5~15℃时进行,封拱合龙前用千斤顶施加压力的方法调整拱圈应力时,拱圈(包括已浇间隔槽)的混凝土强度应达到设计强度。
(5)浇筑大跨度钢筋混凝土拱圈(拱肋)时,纵向钢筋接头应安排在设计规定的最后浇筑的几个间隔槽内,并应在这些间隔槽浇筑时再连接。
(6)浇筑大跨径拱圈(拱肋)混凝土时,宜采用分环(层)分段法浇筑,也可沿纵向分成若干条幅,中间条幅先行浇筑合龙,达到设计要求后,再按横向对称、分次浇筑合龙其他条幅。其浇筑顺序和养护时间应根据拱架荷载和各环负荷条件通过计算确定,并应符合设计要求。
(7)大跨径钢筋混凝土箱形拱圈(拱肋)可采取拱架上组装并现浇的施工方法。先将预制好的腹板、横隔板和底板钢盘在拱架上组装,在焊接腹板、横隔板的接头钢筋形成拱片后,立即浇筑接头和拱箱底板混凝土,组装和现浇混凝土时应从两拱脚向拱顶对称进行,浇底板混凝土时应按拱架变形情况设置少量间隔缝并于底板合龙时填筑,待接头和底板混凝土强度达到设计强度的75%后,安装预制盖板,然后铺设钢筋,现浇顶板混凝土。
3.劲性骨架浇筑拱圈
1)一般规定
劲性骨架浇筑混凝土拱圈,主要用于大跨径拱桥、无支架悬挂模板现浇,施工前必须编制施工设计和监控方案,并符合下列要求。
(1)劲性骨架可根据施工图设计选定的钢桁架拱圈、钢管混凝土拱圈或钢管混凝土组拼桁架拱圈,分别采用工厂制作、现场分段吊装,架设成拱。
(2)劲性骨架设计,应主要由施工阶段荷载控制。除验算使用阶段受力外,应分别验算骨架安装阶段及各环拱圈混凝土浇筑阶段的受力状态,同时考虑劲性骨架结构构件的受力过程,防止局部构件先期失稳,劲性骨架混凝土拱圈施工过程的各阶段都必须有足够的强度、刚度和稳定性。
(3)劲性骨架混凝土拱圈的浇筑方法,可依具体条件采用分环多工作面浇筑法、分环分段浇筑法、水箱压载平衡浇筑法和扣索斜拉连续浇筑法。
(4)劲性骨架混凝土拱圈分环浇筑,应制定浇筑程序,计算分析分环浇筑、分环合龙和分环承载各阶段的骨架及骨架与分环混凝土拱圈联合结构的变形、应力及稳定性,并在施工过程中严格监控。
(5)依据分环浇筑需要,可采用水箱法或其他加载方法加压,减少劲性骨架变形。施工设计时要对加压、卸载的程序和方法妥善安排,并计算分环拱圈混凝土浇筑、压载、卸载过程的变形及骨架结构受力状态。实施过程严格监控,保持劲性骨架的竖向、横向变形在设计允许范围内。
2)施工技术要求
(1)分环多工作面均衡浇筑劲性骨架混凝土拱圈(拱肋)时,各工作面可根据模板长度分成若干工作段,各工作面要求对称均衡浇筑,两对应工作面浇筑进度差不得超过一个工作段。
(2)水箱压载法,即在拱圈(或拱肋)顶部布置水箱,随着混凝土浇筑面从拱脚向拱顶推进,根据拱圈(或拱肋)变形和应力的观测值,通过对水箱注水加载和放水卸载来实现对拱轴线竖向变形的控制。
用水箱压载分环浇筑劲性骨架混凝土(拱肋)时,当混凝土浇筑至L/4截面区段时,应严格控制好拱圈的竖向及横向变形,防止钢骨架杆件因应力超过极限强度而失稳。为使混凝土适应钢骨架变形,避免开裂,浇筑第一环(层)混凝土时,可在L/4界面处设变形缝,变形缝宽200 mm,待浇完第一环混凝土后用高一级混凝土填实。
(3)用斜拉扣挂分环连接浇筑劲性骨架混凝土拱圈(拱肋)时,应选择可靠和操作方便的扣挂及张拉系统,选好扣点和索力,设计好扣索的张拉与放松程序,以便有效地控制拱圈截面应力和变形,确保混凝土从拱脚向拱顶对称连续浇筑的实施。
斜拉扣挂法就是在拱圈(拱肋)适当位置选取扣点,用钢绞线作为扣索(斜拉索),两岸设置临时塔架,在混凝土浇筑过程中,根据各断面的应力情况进行张拉或放松,实现从拱脚到拱顶连续浇筑混凝土。
扣点作为施加在拱肋上拉力的作用点,其位置可根据受力要求并考虑钢骨架吊装大段的接头位置合理选择。
扣索的索力可采用制定应力法来确定,即指定拱肋断面的应力在某一范围内,在浇筑某一环混凝土时,若应力在此范围内,可不张拉扣索;若超过指定范围,则用扣索来调整应力。扣索的张拉与放松过程,一般是从拱脚往上浇筑混凝土后,拱脚转而受压,趋于全拱均匀受荷,就要逐渐放松扣索。混凝土浇完,扣索已松完,转变为纯拱受荷体系。
(4)浇筑劲性骨架混凝土拱圈(拱肋)时,要严格控制钢骨架及先期混凝土层的竖向、横向变形,其变形值应符合设计要求,相对高差和横向位移应符合检测标准,否则应采取纠正措施。
(5)在拱圈合龙及混凝土或砂浆达到设计强度的30%后即可进行拱上建筑以及后期附属设施的施工。空腹式拱上建筑一般是砌完腹孔墩后即卸落拱架,再对称均衡地砌筑腹拱圈、侧墙。实腹式拱上建筑应由拱脚向拱顶对称地砌筑,砌完侧墙后,再填筑拱腹填料及修建桥面结构等。