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拱桥施工工艺

2021-01-10 来源:爱go旅游网
拱桥施工工艺

1.拱桥有支架施工 1)拱架施工

砌筑石拱桥或混凝土预制块拱桥,以及现浇混凝土或钢筋混凝土拱桥时,需要搭设拱架,以承受全部或部分主拱圈和拱上建筑的质量,保证拱圈的形状符合设计要求。

(1)拱架拼装。拱架可就地拼装或根据起吊设备能力预拼成组件后再进行安装。拱架拼装过程中必须注意各节点、各杆件的受力平衡,并准备好拱顶拆拱设备,以使拱装拆自如。

(2)拱架安装。

①工字钢拱架安装。工字钢拱架的架设应分片进行。架设每片拱片时,应同时将左、右半片拱片吊至一定高度,并将拱片脚纳入墩台缺口或预埋的工字钢支点上与拱座铰连接,然后安装拱顶卸拱设备进行合龙。对于横梁、弧形木及支承木,应先安装弧形木再安装支承、横梁及模板。弧形木上应通过操平以检查标高准确,当误差过大时,可在弧形木上加铺垫木或刻槽。横梁应严格按设计安放。

②钢桁架拱架安装。钢桁架拱架的安装方法主要包括悬臂拼装法、浮运安装法、半拱旋转法、竖立安装法等。

a.悬臂拼装法。悬臂拼装法适用于拼装式钢桁架拱架安装,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。

b.浮运安装法。拱架拼装后,即可进行安装,为便于拱架进孔与就位,拱架拼装时的矢高,应稍大于设计矢高(即预留沉降值)。在

拱架进孔后,用挂在墩台上的大滑车和放置在支架上的千斤顶来调整矢高,并用水压仓,以降低拱架,使拱架就位。安装时,拱顶铰须临时捆紧,拱脚铰和铰座位置须稍加调整,以使铰座密合。

c.半拱旋转法。采用半拱旋转法安装钢桁架拱架的方法与安装工字形钢拱架相似,其不同之处在于钢桁架安装时,起吊前拱脚先安装在支座上,然后用拉索使半拱架向上旋转合龙。

d.竖立安装法。钢桁架拱架竖立安装是在桥跨内两端拱脚上,垂直地拼成两半孔骨架,再以绕拱脚铰旋转的方法放至设计位置进行合龙。

(3)拱架卸落与拆除。由于拱上建筑、拱背材料、连拱等因素对拱圈受力的影响,应选择在拱体产生最小应力时卸架,一般在砌筑完成后20~30d,待砌筑砂浆强度达到设计强度的70%以后才能卸落拱架。

实腹式拱架的卸落应在护拱、侧墙完成后进行,而空腹式拱架的卸落应在拱上小拱横墙完成后、小拱圈砌筑前进行。当必须提前卸架时,应适当提高砂浆(或混凝土)强度或采取其他措施。

拱架卸落时,应设专人用仪器观测拱圈挠度和墩台变化情况,并详细记录。另设专人观察是否有裂缝现象。对于裸拱卸架,应对裸拱进行截面强度及稳定性验算,并采取必要的稳定措施。对于较大拱桥的拱架卸落,一般在设计文件中有明确规定,应按设计规定进行。

拱架卸落的过程实质上是由拱架支承的拱圈的重力逐渐移给拱圈自身来承担的过程,为了使拱圈受力有利,而应采取一定的卸架程

序和方法。

2)拱圈施工

(1)石料及混凝土预制块砌筑拱圈。石料及混凝土预制块砌筑拱圈施工时,对于跨径小于10m的拱圈,当采用满布式拱架砌筑时,可从两端拱脚起顺序向拱顶方向对称、均衡地砌筑,最后在拱顶合龙。当采用拱式拱架砌筑时,宜分段、对称先砌拱脚和拱顶段。跨径10~25m的拱圈,必须分多段砌筑。先对称地砌拱脚和拱顶段,再砌1/4跨径段,最后砌封顶段;跨径大于25m的拱圈,砌筑程序应符合设计要求。

宜采用分段砌筑或分环分段相结合的方法砌筑。必要时可采用预压载,边砌边卸载的方法砌筑。分环砌筑时,应待下环封拱砂浆强度达到设计强度的70%以上后,再砌筑上环。

石料及混凝土预制块砌筑拱圈施工时,应在拱脚和各分段点设置空缝。空缝的宽度在拱圈外露面应与砌缝一致,空缝内腔可加宽至30~40mm。空缝的填塞应由拱脚逐次向拱顶对称进行,也可同时填塞。

空缝填塞应在砌筑砂浆强度达到设计强度的70%后进行,应采用m20以上半干硬水泥砂浆分层填塞。

(2)拱架上浇筑混凝土拱圈(拱肋)。在拱架上浇筑混凝土拱圈(拱肋)时,根据拱圈(拱肋)跨径不同应采取不同的浇筑方法。

跨径小于16m的拱圈或拱肋混凝土,应按拱圈全宽从拱脚向拱顶对称、连续浇筑,并在混凝土初凝前完成。当预计不能在限定时间

内完成时,则应在拱脚预留一个隔缝并最后浇筑隔缝混凝土。

跨径大于或等于16m的拱圈或拱肋,可分段浇筑,也可纵向分隔浇筑。

(3)劲性骨架混凝土拱圈(拱肋)。劲性骨架混凝土拱圈(拱肋)浇筑前应进行加载程序设计,计算出各施工阶段钢骨架以及钢骨架与混凝土组合结构的变形、应力,并在施工过程中进行监控。

分环多工作面浇筑劲性骨架混凝土拱圈(拱肋)时,各工作面的浇筑顺序和速度应对称、均衡,对应工作面应保持一致,两个对称的工作段必须同步浇筑,且两段浇筑顺序应对称。

当采用水箱压载分环浇筑劲性骨架混凝土(拱肋)时,应严格控制拱圈(拱肋)的竖向变形和横向变形,防止骨架局部失稳。

当采用斜拉扣索法连续浇筑劲性骨架混凝土拱圈(拱肋)时,应设计扣索的张拉与放松程序,施工中应监控拱圈截面应力和变形,混凝土应从拱脚向拱顶对称连续浇筑。

3)钢管混凝土拱施工

(1)钢管拱肋安装。首先钢管拱肋成拱过程中,应同时安装横向连接系,未安装横向连接系的不得多于一个节段,否则应采取临时横向稳定措施。各节段间环焊缝的施焊应对称进行,并应采用定位板控制焊缝间隙,同时,应注意环焊缝施焊不得采用堆焊。

(2)钢管混凝土浇筑。管内混凝土宜采用泵送顶升压注施工,由两拱脚至拱顶对称均衡地连续压注完成。

大跨径拱肋钢管混凝土应根据设计加载程序,宜分环、分段并隔

仓由拱脚向拱顶对称均衡压注。钢管混凝土压注前应清洗管内污物,润湿管壁,先泵入适量水泥浆再压注混凝土,直至钢管顶端排气孔排出合格的混凝土时停止。压注过程中拱肋变位不得超过设计规定。

压注混凝土完成后应关闭倒流截止阀。 4)中、下承式拱桥及施工

中、下承式拱桥一般是按拱肋、桥面系、吊杆的施工顺序来进行施工的。

钢筋混凝土拱肋及钢管混凝土拱肋施工应符合混凝土拱圈(拱肋)施工及钢筋混凝土拱肋施工的相关要求。

桥面系可采用预制安装的方法进行施工,这样可以加快施工进度。 吊杆分为刚性吊杆和柔性吊杆。刚性吊杆是在钢丝束或钢绞线束外包混凝土,柔性吊杆采用钢丝束或钢绞线束,并采用PE热挤防护套进行防护。吊杆一般在工厂制作后成捆运至工地安装。

5)系杆拱桥施工

系杆拱桥的系杆可分为刚性系杆和柔性系杆两种。对于刚性系杆拱桥,可采取先浇筑或安装系杆,然后在系杆上安装拱架,浇筑拱肋混凝土,最后安装吊杆的程序施工;对于柔性系杆拱桥,可采取先安装拱架,然后浇筑拱肋混凝土,卸落拱架,安装吊杆、横梁,最后施工桥面系的程序施工。

2.拱桥无支架施工 1)塔架法

塔架法进行拱桥施工是以临时设立桥台上的塔架立柱,将拱圈

(拱肋)浇筑一段系吊一段的浇筑施工方法。施工时应按拱的跨径、矢跨比、桥宽等来确定塔架的高度和受力大小。斜吊杆可使用预应力钢筋或吊带,其数量视所系吊杆拱段长度和位置而定,要仔细进行工艺设计并计算。灌注拱圈混凝土施工一般用设在已浇筑完拱段上的悬臂吊篮逐段浇筑。亦可用吊架浇筑,吊架后端固定在已完成拱段上,前端系吊在塔架上。由拱脚两个半拱对称施工,最后在拱顶合龙。

2)悬臂浇筑法

悬臂浇筑法进行拱桥施工是为将拱圈、拱上立柱和预应力混凝土桥面板等同时施工,而一边浇筑一边构成拱架的悬臂浇筑方法。施工时,预应力钢筋临时作为桁架的斜拉杆和桥面板的明索,将桁架锚固在后面桥台上。

3)钢筋骨架法

钢筋骨架法进行拱桥施工应先将拱圈的全部钢筋骨架按设计形状和尺寸制成并安装在拱圈相应位置,然后用系吊在它上面的吊篮逐段浇筑混凝土。由两侧拱脚开始,对称、逐段浇筑,最后在拱顶合龙。钢筋骨架施工,钢筋骨架不但满足拱圈需要,而且起到临时拱架作用,因此,钢筋骨架应有相应的刚度,施工时要对钢筋骨架进行预压,以防浇筑混凝土后变形,破坏已浇筑混凝土与钢筋结合。

3.拱桥转体施工

拱桥转体施工是将拱圈或整个上部结构分为两个半跨,分别在河流两岸利用地形或简单支架现浇或预制装配半拱,然后利用一些机具设备和动力装置将两个半跨拱体转动至桥轴线位置(或设计标高)合

龙成拱。

拱桥转体施工可采用平面转体施工、竖向转体施工或平竖结合转体施工。

1)平面转体施工

平面转体施工适用于钢筋混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥,可分为有平衡重转体施工和无平衡重转体施工。

(1)有平衡重转体施工。有平衡重转体一般以桥台背墙作为平衡重,并作为桥体上部结构转体用于拉杆的锚碇反力墙,用以稳定地转动体系和调整重心位置。为此,平衡重部分不仅在桥体转动时作为平衡重量,而且也要承受桥梁转体质量的锚固力。有平衡重转体施工应符合下列规定。

①转体平衡重可利用桥台或另设临时配重。

②箱形拱、肋拱宜采用外锚扣体系;桁架拱、刚架拱宜采用内锚扣(上弦预应力钢筋)体系。

③当采用外锚扣体系时,扣索宜采用精轧螺纹钢筋、带镦头锚的高强钢丝、预应力钢绞线等高强材料,安全系数不得低于2。扣点应设在拱顶点附近。扣索锚点高程不得低于扣点。

④当采用内锚扣体系时,扣索可利用结构钢筋或在其杆件内另穿入高强钢筋。完成桥体转体合龙,当浇筑接头混凝土达到设计强度时,应解除扣索张力。利用结构钢筋做锚索时,应验算其强度。

⑤张拉扣索时的桥体混凝土强度应达到设计要求,当设计无要求时,应不低于设计强度的80%,扣索应分批、分级张拉。扣索张拉至

设计荷载后,应调整张拉力使桥体合龙高程符合要求。

⑥转体合龙应符合下列要求。

a.应控制桥体高程和轴线,合龙接口相对偏差不得大于10mm。 b.合龙应选择当日最低温度进行。当合龙温度与设计要求偏差3℃或影响高程差±10mm时,应修正合龙高程。

c.合龙时,宜先采用钢楔临时固定,再施焊接头钢筋,浇筑接头混凝土,封固转盘。在混凝土达到设计强度的80%后,再分批、分级松扣、拆除扣、锚索。

⑦转体牵引力应按下列公式计算:

T=2fGD/3D

式中:T为牵引力(kN);G为转体总重力(kN);R为铰柱半径(m);D为牵引力偶臂;f为摩擦系数,无试验数据时,可取静摩擦系数为0.10~0.12,动摩擦系数为0.06~0.09。

⑧牵引转动时应控制速度,角速度宜为0.01~0.02rad/min;桥体悬臂端线速度宜为1.5~2.0m/min。

(2)无平衡重转体施工。无平衡重转体施工需要有一个强大、牢固的锚碇,因此,宜在山区地质条件好或跨越深谷急流处建造大跨桥梁时选用。无平衡重平转施工应符合下列规定。

①应利用锚固体系代替平衡重。锚碇可设于引道或边坡岩层中。桥轴向可利用引桥的梁作为支承,或采用预制、现浇的钢筋混凝土构件作为支承。非桥轴向(斜向)的支承应采用预制或现浇的钢筋混凝土的构件。

②转动体系的下转轴宜设置在桩基上。扣索宜采用精轧螺纹钢筋,靠近锚块处宜接以柔性工作索。设于拱脚处的上转轴的轴心应按设计要求与下转轴的轴心设置偏心距。

③尾索引拉宜在立柱顶部的锚梁(锚块)内进行,操作程序同后张预应力施工。尾索张拉荷载达到设计要求后,应观测1~3d,如发现索间内力相差过大,应再进行一次尾索张拉,以求均衡达到设计内力。

④扣索张拉前应在支承以及拱轴线上(拱顶、3/8、1/5、1/8跨径处)设立平面位置和高程观测点,在张拉前和张拉过程中应随时观测。每索应分级张拉至设计张拉力。

⑤拱体旋转到距设计位置约5°时,应放慢转速,距设计位置差1°时,可停止外力牵引转动,借助惯性就位。

⑥当拱体采用双拱肋平转安装时,上下游拱体宜同步对称向桥轴线旋转。

⑦当拱体采用两岸各预制半跨,平转安装就位,拱顶高程超差时,宜采用千斤顶张拉、松懈扣索的方法调整拱顶高差。

⑧当台座和拱顶合龙口混凝土达到设计强度的80%后,方可对称、均衡地卸除扣索。

⑨尾索张拉、扣索张拉、拱体平转、合龙卸扣等工序,必须进行施工观测。

2)竖向转体施工

竖向转体施工就是在桥台处先竖向预制半拱或在桥台前俯卧预

制半拱,然后在桥位平面内绕拱脚将其转动合龙成拱。竖向转体施工时,应符合下列规定。

(1)竖转法施工适用于混凝土肋拱、钢筋混凝土拱。 (2)应根据提升能力确定转动单元,宜以横向连接为整体的双肋为一个转动单元。

(3)角速度宜控制在0.005~0.01rad/min。

(4)合龙混凝土和转动铰封填混凝土达到设计强度后,方可拆除提升体系。

3)平竖结合转体施工

拱桥采用转体施工时,由于河岸地形条件的限制,可能遇到既不能在设计标高处预制半拱,也不可能在桥位竖直平面内预制半拱的情况。在这种情况下,拱体只能在适当位置预制后既需平转,又需竖转才能就位,即平竖法结合转体施工。这种平竖法结合转体施工的基本方法与前述方法相似,但其转轴构造较为复杂,一般不选用;只有当地形、施工条件适合时,混凝土肋拱、刚架拱、钢管混凝土的施工可选用此法。

4.拱上结构施工

拱桥的拱上结构,应按照设计规定程序施工。如设计无规定,可由拱脚至拱顶均衡、对称加载,使施工过程中的拱轴线与设计拱轴线尽量吻合。

1)泄水管

拱桥除在桥面和台后设排水设施外,对于渗入拱腹内的水应通过

防水层汇集于预埋在拱腹内的泄水管排出。

泄水管可采用管径为6~10cm的铸铁管、混凝土管或陶管,严寒地区可适当增大管径,但应不大于15cm。泄水管进口处周围防水层应做成集水坡,并以大块碎石做成倒滤层,以防堵塞。泄水管外露长应不小于10cm,防流水污染结构物。泄水管不宜过长,且不能用弯管做泄水管。

2)防水层

(1)沥青麻布防水层。沥青麻布防水层主要用于冰冻地区的砖石拱桥。其做法常用“三油二布”,即三层沥青二层麻布。

防水层铺设前,应用水泥砂浆抹平拱背,待水泥砂浆凝固后再涂1~2层沥青漆。铺设时,沥青应保持适宜温度,使能涂均匀。麻布应由低向高循环敷设,搭接长度应不小于10cm。

当防水层经过拱圈及拱上结构的伸缩缝或变形缝时,应做成U形。

当防水层处于泄水管处时,应紧贴泄水管漏斗之下敷设,以防止向防水层底漏水。

(2)石灰三合土防水层。石灰三合土防水层主要用在非冰冻地区,其厚度可在l0cm左右。铺设前将拱背按排水方向做成一定的坡度,并砌抹平整。为确保防水效果,最好涂抹一层沥青。

(3)胶泥防水层。胶泥防水层主要用在非冰冻地区的较小跨径拱桥,铺设时应严格控制含水量,以防干裂。

3)伸缩缝及变形缝

伸缩缝的宽度一般为2~3cm,缝内填料可用锯末加沥青配合制成。预制板锯末与沥青的比例一般为1∶1,施工时将预制板嵌入。上缘一般做成能活动而不透水覆盖层。伸缩缝内的填充料,亦可采用沥青砂或其他适当材料。

4)拱背填充

拱背填充应采用透水性强和休止角较大的材料(包括砂砾、片石、碎石夹石混合料以及矿渣等)。填充时应按拱上建筑的顺序和时间,对称而均匀地分层填充并碾压密实。

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