鋼筋混凝土拱橋懸臂澆注施工探討

毛華祥 劉璇

摘要：鋼筋混凝土拱橋因其成本低、結(jié)構(gòu)可靠、造型美觀等特點(diǎn)在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。在鋼筋混凝土拱橋的施工工藝中，懸臂澆注法因?yàn)樵靸r(jià)低、施工工藝簡(jiǎn)單、能適應(yīng)各種施工場(chǎng)地的優(yōu)點(diǎn)，在工程中得到了越來越多的應(yīng)用。懸臂澆注法常使用塔架、斜拉索等。而懸臂澆注法所使用的掛籃是其技術(shù)要點(diǎn)和難點(diǎn)，也是施工的組要設(shè)備。本文對(duì)懸臂澆注施工工藝作一介紹，探討掛籃的的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要求，促進(jìn)其在我國(guó)拱橋施工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土拱橋；懸臂澆注；掛籃

我國(guó)拱橋歷史悠久，一千多年前建成的趙州橋早已蜚聲世界。拱橋的結(jié)構(gòu)形式豐富多樣，即有實(shí)用性又有觀賞性，多年來在技術(shù)和藝術(shù)上取得了巨大的成就。隨著時(shí)代的發(fā)展，拱橋也經(jīng)歷了巨大的變化，以前的拱橋多為石拱橋，用巨大的石塊堆砌而成，而現(xiàn)在的拱橋多用鋼筋混凝土澆筑而成。鋼筋混凝土因?yàn)槭┕すに嚭?jiǎn)單、工程成本低、適應(yīng)各種工程條件而得到了廣泛的應(yīng)用，可以滿足大部分拱橋的施工要求，并且對(duì)于一些大跨度的拱橋同樣適用。在我國(guó)，鋼筋混凝土拱橋的施工通常采用支架將預(yù)先做好的預(yù)制塊拼裝起來形成拱橋的主體結(jié)構(gòu)。但是在一些條件嚴(yán)苛的峽谷或河流上卻遇到困難，預(yù)制塊重量大，轉(zhuǎn)體困難，建立臨時(shí)支架困難等。在國(guó)外，鋼筋混凝土拱橋懸臂澆注法因其經(jīng)濟(jì)、施工簡(jiǎn)單等特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)可以借鑒其先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)。

1 懸臂澆注法要點(diǎn)分析

1.1 施工方法

在施工過程中，由于拱橋的拱圈在未完工時(shí)無(wú)法承受懸臂產(chǎn)生的彎矩，因此在澆注過程中需要借助臨時(shí)支架進(jìn)行穩(wěn)定。通常，在工程中采用桁架懸澆法和臨時(shí)索塔懸澆法。桁架懸澆法采用立柱、臨時(shí)拉索、橋面板、已澆注段來形成桁架，使拱肋保持穩(wěn)定。臨時(shí)索塔懸澆法采用臨時(shí)索塔、臨時(shí)拉索來保持懸臂的穩(wěn)定。如圖1所示。

但是當(dāng)拱橋跨度很大時(shí)，拱肋長(zhǎng)度也會(huì)變得很大，桁架懸澆法會(huì)出現(xiàn)連接困難的問題，并且會(huì)大幅增加成本和施工難度。所以采用臨時(shí)索塔懸澆法更加適宜。

1.2 對(duì)掛籃的要求

鋼筋混凝土拱橋的懸臂澆注法有一個(gè)難點(diǎn)就是拱圈在施工的時(shí)候使用的掛籃技術(shù)。其掛籃在施工的時(shí)候結(jié)構(gòu)和受力情況都和普通的梁式橋梁大不相同。一般情況下，由于拱圈是圓弧形，掛籃在施工進(jìn)程中在拱圈的各個(gè)位置上受力情況是不一樣的，這就要求掛籃能在各種不同的角度上都能承受較大的應(yīng)力變化。一般而言，大跨度的拱圈要求采用輕型的設(shè)計(jì)，由于截面積小，承受剪力和彎矩的能力要比普通梁式橋梁要小，這就要求在拱圈上移動(dòng)的懸臂要有較小的自重，以免對(duì)拱圈造成破壞。并且輕型的拱圈設(shè)計(jì)容易產(chǎn)生變形，這就要求掛籃有較大的剛度，減小拱圈的變形，方便控制。

2 掛籃設(shè)計(jì)要點(diǎn)

首先，掛籃的設(shè)計(jì)要根據(jù)拱橋設(shè)計(jì)的情況來設(shè)計(jì)。按照拱橋的主拱圈的弧度和主拱圈的橫截面形狀來設(shè)計(jì)掛籃的結(jié)構(gòu)，以便使掛籃能夠在住拱圈上“行走”。

掛籃的設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)基本的目標(biāo)：首先，掛籃最主要的用途就是載重，掛籃作為懸臂澆注法中最主要的設(shè)備要在施工過程中承受當(dāng)前澆注的拱肋塊的重量。其次，掛籃要實(shí)現(xiàn)在拱肋上行走的功能。隨著工程的不斷進(jìn)行，掛籃要不斷地在拱肋上從兩邊向中間“行走”，以實(shí)現(xiàn)拱肋的對(duì)接。掛籃在腳處時(shí)，拱圈與水平面夾角約為45°，此時(shí)掛籃的桁架傾斜角度最大。當(dāng)拱圈在拱頂合龍?zhí)?，拱圈與水平面保持平行，掛籃桁架的傾斜角度最小。在設(shè)計(jì)掛籃結(jié)構(gòu)的時(shí)候，要考慮這兩種極限情況。

一般工程中，掛籃設(shè)計(jì)有三角形和菱形兩種結(jié)構(gòu)。但考慮到三角形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定、能承受更大的應(yīng)力，剛度大等特點(diǎn)。本文考慮采用下承式三角形結(jié)構(gòu)的掛籃。其主要由以下幾部分系統(tǒng)構(gòu)成。（1）承重結(jié)構(gòu)，承擔(dān)構(gòu)件塊和掛籃自身的重量。（2）錨固系統(tǒng)，用來固定掛籃，在施工的時(shí)候要求掛籃不能移動(dòng)。（3）行走系統(tǒng)。（4）模板系統(tǒng)。（5）止推系統(tǒng)，能推動(dòng)掛籃在拱圈上行走和停止。

3 掛籃的安裝和測(cè)試

掛籃的各個(gè)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組裝完成后，應(yīng)該進(jìn)行全面的質(zhì)量和安全檢查。并且要對(duì)掛籃做負(fù)載實(shí)驗(yàn)，用來測(cè)定掛籃各部分的形變量，嘗試消除掛籃的永久形變量。在拱圈的拱腳部位完成第一部分澆注并得到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度后就應(yīng)該開展掛籃的安裝工作，安裝的時(shí)候要時(shí)刻注意掛籃及拱腳的安全，在周圍應(yīng)設(shè)防護(hù)網(wǎng)，確保施工順利完成。

在安裝完成后應(yīng)對(duì)掛籃進(jìn)行試壓，這是為了檢驗(yàn)掛籃在實(shí)際工作中的性能和安全性，消除掛籃結(jié)構(gòu)中的非彈性形變。試壓一般采用試驗(yàn)臺(tái)加壓法。試驗(yàn)臺(tái)加壓法即將新安裝好的掛籃利用試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試桁架的承壓性能。試驗(yàn)臺(tái)可以是橋臺(tái)或者承臺(tái)。在測(cè)試過程中，要記錄千斤頂逐步加壓的變化情況，測(cè)出掛籃的彈性力學(xué)參數(shù)，作為控制懸臂澆注的依據(jù)。

4 鋼筋混凝土拱橋懸臂澆注施工工序

4.1 一般施工工序

在拱腳的墩頂澆注最初的0號(hào)段，并設(shè)置臨時(shí)固定設(shè)施，在0號(hào)段上安裝掛籃，從拱圈的兩側(cè)依次對(duì)稱地分段澆注拱圈主梁至合龍前段。在合龍段可以使用簡(jiǎn)支的掛籃托架澆注。直至將整個(gè)拱圈澆注完成。其他施工工序按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

4.2 澆注方法

掛籃的設(shè)計(jì)在保證掛籃強(qiáng)度的同時(shí)要能方便地進(jìn)行施工工作。向前移動(dòng)過程，在之前澆注的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，就可以開始進(jìn)行掛籃的移動(dòng)工作。將中橫梁預(yù)應(yīng)力吊桿和其與后橫梁上扣在箱梁孔道內(nèi)的止推裝置解除，釋放約束裝置；依靠設(shè)置在箱梁軌道上的千斤頂推動(dòng)掛籃滾輪在軌道上向前行進(jìn)。在千斤頂回油時(shí)，使用軌道之間的斜撐止推，如此不斷交替工作，可以順利保證掛籃緩慢向前移動(dòng)。當(dāng)掛籃到達(dá)預(yù)定位置后，將抗剪裝置固定在預(yù)留的孔道內(nèi)，固定中橫梁以及后橫梁，使斜撐頂住頂橫梁，做好錨固定位，使掛籃到達(dá)預(yù)定的工作位置，當(dāng)一切都準(zhǔn)備完畢后，就可以開始下一段懸臂的澆注了。

4.3 合龍段的施工

在合龍段處施工時(shí)和之前的施工有所不同，此時(shí)已經(jīng)不再需要掛籃來協(xié)助施工。具體施工工藝如下。在合龍段，首先拆除其中的一個(gè)掛籃。將剩下的一個(gè)掛籃行走跨過合龍段到達(dá)另一邊懸臂的橫梁上。這樣就形成了一個(gè)掛籃跨越兩個(gè)懸臂的情況，形成合龍段的主要施工支架。為了保證合攏段施工的質(zhì)量。合攏段的長(zhǎng)度應(yīng)該盡量縮短，一般在1.4m至2m。合龍?jiān)诘販貢r(shí)進(jìn)行，在合攏段混凝土中加入減水劑、早強(qiáng)劑使混凝土盡早倒到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。合攏段需要采取臨時(shí)加固措施，使用勁性鋼在合攏段上下部做支撐，待合攏段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可拆除。

結(jié)束語(yǔ)

鋼筋混凝土拱橋有著經(jīng)濟(jì)、施工工藝簡(jiǎn)單、能適應(yīng)多種工程地質(zhì)環(huán)境等特點(diǎn)，得到越來越多的應(yīng)用。而懸臂澆注施工法使用簡(jiǎn)單易操作的機(jī)械設(shè)備，避免大量的施工設(shè)備就可以完成各種跨越深谷、寬闊河流的大跨度橋梁的建造，在鋼筋混凝土拱橋中得到了廣泛的應(yīng)用。

研究和探討懸臂澆注法有利于這種簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)合理的橋梁施工方法在我國(guó)推廣，掛籃的設(shè)計(jì)和測(cè)試是其中關(guān)鍵的部分。必須保證掛籃設(shè)計(jì)合理，符合橋梁拱圈的力學(xué)特性。這樣才能在長(zhǎng)期的施工過程中得到最好的效果。

參考文獻(xiàn)：

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