拱橋鋼結(jié)構(gòu)拱架施工

張　宇

(山西路眾道橋有限公司，山西 太原　030006)

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拱橋鋼結(jié)構(gòu)拱架施工

張宇

(山西路眾道橋有限公司，山西 太原030006)

摘要：拱橋鋼結(jié)構(gòu)拱架適用于跨徑5～16 m跨度現(xiàn)澆鋼筋混凝土上承式結(jié)構(gòu)拱橋。鋼結(jié)構(gòu)拱架支撐梁同承臺連接在一起，承臺作為承載力的一部分，增加了承載面積，從而增大地基承載力。由于鋼結(jié)構(gòu)自身的剛度、強(qiáng)度能力滿足要求；自身鋼結(jié)構(gòu)變形引起的沉降很小，從而保證整個(gè)上部混凝土在澆筑過程中的安全性和可靠性，減少了不均勻沉降引起的內(nèi)部裂縫，混凝土整體性好。

關(guān)鍵詞：拱橋；鋼結(jié)構(gòu)；拱架

1拱橋鋼結(jié)構(gòu)拱架施工特點(diǎn)

拱橋拱圈采用三鉸桁架式拱架現(xiàn)澆施工，其中拱架的支撐部分為在兩拱腳處原地面硬化后預(yù)制支撐柱、預(yù)埋螺桿安裝鉸接底座(該鉸接底座預(yù)埋在墩臺的側(cè)墻面)，較以往的土牛施工法和地面滿堂支架法，能夠更好地克服水流和現(xiàn)場地基承載力等影響因素，縮短了施工工期，降低了施工成本。三鉸桁架式拱架高度可由鉸接底座螺桿螺絲調(diào)節(jié)高程，能夠更加方便、精準(zhǔn)、快速的對拱架整體進(jìn)行調(diào)整。該拱架整體剛度大、穩(wěn)定性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)輕盈、自重小、便于安裝與拆卸。施工工藝完善、簡便，可操作性強(qiáng)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，便于推廣，機(jī)械化使用效率高、施工速度快，施工質(zhì)量容易控制。本文以跨徑5 m現(xiàn)澆鋼筋混凝土上承式結(jié)構(gòu)拱橋?yàn)槔撌觥?/p>

2工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1選擇依據(jù)

(1)根據(jù)施工技術(shù)指導(dǎo)，應(yīng)進(jìn)行力學(xué)驗(yàn)算，三鉸鋼拱圈施工方案能滿足安全施工要求。

(2)橋梁拱圈的拱軸線采用圓弧線，矢跨比均為f/L=1/2。拱圈截面形式為矩形板，板厚0.5 m，材料為C40鋼筋混凝土。拱上澆筑混凝土側(cè)墻，側(cè)墻內(nèi)用天然砂礫填充。

(3)橋梁橫斷面：橋梁總寬度為44 m?？v向中心線處設(shè)沉降縫。

2.2操作要點(diǎn)

2.2.1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

(1)拱架設(shè)計(jì)

拱架設(shè)計(jì)采用CAD標(biāo)準(zhǔn)制圖設(shè)計(jì)。根據(jù)各種材料的剛度特性，鋼結(jié)構(gòu)拱架選材為：拱架外弧采用槽鋼、拱架弦桿采用工字鋼、拱架腹支撐使用鋼管加固、拱腳連接使用炮彈銷、底座采用鋼板底座。

(2)槽鋼、工字鋼設(shè)計(jì)

根據(jù)原圖紙?zhí)峁┕叭Π霃匠叽?，按照等腰直角三角形結(jié)構(gòu)，計(jì)算拱架槽鋼、工字鋼、腹內(nèi)支撐鋼管的下料長度，要注意下料時(shí)的拱圈半徑實(shí)際尺寸為Rm=Rm～-(5 cm+5 cm+1 cm)(說明：Rm～為原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)拱圈半徑，5 cm為預(yù)留地板鋼模板尺寸，1 cm作為后期拱架和底模板調(diào)整預(yù)留間隙)，工字鋼在底座區(qū)和頂端分別在肋板加焊10 mm厚鋼板，長度為30 cm，加強(qiáng)其剛度作用。

(3)腹內(nèi)鋼管設(shè)計(jì)

按照已經(jīng)設(shè)計(jì)好的拱架半圓弧和弦桿尺寸，以弦桿中心向兩端64 cm等距離布設(shè)腹內(nèi)鋼管，在端部進(jìn)行適當(dāng)加密，加強(qiáng)后期焊接點(diǎn)的剛度。

(4)底座設(shè)計(jì)

根據(jù)已經(jīng)完成的鋼拱架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)下部底座規(guī)格及尺寸，底座采用鋼板定型底座，采用10 mm底板、20 mm腹板、18 mm厚的三角支撐板，起到高抗壓、高抗剪的作用。

(5)炮彈銷尺寸

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)炮彈銷尺寸：49.5 mm×190 mm,設(shè)計(jì)孔徑為50 mm，方便后期緊固和拆除。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)，在CAD中詳細(xì)繪制三鉸拱架結(jié)構(gòu)各部件尺寸：三鉸鋼拱架，由工字鋼(弦)、雙槽鋼(弧)、鋼管(內(nèi)腹斜撐)、拱頂鉸及拱腳鉸等基本構(gòu)件組合。

(6)拱架片數(shù)量

按照橋梁寬度，間距1.2 m等間距布設(shè)，在拱圈兩端及中間分別增加一排拱架，作為施工薄弱區(qū)域的加強(qiáng)。

2.2.2鋼拱架加工

(1)模型加工

鋼拱架加工前，所有設(shè)計(jì)圖須按照實(shí)際比例，使用竹膠板1∶1 進(jìn)行加工，加工完備后運(yùn)到工作現(xiàn)場，進(jìn)行現(xiàn)場預(yù)拼裝。根據(jù)現(xiàn)場拼裝實(shí)際效果，二次進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)的修改，給下一步正式加工提供可靠數(shù)據(jù)。

(2)鋼拱架加工

當(dāng)模型正式修改確定后，開始鋼拱架正式加工。第一次加工完整的鋼拱架兩片后，將加工好的成品鋼拱架二次現(xiàn)場實(shí)際拼裝驗(yàn)收，再次進(jìn)行細(xì)部微調(diào)整后，開始大批量生產(chǎn)。

2.2.3承臺驗(yàn)收

支撐柱及拱架安裝前，必須對墩臺進(jìn)行強(qiáng)度回彈驗(yàn)收，合格后方可進(jìn)行鋼拱架支撐柱的澆筑。

2.2.4支撐梁、支撐柱工序

(1)支撐梁

承臺完成后，增加一道支撐梁工序，用來解決支撐柱的受力。沿承臺的內(nèi)邊緣開挖44(長)×0.5 m(寬)×0.3 m(深)的混凝土溝槽。沿承臺底部+10 cm位置處植入φ12、φ10鋼筋，確保支撐梁和承臺為整體結(jié)構(gòu)。隨后拼裝支撐梁側(cè)面模板，溝槽內(nèi)澆筑C50混凝土，作為上面支撐柱的平臺。

(2)支撐柱

沿承臺前后兩側(cè)間隔1.2 m現(xiàn)澆支撐柱，支撐柱尺寸30 cm×30 cm×1.5 m，支撐柱與承臺的接觸面植3排φ12螺紋鋼筋，上下間距10 cm，左右間距為8 cm，柱頂預(yù)埋4根φ20螺桿，埋深15 cm，外漏高度7 cm(作為后期預(yù)壓調(diào)整高程控制)。

圖1　支撐梁圖(單位：cm)

圖2　支撐柱簡圖

綜上要求，在承臺面上進(jìn)行鉆孔植鋼筋，然后進(jìn)行模板的支護(hù)、混凝土澆筑工作，在澆筑混凝土后，待30 min后進(jìn)行φ20螺桿的預(yù)埋工作。

(3)鋼板底座安裝

技術(shù)人員按照設(shè)計(jì)高程，在承臺側(cè)面標(biāo)記鋼板底座的位置線，隨即將鋼板底座和砼支撐柱預(yù)埋螺栓連接在一起，整體安裝結(jié)束后進(jìn)行精度二次測設(shè)。通過預(yù)埋螺桿的螺栓來控制底座的高程，確保炮彈銷孔在一個(gè)平面內(nèi)，拱架拼裝在同一高度。

要點(diǎn)控制：預(yù)埋件孔位置容許偏差5 mm；平面容許高差2 mm；拱頂高程控制在設(shè)計(jì)高程偏差容許內(nèi)；鋼板底座塞入三角木楔，起到加固作用。

(4)鋼拱架安裝

①鋼拱架現(xiàn)場拼裝

由于拱圈鋪底混凝土提前澆筑，利用此場地進(jìn)行鋼拱架拼裝。吊車將拱架子母片吊到現(xiàn)場后，工人對扣后將炮彈銷打入緊固，吊車吊至位置后，進(jìn)行落拱架，此時(shí)四名工人各負(fù)責(zé)一端，將拱架片和底板孔位置調(diào)整對正后迅速打入炮彈銷、插入保險(xiǎn)絲。兩側(cè)設(shè)斜撐或斜拉風(fēng)攬使其穩(wěn)固，安裝后每四片拱架設(shè)橫聯(lián)，鎖定平面整體結(jié)構(gòu)。過程中必須有一名現(xiàn)場專職安全員。

②剪刀撐

當(dāng)鋼拱架全部橫向聯(lián)系結(jié)束后，進(jìn)行剪刀撐工序，使用1.5 m和3 m鋼管配合十字扣件加強(qiáng)，使之形成超靜定結(jié)構(gòu)體系。

③水平支撐加固

拼裝底模板前，在拱架頂部向下1/3處進(jìn)行水平加固，防止鋼支架在此位置處因受力過大，引起剛度變形。

要點(diǎn)控制：應(yīng)設(shè)置預(yù)拱度，按二次拋物線設(shè)置，安裝完畢后，進(jìn)行整體高程測量和穩(wěn)定性檢查，即對其平面位置、頂部標(biāo)高、節(jié)點(diǎn)聯(lián)系、各向穩(wěn)定性進(jìn)行全面檢查，符合要求后進(jìn)行下道工序；拱架縱軸線的平面容許偏位L/2 000，且不大于30 mm，拱架高程容許偏差(+20 mm、-10 mm)。

2.2.5拆除拱架

(1)拆除時(shí)間在拱圈混凝土澆筑后，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%方可進(jìn)行落架。

(2)拆架順序

安裝臨時(shí)支架支撐拱架、拆除底座炮彈銷、拱架整體下落5 cm(分次循環(huán)進(jìn)行)、拆除組合模板、從拱頂預(yù)留孔處用倒鏈掛住拱架、逐片拆除拱架橫聯(lián)、倒鏈落拱架、拆卸拱架、拖運(yùn)出現(xiàn)場。

3結(jié)論

采用三鉸鋼拱架定性模板拼裝，較傳統(tǒng)工藝有技術(shù)上的優(yōu)勢，前期加工模板、現(xiàn)場機(jī)械吊裝速度快，施工費(fèi)用較土牛施工方法費(fèi)用相應(yīng)減少，而且定性模板可循環(huán)利用。該拱圈三鉸拱施工工藝，在材料、工藝、技術(shù)、程序上都得到有效的保證，拱圈在線形、尺寸、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、成品外觀等方面達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，得到各界的好評。

Arch arch bridge steel structure construction

ZHANG Yu

(To Visit the Bridge Co., Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030006,China)

Abstract:Arch bridge of steel arch structure is suitable for the span of 5 ～ 16 m span cast-in-place reinforced concrete arch bridge bearing structure. Steel arch support beams with cap together, as part of the bearing capacity of pile cap increases the bearing area, and thus increase the bearing capacity of foundation. Because of the steel structure stiffness, strength, ability to meet the requirements; Of subsidence caused by deformation of steel structure itself is very small, thus ensuring the upside in the security and reliability in the process of pouring concrete, reducing the internal cracks caused by uneven settlement, concrete integral sex is good.

Keywords:arch bridge; steel structure; arch

中圖分類號：U445

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)03-0095-02

作者簡介：張宇(1978-)，男，河北定州人，工程師，研究方向：公路工程管理。

收稿日期：2015-07-01