大型橋梁工程拱座施工技術(shù)探討

李垚

摘要 大型橋梁工程拱座需要承受極大的上部結(jié)構(gòu)壓力，因此體積較為龐大，具有一定施工難度。為明確此類大型橋梁的拱座施工技術(shù)，文章以云臺通江河特大橋梁為例，著重對其拱座施工技術(shù)展開探討。結(jié)果顯示，橋梁拱座達(dá)到了預(yù)期的施工效果，滿足驗收質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)，可有效支撐上部結(jié)構(gòu)壓力。可見，大型橋梁拱座需要通過鋼模組拼裝成較大的體積，工程設(shè)計的形態(tài)，以及跨河橋梁的加強(qiáng)止水、支擋等工序，起到有效的支撐效果。

關(guān)鍵詞 大型橋梁；拱座施工；施工技術(shù)；開挖防護(hù)；質(zhì)量控制

中圖分類號 U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）12-0091-03

0 引言

橋梁拱座施工對橋梁的結(jié)構(gòu)整體性、安全性以及使用壽命都有著直接影響。但大型橋梁拱座由于需要承擔(dān)極大的上部結(jié)構(gòu)壓力，因此不僅體積龐大，而且形態(tài)也比較復(fù)雜。另外，如果是跨河橋梁，還要考慮止水與圍擋處理。案例工程是一座跨河特大橋梁，在施工中通過鋼模組拼裝的方式滿足了形態(tài)及體系要求，并利用咬合樁構(gòu)建了止水帷幕和外圍支擋結(jié)構(gòu)，取得了較為理想的施工效果，現(xiàn)對其具體施工技術(shù)展開如下論述。

1 橋梁工程拱座施工概述

1.1 大型橋梁拱座的功能與類型

1.1.1 大型橋梁拱座的功能

大型橋梁拱座的功能主要包括以下幾個方面：

（1）力學(xué)傳導(dǎo)作用：拱座是拱橋體系中承上啟下的關(guān)鍵部件，其將來自拱圈或拱肋的巨大軸向壓力、水平推力以及彎矩等復(fù)雜荷載有效地傳遞到地基，確保了橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（2）變形協(xié)調(diào)功能：由于橋梁結(jié)構(gòu)在溫度變化、徐變效應(yīng)及車輛動態(tài)荷載等因素影響下會發(fā)生變形，所以拱座應(yīng)具備一定的柔性以適應(yīng)這些變形，避免出現(xiàn)因剛性約束導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中或開裂問題。

（3）抗震性能保證：在地震作用下，優(yōu)良設(shè)計的拱座能夠提供必要的耗能機(jī)制，通過合理的構(gòu)造措施減小地震對橋梁主體結(jié)構(gòu)的破壞。

（4）防水防蝕保護(hù)：拱座還承擔(dān)著防止地下水滲透和腐蝕性介質(zhì)侵蝕的作用，需要采取有效的防護(hù)措施以延長橋梁的使用壽命。

1.1.2 大型橋梁拱座的類型

拱座的類型多樣，可以根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，主要包括以下幾種類型[1]：

（1）實體混凝土拱座：這種類型的拱座通常由高強(qiáng)度混凝土澆筑而成，具有良好的抗壓性能和耐久性，適用于地質(zhì)條件較好且承受荷載較大的場合。

（2）樁基-承臺式拱座：在軟弱地基或者復(fù)雜地質(zhì)條件下，采用深基礎(chǔ)如樁基結(jié)合承臺構(gòu)建拱座，以分散并有效傳遞荷載至更深更穩(wěn)定的地層。

（3）巖石錨固式拱座：利用天然巖石的高承載能力，通過預(yù)應(yīng)力錨索或錨桿直接錨固于巖體中形成拱座，特別適用于山區(qū)橋梁建設(shè)。

（4）組合式拱座：針對不同工況要求，可采用鋼-混凝土組合或多種材料復(fù)合的形式，充分利用不同材料的力學(xué)特性，提高拱座的綜合性能。

1.2 大型橋梁工程拱座施工的特點與難點

1.2.1 大型橋梁拱座的特點

（1）荷載傳遞特性顯著：拱座作為連接橋梁上部拱圈或拱肋與下部基礎(chǔ)的樞紐，其主要特點是需承受和傳遞巨大的軸向壓力、水平推力以及彎矩等復(fù)雜荷載。

（2）體積龐大與施工難度高：大型橋梁的拱座往往體積巨大且形狀復(fù)雜，施工過程中需要解決模板制作安裝精度高、混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)難度大等問題。

（3）技術(shù)工藝復(fù)雜：拱座施工涉及深基礎(chǔ)開挖、樁基施工、預(yù)應(yīng)力筋布設(shè)張拉、混凝土澆筑與溫控、臨時支撐體系設(shè)置與拆除等一系列復(fù)雜的工藝流程，每個環(huán)節(jié)都需要精密的計算、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計和精確的執(zhí)行。

（4）現(xiàn)場條件制約明顯：施工現(xiàn)場的地層地質(zhì)條件、氣候環(huán)境、交通組織等因素對拱座施工產(chǎn)生直接影響，尤其是在山區(qū)、河流等復(fù)雜的地理環(huán)境中，更需要結(jié)合實際情況采取適宜的施工技術(shù)和方法。

（5）安全保障與質(zhì)量控制嚴(yán)格：由于拱座是保持橋梁穩(wěn)定性的關(guān)鍵部位，其施工過程中的安全風(fēng)險管控與工程質(zhì)量監(jiān)測至關(guān)重要。

1.2.2 大型橋梁拱座的難點

（1）精確的力學(xué)計算：拱座的受力復(fù)雜，需要精確的力學(xué)模型進(jìn)行計算，以確保設(shè)計的合理性和安全性。

（2）材料選擇與處理：拱座需要承受巨大的載荷和環(huán)境侵蝕，選擇合適的材料并進(jìn)行有效的處理是施工中的一大難點。

（3）施工監(jiān)控與調(diào)整：由于施工環(huán)境的不確定性和施工誤差的存在，實時監(jiān)控和調(diào)整施工參數(shù)至關(guān)重要，以確保最終結(jié)構(gòu)的精度和質(zhì)量。

（4）施工安全與環(huán)境保護(hù)：在復(fù)雜的施工環(huán)境中，確保施工安全和環(huán)境保護(hù)也是一大挑戰(zhàn)。

2 大型橋梁拱座施工關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 項目概況

云臺通江河特大橋位于通江縣平臺鎮(zhèn)，橫跨通江河，設(shè)計方案橋梁跨徑組合為：（5×40）m預(yù)應(yīng)力簡支T梁+凈跨徑380 m拱橋（拱上機(jī)構(gòu)跨徑13×30.5 mT梁）+（9×40）m預(yù)應(yīng)力簡支T梁。橋梁起點樁號為K138+

577.4，終點樁號為K139+551.9，橋梁全長為973.5 m。拱座設(shè)計為鋼筋混凝土拱座，拱座采用整幅設(shè)置，橫橋向?qū)?4.6 m、順橋向長24.8 m、拱座總高16 m。

2.2 施工工藝流程

拱座施工流程如圖1所示[2]：

2.3 拱座施工技術(shù)要點

2.3.1 施工準(zhǔn)備

兩岸主拱座開挖前應(yīng)首先采用咬合樁建立止水帷幕，設(shè)立基坑開挖支護(hù)。開挖以人工機(jī)械挖為主，避免過度損傷拱座基底及側(cè)壁巖體的強(qiáng)度與完整性，導(dǎo)致其承載力降低。開挖時應(yīng)按照設(shè)計尺寸在巖面上由上而下開挖成梯級斜面。

2.3.2 咬合樁施工

采用布設(shè)咬合樁的方案進(jìn)行拱座基坑的開挖止水，按照“跳樁施工”原則施工；先施工素混凝土樁，再施工鋼筋混凝土樁，素混凝土樁和鋼筋混凝土樁之間應(yīng)咬合20 cm。

咬合樁樁基采用280型旋挖鉆機(jī)進(jìn)行引孔施工，先測量放出樁基位置，用鉆機(jī)在樁基位置施工將引導(dǎo)孔埋入臨時鋼護(hù)筒，引導(dǎo)孔的深度應(yīng)入巖1.5 m，即開挖至樁底標(biāo)高。澆筑前清孔合格后方可澆筑，澆筑采用導(dǎo)管水下澆筑法進(jìn)行澆筑，引導(dǎo)孔采用分序跳打成孔施工。

鋼筋混凝土樁基施工流程：測量放樣—鉆機(jī)就位—樁基引孔—埋設(shè)護(hù)筒—鉆孔施工—樁基檢驗—安裝鋼筋籠—樁基清孔—澆筑C30水下混凝土。

待素混凝土樁澆筑完成3 d后，樁基達(dá)到一定強(qiáng)度后方可繼續(xù)施工鋼筋混凝土樁。施工方式同素樁一樣，先測量放出樁基位置，用鉆機(jī)在樁基位置施工將引導(dǎo)孔埋入臨時鋼護(hù)筒，引導(dǎo)孔的深度應(yīng)入巖1.5 m，即開挖至樁底標(biāo)高。安裝鋼筋籠，澆筑前清孔合格后方可澆筑，澆筑采用導(dǎo)管水下澆筑法進(jìn)行澆筑[3]。

樁基澆筑7 d后，完成樁基檢測，檢測合格后方可進(jìn)行下一步拱座基坑的開挖工序。

2.3.3 拱座基坑開挖及防護(hù)

兩岸拱座為鋼筋混凝土拱座，拱座底高程306.752 m，拱座采用整幅設(shè)置；橫橋向?qū)?4.6 m、順橋向長24.8 m、拱座總高16 m；分三級臺階，每級臺階高為5～6 m，臺階開挖面按1∶0.3放坡。

坡口線外不小于2.5 m設(shè)置貫通截水溝，平臺設(shè)置平臺截水溝，基坑邊設(shè)置豎向急流槽接回填平臺永久邊溝，坡腳設(shè)置平臺邊溝。

（1）開挖方式。拱座開挖施工順序為：施工基坑邊坡截水溝—自上而下分層開挖—及時施作防護(hù)工程進(jìn)行坡面防護(hù)。

基坑頂邊坡分兩級開挖，每級開挖高度為3 m；擬采用神鋼350型挖掘機(jī)按1∶1開挖刷坡，開挖一級防護(hù)一級。

拱座基礎(chǔ)分六級開挖，每級開挖高度不超過3 m，開挖一級防護(hù)一級；擬考慮2臺神鋼350型、1臺神鋼260型挖機(jī)在基坑內(nèi)開挖，采用兩臺抓斗機(jī)在平臺進(jìn)行抓土和裝車，刷坡時挖機(jī)應(yīng)正對坡面方向，由緩到陡逐漸刷下邊坡。

（2）拱座邊坡防護(hù)。拱座開挖過程中應(yīng)邊開挖邊防護(hù)，做到開挖一級防護(hù)一級。

2.3.4 拱座施工

拱座高16 m，整體式拱座長寬為34.6 m×24.8 m，拱座外圍支擋采用咬合樁施工工藝，拱座分五次澆筑成形，單拱座混凝土方量為C30（5 614.3 m3）、C50（2 546.8 m3）。

（1）鋼筋制作與安裝。拱座鋼筋分5次綁扎成形。墩柱鋼筋、勁性骨架預(yù)埋鋼筋應(yīng)在第四次澆筑混凝土后進(jìn)行預(yù)埋施工，拱座混凝土澆筑分界面上設(shè)置錨固鋼筋，平面間距為60 cm×60 cm，結(jié)合豎向鋼筋及豎向型鋼進(jìn)行增補。每個澆筑層底部（除臺階范圍內(nèi)）設(shè)置鋼筋的網(wǎng)格間距不大于15 cm。

（2）冷卻水管安裝。前面四層考慮優(yōu)化配合比的方式不安裝冷卻水管，第五層冷卻水管采用φ50 mm×2.5 mm且導(dǎo)熱性能好的鋼管。冷卻水管彎頭采用彎管機(jī)冷彎而成，管間連接及進(jìn)出水口采用黑橡膠管。鋼筋綁扎的同時安裝冷卻水管。

（3）模板安裝。拱座模板采用大塊鋼模組拼而成，單塊模板結(jié)構(gòu)尺寸為225 cm×225 cm，分層分段澆筑，分5次澆筑。

模板采用拉撐結(jié)合的方式進(jìn)行固定，模板拉桿的布置按墩身模板拉桿布置，拉桿采用Φ22的鋼筋單端攻絲制作，與拱座鋼筋進(jìn)行焊接。

（4）混凝土施工：

①混凝土運輸?；炷凉捃囎员愕乐苯玉傊炼瘴唬闪锊?、天泵泵送入模。

②混凝土澆筑。拱座混凝土由拌和站集中拌和，利用輸送泵及天泵泵送入模，拱座混凝土分五次澆筑。

混凝土澆筑前，應(yīng)把模板、鋼筋上的污垢清理干凈。澆筑的自由傾落高度不得超過2 m，高于2 m時應(yīng)采用滑槽、串筒等器具輔助輸送混凝土。因拱座基礎(chǔ)為大體積混凝土，在分縫處兩層澆筑面上各設(shè)置一層D20冷軋帶肋鋼筋網(wǎng)，確保上下兩層的連接性[4]。

（5）混凝土養(yǎng)護(hù)。拱座的溫控原則為：內(nèi)散外保，溫升階段加大降溫速率（3～4 ℃/d），溫峰過后控制降溫速率（1～2 ℃/d），確保降溫過程中冷卻水與拱座之間的溫度差值小于20 ℃、拱座內(nèi)外溫差小于20 ℃?；炷翝仓戤叡砻娉跄?，應(yīng)及時在其上表面覆蓋土工布灑水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

（6）模板拆除。吊車配合進(jìn)行模板拆除工作。

（7）埋件施工。埋件分永久埋件和臨時埋件。

永久埋件為墩柱鋼筋、型鋼骨架、起步段拱肋安裝，拱座施工時根據(jù)設(shè)計圖紙放樣精確埋入，不得遺漏。

臨時埋件主要為塔吊、在澆筑前預(yù)埋至指定位置固定，后澆筑混凝土，其拆除后混凝土表面可修補，不會影響混凝土外觀質(zhì)量。

3 大型橋梁工程拱座施工質(zhì)量控制措施

3.1 設(shè)計階段的質(zhì)量控制

首先，應(yīng)基于精確的地質(zhì)勘查與力學(xué)分析，進(jìn)行合理的拱座結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保其能夠有效傳遞和分散上部結(jié)構(gòu)荷載至地基。同時，設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮混凝土材料性能、預(yù)應(yīng)力筋布設(shè)、防水防腐措施等因素，以滿足拱座在復(fù)雜環(huán)境下的使用要求。

3.2 施工前質(zhì)量控制措施

（1）技術(shù)準(zhǔn)備：全面審查施工圖紙，確保設(shè)計意圖和要求被充分理解；進(jìn)行必要的技術(shù)交底，確保施工人員掌握關(guān)鍵技術(shù)要求。

（2）材料質(zhì)量控制：對所有施工材料進(jìn)行質(zhì)量檢查，確保其符合設(shè)計要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；建立材料驗收制度，對不合格材料進(jìn)行退回或處理。

3.3 施工過程中質(zhì)量控制措施

（1）模板安裝與混凝土澆筑：確保模板的剛度、強(qiáng)度及精度滿足設(shè)計要求，混凝土澆筑時應(yīng)嚴(yán)格遵循分層、連續(xù)、均勻的原則，采用合理的振搗方法，避免混凝土內(nèi)部出現(xiàn)孔洞、蜂窩等質(zhì)量問題。同時，實行嚴(yán)格的溫控措施，預(yù)防混凝土因溫度變化產(chǎn)生的裂縫[5]。

（2）預(yù)應(yīng)力施工：精確測量和控制預(yù)應(yīng)力筋的張拉力，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范程序進(jìn)行張拉錨固，保證預(yù)應(yīng)力的有效傳遞。此外，對預(yù)應(yīng)力管道的灌漿質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，確保預(yù)應(yīng)力體系完整且工作正常。

（3）監(jiān)測與檢測：運用現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)對拱座施工過程進(jìn)行實時監(jiān)控，包括但不限于拱座受力狀態(tài)、變形情況、地下水位變化等參數(shù)的監(jiān)測。同時，對混凝土強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層厚度、預(yù)應(yīng)力損失等關(guān)鍵項目進(jìn)行定期檢測，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取糾正措施。

3.4 施工后質(zhì)量控制措施

（1）質(zhì)量驗收：按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求，對拱座施工成果進(jìn)行全面的質(zhì)量驗收，確保其滿足安全、功能和耐久性要求。

（2）質(zhì)量評估與反饋：對施工過程和成果進(jìn)行質(zhì)量評估，總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，提出改進(jìn)措施；建立質(zhì)量信息反饋機(jī)制，及時收集和處理質(zhì)量信息，持續(xù)改進(jìn)施工質(zhì)量控制。

4 結(jié)語

大型橋梁工程拱座施工質(zhì)量控制是一項至關(guān)重要的任務(wù)，其不僅關(guān)系到橋梁的整體性能和安全性，還影響橋梁的使用壽命和社會經(jīng)濟(jì)效益。該文通過對大型橋梁工程中拱座施工技術(shù)的深入探討，系統(tǒng)地分析了拱座的功能、類型、施工方法及其質(zhì)量控制措施。研究表明，拱座作為橋梁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，其設(shè)計和施工質(zhì)量直接關(guān)系到橋梁的整體性能和使用壽命；通過采用合適的施工技術(shù)和嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，可以有效提升拱座的施工質(zhì)量，確保橋梁工程的安全性和可靠性。隨著新材料、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，拱座施工技術(shù)也在不斷創(chuàng)新和發(fā)展，為橋梁工程的建設(shè)提供了更多的可能性。

參考文獻(xiàn)

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