三跨自锚式拱桥施工技术

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摘要:目前国内设计型式为预应力钢筋砼三跨自锚式拱桥较少，该类桥型结构设计复杂，施工质量和标准要求高，本文结合黄山佩琅河大桥施工实践，对该种桥型施工技术进行了总结。

关键词：自锚式拱桥

1． 工程概况

本文所介绍大桥是黄山徽州大道佩琅河大桥，该桥设计为三跨自锚式拱桥，桥长92m，桥面宽40m，分为上、下行两幅，单幅桥面宽20m，跨径布置26m+40m+26m。下部结构设计为两墩、两台，上部结构主跨梁体下缘采用二次抛物线，拱高为4.75m ，矢跨比为1/8；边跨长26m，梁体下缘采用圆曲线加二次抛物线。

该桥上部结构由两个单箱多室斜腹板断面组成,单箱为四室变截面梁，底宽16.55m，顶宽为20m，翼缘板悬臂1.45米，跨中梁高1.4米,箱梁顶板厚度为22cm,底板厚度为25cm,每道腹板厚50cm，在端部、跨中、拱梁交接处共设置7道横隔梁，箱梁采用C50混凝土，。拱腿宽14.3米，每幅桥分为两片拱腿，呈空间“V”字形，拱腿采用实体板，立面由拱梁交接处0.99米厚渐变到桥墩处0.673米厚,拱腿采用C50砼,普通钢筋砼结构。预应力设计为：纵向、横梁预应力体系采用Фj15.2高强低松弛预应力钢绞线和群锚体系组成，设计张拉力为1757.7KN，锚具采用OVM15-9锚具、OVM15-9 P锚具，套管采用塑料波纹管。

2. 主要施工工艺及方法

预应力箱梁及拱板采用膺架法施工，膺架支墩及承重梁均采用贝雷梁拼装，支墩基础采用砼扩大基础，贝雷梁顶采用Ⅰ20工字钢作为分配梁，分配梁至梁底采用碗扣式脚手搭设满堂支架作为模板支撑。

梁部砼以跨中合拢段为界对称浇筑，每1/4幅桥梁部砼分共4次浇筑：墩顶拱腿― ―箱梁底、腹板及中横隔梁¬¬――两侧箱梁底、腹板一次――箱梁顶板及翼缘板一次浇筑，最后施工合拢段。单次砼浇筑最大方量为307m3(三角形自锚区段)。

箱梁模板采用竹胶模，腹板外侧模板采用100*100方木竖楞加强，间距@300，竖楞外侧设100*150方木水平加强带，两侧外模间用Ф18圆钢拉杆对拉加固，内侧模及顶板底模用满堂支撑加固。

支架预压采用分段堆载预压的方式，堆载载荷按箱梁设计荷载的1.2倍设置。预压在底模安装完成后进行。

砼浇筑采用商品砼、泵送入模、插入式振动棒振捣密实的施工方案，箱梁砼采用洒水保湿养护。

预应力箱梁施工工艺流程见下图（图1）：

图1 预应力箱梁施工工艺流程图

2.1 支架系统设计与施工

由于支架系统位于河道中，支架设计充分考虑水流通过和泄洪需要，支架总体结构采用拼装贝雷片和碗扣脚手架组合体系，支架下部结构采用贝雷片拼装成梁柱框架，上部结构采用碗扣式满堂脚手架作为支撑，梁拱结合部由于位置限制，采用钢管立柱支撑体系。

支架基础：为保证基础承载力，采用C20混凝土基础，基础落于河床基岩上，施工时将河道内表层砂砾石清除。

立柱：中跨和边跨每个立柱采用4片贝雷片拼装而成，梁拱结合部采用钢管立柱作支撑。

横梁：桥横向横梁采用I40b工字钢拼装而成，桥纵向采用贝雷片拼装成贝雷梁作为支撑骨架。

横梁上方分配系统：根据桥梁不同受力部位，分别采用钢轨、枕木和方木作为分配梁，脚手架立杆支于分配梁上，并尽可能设在纵梁与横向分配梁的交点处。

碗扣脚手架：立杆主要采用3.0m、2.4m、1.8m、1.2 m几种,立杆接长错开布置，顶杆长度为1.5m、0.9m，横杆根据不同受力部位需要采用1.2m、0.9m、0.6m、0.3m四种组成。

2.2 模板设计及加固

2.2.1墩顶拱腿模板设计及加固

底模采用15mm厚竹胶模板，纵向@300mm用100×100方木进行加固，横向用150×100方木加固。由于拱腿设计角度较大，为保证砼浇筑时不下滑，拱腿上部也设置模板，模板采用12mm厚竹胶模板，模板上方根据设计弧度采用方木挖带结合槽钢龙骨进行加固。为防止拱腿与墩帽接缝处在砼浇筑过程中因支架系统局部下沉而产生开裂，在拱腿上部拱梁结合处沿桥横向每间隔1.5m两边对称设置一个预埋件，然后用Ф25拉杆两端焊于预埋件上将两边拱腿拉成整体，从而达到防止拱腿下沉开裂的目的。为克服拱腿砼浇筑时产生的水平推力，在拱腿下部支架上增设钢管斜向支撑，克服、抵消水平推力，拱腿处模板设计、加固详见图2。

图2 拱腿处模板设计、加固图

2.2.2 箱体模板设计及加固

箱梁外模板采用15厚122×244定尺胶合模板，根据箱梁结构尺寸现场加工。支架顶设可调高度顶托，顶托横向铺150×100mm的方木，纵向用100×100mm木板连接，净间距300mm，木板与胶合板用钉子固定，内模采用12厚胶合模板。

（1）底模采用大块胶合板，铺在分配梁上，调模、卸模采用可调顶托完成。

（2）外模直接立于分配梁上，当内外侧模板拼装后用Φ18对拉螺杆对拉。

（3）内模板的紧固主要用对拉螺杆，并用脚手架连接。箱梁顶板采用钢管支架支模，支架直接支撑在底板。

（4）堵头模板：堵头模板因有钢筋及预应力管道孔眼，模板采用胶合板挖孔，按断面尺寸挖割。孔眼必须按钢筋及预应力管道位置精确定位切割。每个预应力预留孔位要编号，以便在下节段现浇施工中快速准确定位。竖向及横向预应力槽口：竖向及横向预应力张拉端槽口尺寸及位置要求准确。箱梁模板设计加固详见图3。

图3 箱梁模板设计加固图

2.3 支座安装

支座采用盆式橡胶支座,设计共8个支座，4个双向，4个单向，支座上下粘接20mm厚钢板,下钢板置于支撑垫石上,上钢板与梁体内预埋钢板焊接。支座在底模铺设前安装完成，盆式支座安装和预留孔洞时要注意单向和双向之分，必须按设计要求定位，不可放反。

2.4 预压

底模安装好后，根据设计要求进行等载预压。预压工作是对临时支架系统的刚度及稳固性进行检验，虽然占用时间较长，但作为安全质量控制中关键的一环必不可少，本预应力箱梁采用砂袋预压。

预压结束卸载后，应根据预压观测变形量确定梁体预留拱度值，预留拱度调整通过调节碗扣脚手架上部顶托实现。

2.5 砼浇筑

自锚式拱桥施工的关键点是要求预应力箱梁砼浇注严格分层对称进行，根据大桥设计结构，大桥混凝土施工浇筑顺序如下：

墩身上部拱腿（第一阶段砼）

墩身上部箱梁（三角形自锚系统部分）

（第二阶段砼）

拱腿以外拱板及腹梁 (第三阶段砼)

箱梁上部顶盖及翼缘板施工（第四阶段砼）

以上四个阶段砼施工顺序均以每段桥墩为中心对称进行，由桥墩向两侧由低向高进行，详见箱梁砼浇筑顺序图4。

图4 箱梁砼浇筑顺序图

2.6 预应力张拉施工

2.6.1预应力钢束布置

表 1 预应力钢束布置表

备注：标注一期为合拢前张拉，二期为合拢后张拉。

2.6.2张拉方法

该张拉法总体为后张法，即在梁体砼浇筑达到一定强度后张拉，张拉施工的工作顺序：穿束安装锚具安装千斤顶及张拉设备张拉、锚固拆除千斤顶及张拉设备压浆封锚。

2.6.2.1预应力张拉设备

主要设备为2台YDC-250、JY-45型挤机一台及相配套设备,ZB4-500型电动油泵3台，UB3型压浆泵1台，强制式搅拌机1台、切割机1台等机械设备。

2.6.2.2张拉工艺

（1）T1、T2、T3、T4、B1、B4按设计要求两端同时对称张拉，即采用YDC-250千斤顶二套在两端进行对称张拉。

（2） T2、B2、B3束按设计要求采用YDC-250千斤顶进行一端张拉。

（3）H1、H2一端张拉。

（4） 张拉顺序：按设计图预应力束布置情况及梁的上部结构施工方法，在浇注边跨及中跨悬臂段砼，养护待砼强度达90%σcon时，且砼龄期不少于10天，张拉5B28T36B3（2B3′）8T2；横梁预应力钢束H1、H2逐梁张拉；中跨合拢砼强度达到设计要求，张拉合拢段钢束10B15T16B410T4，张拉时横断面上尽量对称，沿横断面中心线向两侧张拉。

（5） 张拉应力控制

按《公路桥涵施工技术规范》张拉采取“双控制”，即实行应力控制的同时，进行伸长值校核，将张拉实际伸长值与理论伸长值差控制在±6%之内，张拉时伸长值满足后方可锚固。如出现超出允许范围，应立即停机检查，查明原因予以调整，直到满足后方可正常施工。

2.7. 合拢段施工

该桥设计合拢段为两道，每幅桥一道，宽度为2m，采用型钢劲性骨架。合拢段施工是大桥施工的关键，劲性骨架焊接要严格按照施工规范进行，确保焊接质量。浇筑合拢段混凝土，应选在（昼夜）内温度最低时段进行。待合拢段混凝土强度达到设计标号的90%时，方可张拉合拢段钢束。张拉钢束应先长后短，且应保持横断面对称。

2.8 支架拆除

待梁体砼强度达到100％设计强度后，方可拆除支架。拆除支架，先边跨后中跨，在一跨内应先由支点向跨中拆除，拆除时间选用一天内温度最高时段。

3. 质量控制要点总结

3.1 本工程地质条件特殊，地处山区，汛期洪水变化很大，支架系统首要考虑的是要满足泄洪需要，不能阻拦过水。否则汛期洪水中杂物很多，会对支架系统产生很大冲击，安全隐患很大，该桥支架系统采用贝雷梁与碗扣脚手架组合体系，就是保证了洪水从贝雷梁下通过，避免了碗扣脚手架间距小影响过水的弊端。

3.2 临时支墩设计要牢固，因施工过程中洪水不断冲刷，临时支墩基础必须落于河床持力层，同时支墩四周必须采取防护措施，避免水流冲刷淘空基础底，造成安全隐患。

3.3 拱桥设计对线性控制要求很高，施工中要采取必要的措施确保大桥观感质量，而线性控制的前提就是支架系统设计合理、稳定，施工中要做好预压和沉降观测。

3.4 拱桥桥形设计弧度大，砼浇筑时产生水平推力很大，支架设计上要充分考虑克服水平推力的措施，要多设斜向支撑和剪刀撑，尤其是在“V”形拱腿的施工中，支架系统必须牢固可靠，拱腿下沉变形允许值只有几毫米，经实际测量“V”形拱腿处下沉值在3-4mm，符合要求。

3.5 梁体线型控制

在砼浇筑施工过程中由于结构自重、施工荷载及预应力的共同作用，而且由于砼是分段施工，施工时间、温度都不同，同时混凝土收缩徐变也会产生变形，因此拟采取如下措施控制预拱度：

⑴ 实际立模高程=设计立模高程+预拱度+支架预压变形观测值；

⑵ 一个节段施工完毕，下一个节段砼浇筑前，要对相邻4m范围已浇筑部分的支架顶托全部拧紧并做好检查记录；

⑶ 在梁体浇筑过程中对梁体高程进行监测，定时测量，发现差异及时调整，使合拢段两侧梁体高程偏差值控制在规范允许范围内（±2 cm）。

4. 结语

该桥设计造型独特，桥型为变截面双曲线构造，给桥的支架设计和施工造成很大难度，通过该桥施工，由于施工中强化了质量意识并采取了有效的技术措施，从而保证了大桥施工质量，大桥完工后经荷载试验，各项技术参数均满足设计要求。

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