系杆拱桥边跨门式飞燕施工技术

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摘要：系杆拱桥边跨门式飞燕是对称平衡主跨水平推力的重要结构，一般采用预应力钢筋混凝土结构设计。因此确保边跨施工质量是确保主桥结构安全的重要要素。芜湖袁泽桥主桥为带副拱的中承式菱形变截面钢管混凝土拱桥，边跨采用门式飞燕结构，结合施工实例，介绍门式飞燕施工技术，包括施工方案、机械设备、质量控制措施等，为类似工程提供一种安全、可靠、实用的参考方案。

关键词：拱桥飞燕桥梁混凝土施工

Abstract: the bowstring arch bridge across the side door type is symmetrical balance fly horizontal thrust a main important structure, generally USES the prestressed reinforced concrete structure design. So make sure across the construction quality is to ensure that the main structure of the importance of safety factor. YuanZeQiao wuhu bridge as take a pair of arch ZhongChengShi diamond cross-section of concrete filled steel tube arch bridge, the side door type across the fly structure, combined with the construction practice, this paper introduces construction technology fly door type, including the construction scheme, mechanical equipment, quality control measures for similar project to provide a safe, reliable and practical references.

Keywords: arch bridge concrete construction of the bridge to fly

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

芜湖袁泽桥主桥为带副拱的中承式菱形变截面钢管混凝土拱桥，理论拱轴线拱脚水平距离135m，矢高30m。主桥边跨设置门式飞燕以提供系杆的张拉结构，边跨跨度40m。飞燕采用混凝土结构，飞燕拱肋部分正截面采取变高矩形截面。飞燕拱肋实际高3.607～4m，宽2.5m。飞燕在过渡墩一侧设置双支座，下接过渡墩，主拱侧与主墩墩身固结。飞燕共设置了7道横梁。飞燕通过设置预应力横梁抵抗设置在其内部的系杆平弯外拉效应和飞燕横向弯矩效应。袁泽桥主桥立面布置见图1，飞燕构造见图2、图3。

图1 主桥立面布置图

2 总体施工方案

本项目边跨门式飞燕施工具有以下特点：一是工程量较大（飞燕拱肋、横隔梁、横系梁全为现浇混凝土结构，每个飞燕混凝土方量为1420m3），设计要求单个飞燕尽可能一次性浇筑完成，最多两次浇筑完成，增加了施工难度；二是两岸飞燕下均有新、老防

图2 飞燕立面构造

图3 飞燕半平面构造

洪墙通过，地下有横桥向铸铁排水管、高压线塔架基础等地下障碍物,对临时墩基础布设与施工有较大的影响；三是飞燕拱肋最高在7号横梁处达到6.8m，对支架的设计与施工，以及满足支架设计预压荷载要求，确保支架的安全与稳定带来较大困难；四是根据设计提供地质资料，飞燕原地面下3～9m存在一软弱下卧层，承载力只有60Kpa，影响地基承载力，需对基础方案进行特别设计；五是飞燕结构复杂，内部预埋构件较多，施工时需确保预埋构件的准确。

为确保飞燕施工的安全稳定，经反复研究比较，拱肋和横隔板部分采用钻孔灌注桩基础作为支墩，在其上搭贝雷膺架的施工方案；横梁及面板部分支架方案采用地基硬化后搭设满堂碗扣式钢管脚手架施工。

(1)支墩位置根据现场条件和贝雷片长度进行布置，尽量避开防洪墙位置，两端支撑在主墩及过渡墩承台上。

(2)支架采用碗扣式支架，模板采用15mm厚度的优质竹胶板。

(3)拱肋弧线采用小段直线想相连的以直代曲方案。

(4)底模支撑由于不是水平，方木纵横梁接触面小，传力困难，分段直线下采用工字钢作纵梁支撑，同时，由于存在较大施工水平推力，为加大支架整体稳定性，采取钢桁架支撑。

(5)在拱肋高度较高地段，尽量降低钢管支架高度，增加支架稳定性。同时为满足支架预压要求，考虑采用钢件分段预压方案，确保支架变形稳定，满足受力要求。

(6)为减小混凝土浇注施工难度，方便施工，飞燕混凝土采用二次浇筑方案。第一次浇注部分拱肋，从拱肋下部浇注至3#、4#横梁中间（便于避开副拱预应力张拉槽口），高度浇注至于横梁底部齐平（如图2、3阴影部分）。第二次浇注剩余部分。第一次浇注采用单台泵车分别从单条拱肋拱脚开始向上浇筑，按照规范要求分层浇筑；第二次浇注采用两台泵车分别从1#横梁两侧向中心浇筑至7#横梁，最后浇注横系梁。

3 膺架结构及桩基布置方案

受地上、地下障碍物影响，结合现场实际，设计膺架结构共3跨， 4个临时墩，其中0#墩、4#墩分别设置于主墩承台及过渡墩承台上，1～2跨跨越防洪墙，1号墩设置高低墩，在承台上靠近2#支墩侧预埋3块钢板，设置3根φ50的钢管立柱。膺架梁采用标准贝雷片，其中0～1#墩顶布置8排贝雷片，1～3#墩顶布置10片贝雷片。桩基采用在0#、1#墩位置分别设置2根直径120cm的钻孔桩；在0#、1#、3#墩顶采用钢管桩接高，钢桩顶采用工字钢作为分配梁；1#、2#墩墩顶设计5.5m×1.8m×1.5的承台。桩基布置及膺架结构方案如图4、5所示。

图4 桩位平面布置示意图

图5 膺架布置示意图

4、膺架结构受力检算

4.1 膺架梁计算

（1)拱肋荷载计算

（3）经计算，墩顶受力

单层单片贝雷片允许弯矩788.2 KN.m、允许剪力245.2KN。

根据膺架梁剪力及弯矩情况，考虑横系梁施工，0～1跨采用8片贝雷片，1～3跨采用10片贝雷片。

（6）桩基计算

根据单桩荷载情况，确定单桩承载力按照300t设计，根据地质情况，确定桩径为1.2m，桩底标高为-22.4m。

（7）墩顶分配梁计算

经计算，单墩墩顶采用2根Ⅰ40a工字钢。

（8）钢管桩计算

经计算，采用直径50cm，壁厚5mm规格的钢管桩。

（9）钻孔桩、承台配筋按规范要求布置

5碗扣式脚手架计算和布置

采用φ48*3.5碗扣式脚手架，根据厂家提供资料，横杆步距1.2m时，单根立杆允许荷载为30KN，横杆步距为0.6m时, 单根立杆允许荷载为40KN。

5.1 荷载计算

断面及部位 混凝土高度 混凝土荷载 施工荷载 混凝土浇筑荷载 混凝土振捣荷载

5.2脚手架布置方案

根据计算结果，脚手架布置方案如下：

（1）11～15断面采用横向间距60cm，纵向间距60cm、30cm交错布置，单杆实际承压面积为0.27m2，11～13横杆步距采用1.2m，14～15横杆步距采用0.6m。

（2）15～17断面采用横向间距60cm，纵向间距30cm，单杆实际承压面积为0.18m2，横杆步距采用0.6m。

（3）17～20断面采用横向间距60cm，纵向间距30cm，单杆实际承压面积为0.18m2，横杆步距采用1.2m。

（4）腹板与拱肋对应，11～15断面采用横向间距60cm，纵向间距60cm、30cm交错布置，单杆实际承压面积为0.27m2，横杆步距采用1.2m。15～17断面采用横向间距60cm，纵向间距60cm，单杆实际承压面积为0.36m2，横杆步距采用1.2m。

（5）桥面板采用横向间距120cm，纵向间距120cm，单杆实际承压面积为1.44m2，横杆步距采用1.2m。

（6）横隔梁采用横向间距60cm，纵向间距60cm，单杆实际承压面积为0.36m2，横杆步距采用1.2m。

6支架预压

设计要求对飞燕支架采用1.2倍荷载进行预压，其中飞燕拱肋宽度2.5米，高度最大处达到6.8米。若按设计要求进行预压，如采用砂袋预压，则反算砂袋高度需达到12 米，在如此小的范围内，堆放如此高的砂袋，难以保证砂袋的稳定性，且加载困难，施工难度特别大；如采用型钢进行预压，则投入大，成本高。

预压方案：考虑拱肋支架采用的是钻孔灌注桩膺架结构，安全系数大、支架刚度大、沉降量小，另如按原设计要求进行预压，因拱肋部分单位面积需预压的荷载大（最大处预压荷载为20.1t/m2），采用常规的水袋、砂袋等均无法满足设计要求，施工难度太大，投入成本高。通过与设计、监理、业主等各方协商，结合现场实际情况，最终采取了只对局部进行预压施工，通过在拱肋荷载最大处堆载已预制的主桥桥面板（如图6，单块桥面板重9.5t）进行预压。实测数据表明非弹性变形量小（约10mm），弹性变形基本无变化。最终确定支架刚度满足要求，非弹性变形在完成绑扎钢筋后即可消除，故本项目预压只采取了局部预压的方式进行。

7模板、钢筋、预应力施工

模板、钢筋、预应力工程及混凝土振捣按常规施工工艺要求进行。要点如下：

7.1 模板工程

①模板均采用厚度为15mm的优质竹胶板。

②外模板加工精工细作，尺寸满足施工规范要求，模板的连接在构造上便于拆除和安装。模板安装完毕后，对其平面位置、顶部标高、节点联系及纵横向稳定性进行复验。 图7 拱肋外侧模

③模板与模板的接缝中嵌入双面胶，以防混凝土漏浆。

④施工脚用架不能和模板及其支撑相连。

⑤模板在使用前要涂刷脱模剂。外露面混凝土模板的脱模剂采用一种品种，不使用易粘在混凝土上或使混凝土变色的油料。

⑥固定在模板上的预埋件和预留孔安装牢固，位置准确。

⑦浇筑混凝土时设置沉降标志，模板派专人看模，发现模板有超过允许偏差变形时，及时纠正。

7.2 钢筋施工（图8）

①在钢筋施工过程中除严格按照图纸布置外，对部分位置矛盾的钢筋或预埋件根据以下原则避让：预应力束钢筋骨架受力钢筋构造钢筋(注：位置在前的项目优先保证)。

②主梁预应力采用高强度低松驰钢绞线，其他钢筋都均按要求使用，进场的非预应力筋和预应力筋都要有质保单。

③钢筋在使用前按《公路桥涵施工技术规范》验收，分批做好原材料及焊接试验，试验合格后方能使用。图8拱肋钢筋制安

④按图纸精确地放出钢筋大样，按翻样单进行断料弯配。钢筋根数准确，并按次筋让主筋，非预应力筋让预应力筋的原则布置。

⑤飞燕的底部、侧面(包括横梁)的底部确保保护层厚度。

⑥预应力钢筋束道位置首先设在已扎好的钢筋骨架上，采用Ф8井字钢筋定位，间距一般为50cm，沿孔道纵向设置，曲线段适当加密。

⑦上下层钢筋用乙字型钢筋予以支撑，间距1.5m，以防施工时两层钢筋碰在一起。

⑧预应力的预留孔道采用塑料波纹管，并按要求设置压浆孔及排气孔，锚垫板按设计要求的位置固定在封头模板上，确保与孔道垂直。

7.3 预应力张拉、压浆与封端

①飞燕预应力张拉在混凝土强度大于或等于90%的设计强度且弹性模量检测值达到设计值时方可进行张拉。张拉工序为：0初应力(0.1sk)持荷2分钟，测引伸量δ1sk持荷2分钟，测引伸量δ2回油测引伸量δ3锚固。张拉时对称于断面分批对称、双端张拉，由应力控制，延伸量校核。张拉设备采用YCW400穿心式千斤顶及配套的ZB4/500高压油泵。

②预应力束张拉完成后，在24h内进行管道压浆。为增加管道密实度，管道压浆采用真空辅助压浆工艺。压浆泵采用连续式，同一管道压浆连续进行，一次完成。管道出浆口出浆浓度与进浆浓度一致时，方可封闭保压。压浆前管道真空度应稳定在-0.06～0.10 MPa之间；浆体注满管道后，应在0.50～0.60MPa下持压2min；压浆最大压力不超过0.60MPa。

③管道压浆后，用飞燕同标号混凝土封闭张拉槽口，以保持混凝土外观一致，张拉槽口配以钢筋网。

8 预埋件施工

飞燕预埋件数量多，特别是永久系杆预埋钢管比较重，安装定位操作空间小，定位准确度要求高，施工难度较大。

（1）永久系杆预埋钢管施工流程

将单元件（约9m长钢管）钢管按设计空间弧度制作完成（编号准确、管口内部打磨圆顺）钢筋绑扎完毕在拱肋顶面放样好预埋钢管的平面位置在各控制点上焊接钢筋头，采用铅丝或尼龙绳逐一连接好各管道的控制点根据放好的样对与钢管位置冲突的钢筋进行切割处理采用人工将加工好的钢管搬运至所需安装的位置（竖向位置通过各控制点高程定位）临时固定各段单元件钢管测量复核各点坐标准确后将单元件钢管焊接连接成整体 将钢管固定牢固进行下一管道施工所有管道安装完成后按设计及规范要求对割除的钢筋进行恢复处理。

（2）其余预埋件施工

下立柱预埋板、冷却管、临时系杆基座、波纹管、监控测量元器件等预埋件按常规方法施工即可。

9 混凝土浇注及养护

单个飞燕混凝土方量1420m3,混凝土采用自有拌合站拌制，混凝土生产能力为75m3/h,浇注时现场采用2台汽车泵泵送混凝土入模，并配备足够的混凝土输送车（计划桥北6台，桥南5台输送车）。单个飞燕浇注时间控制不超过22h。混凝土初凝时间不小于10h。

浇注顺序原则：按照先拱肋、次横梁、后桥面板；左右对称并由主墩向过渡墩一侧顺序浇注。

浇筑方法：采用斜向分段、水平分层的方法浇筑，插入式振捣器振捣密实。其工艺斜度视混凝土坍落度而定，当坍落度大于12cm时，工艺斜度宜不大于5°。水平分层厚度不得大于30cm，先后两层混凝土的间隔时间不得超过初凝时间。浇筑混凝土时，防止混凝土离析，混凝土下落距离不超过2m。在浇筑混凝土梁体时，安排专人负责监视振动器的运转使用情况，并配备足够的备用振动设备，以避免因振动不及时而导致混凝土出现空洞或蜂窝麻面。另设专人负责监视模板，如联结螺栓松动、模板走形或漏浆及时采取措施予以处理。

表面混凝土在浇筑完成后用平板式振动器振实后，收水扫毛。当昼夜平均气温低于5℃或最低气温低于-3℃时，采取保温措施，并按冬季施工处理。

由燕钢筋密集，必须加强混凝土的振捣。振捣时插入式振捣器的振动棒不要碰波纹管。预留孔道口用木塞或纱布封住，以免浆水进入束道。拱肋、横梁由于体积较大，按大体积混凝土处理，冷却管按规范要求布置。

现浇飞燕混凝土结构必须加强养护，防止出现施工裂缝。采取的措施是：混凝土浇筑时完毕后采用循环冷却水进行内部降温处理，终凝后表面采用湿麻袋遮盖养生，

10 支架拆除

原设计要求待永久系杆N5束张拉完成后，方可进行支架拆除，但考虑飞燕下防洪堤需在洪水季节前的恢复，经设计认可，支架拆除采取分次进行，第一期拆除需恢复的防洪堤部分支架；永久系杆张拉至N3束后，拆除副拱预应力张拉端部分支架；永久系杆张拉至N5束后，拆除剩余部分支架。

11 结语

主桥边跨门式飞燕支架现浇难度大，对施工工艺要求高，施工的关键为膺架结构设计和施工，如何合理解决拱肋支架的预压是施工的难点之一。在实际施工中，通过采用桩基础和局部型钢结构，减小了基础沉降、增强了支架刚度，降低了支架弹性变形量，通过选择在最大荷载处采用预制混凝土板局部预压进行验证等措施，有效解决了飞燕支架设计和施工的难题；通过采用二次浇筑和合理的浇筑分界线，优化混凝土浇筑方案，较好的解决了大方量混凝土浇筑对施工设备、工艺要求的难题，并对确保施工安全和工程质量起到了打下了良好基础，对类似项目具有较好的借鉴和指导作用。

参考文献：

[1] 周水兴,何兆益,邹毅松,等.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2] JTJ 041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].

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