[科普中国]-肋拱桥

肋拱桥施工技术

随着社会的不断向前发展, 人们对桥梁的设计及建设提出越来越高的要求, 桥梁的作用已不仅仅是为了跨越河流、山谷等满足道路畅通的构造物, 它与经济、环保、美观、坚固耐用等综合因素有着紧密的联系, 甚至世界各地有许多桥梁已成为某些地方象征性的建筑物。在公路的设计中, 桥梁的桥型有许多种, 选用哪种桥型要根据实际情况综合考虑。 拱桥的主要承重结构是拱圈或拱肋, 这种结构在竖向荷载作用下, 桥墩或桥台承受水平推力。同时, 这种水平推力显著抵消荷载所引起在拱圈或拱肋内的弯矩作用。因此, 与同跨径的梁相比, 拱的弯矩和变形要小得多。由于拱桥的承重结构以受压为主, 通常可用抗压能力强圬工材料(如砖、石、混凝土)钢筋混凝土来建造。同时, 拱桥的跨越能力很大, 外型较为美观, 在条件许可的情况下, 修建拱桥往往是经济合理的。但是为了确保拱桥能安全使用, 下部结构和地基能经受很大的水平推力。因此, 修建拱桥对其下部结构和地基的要求较高。箱肋拱桥的特点:箱肋拱桥的主要承重结构为拱肋, 其特点除了具备拱桥的通用特点外, 还具备有结构简单、施工场地小、施工方便(分小块预制构件拼装而成)施工工期短、节约支架和模板、工程质量容易保证等特点。

1五斗大桥简介五斗大桥为广东省第一座箱肋拱桥。五斗大桥跨越西江河,航道通航要求为三级, 桥面净宽为9 m, 单向行车, 主孔跨径为56 m +80 m +56 m ,桥墩(台)基础为2.0 m 嵌岩桩基础(嵌岩深3 .0 m),桥墩(台)为钢筋混凝土薄壁墩(台),拱肋为箱肋拱,由四条箱肋拱拼装组成整体, 在拱肋顶面浇筑立柱、盖梁, 然后铺设行车板, 最后浇筑桥面系。

2拱肋的施工2.1建立预制场地及建造拱肋底模

五斗大桥一孔拱肋分三段拱肋预制, 然后通过吊装拼装成为一条拱肋。 拱肋底模分为边肋底模和中肋底模两种。 底模在预制场上用浆砌片石按拱肋的曲线要素详细测量放样砌筑而成, 底模顶面用10 号砂浆抹平。全桥边肋共24 条(其中80 m 跨的8条, 56 m跨的16条), 中肋共12条(其中80 m跨的4条, 56 m跨的8 条)。拱肋底模只需4 条(80 m 跨和56 m 跨的边肋、中肋各一条)。整个预制过程无需钢模板, 仅需少量木模板, 投入少量资金即可使整个预制过程运行生产。

2 .2 腹板、横隔板的预制

腹板、横隔板均为小型预制构件。其中腹板分为厚腹板(厚度为10 cm)和薄腹板(厚度为4 cm)两种,腹板的平面尺寸为(长×宽)125 cm×99 cm。薄腹板的钢筋间距为10 cm×10 cm( 8钢筋);厚腹板的钢筋间距为10 cm×10 cm( 12钢筋)。腹板、横隔板预制时均有钢筋露出, 安装时分别与拱肋的底板、顶板、腹板、横隔板之间连接, 接口处用混凝土回填。

2 .3 现浇拱肋底板

在拱肋的底模上(底模应涂脱模剂或铺塑料薄膜等处理)按设计要求布置拱肋底板钢筋, 然后浇筑混凝土。因拱肋底板厚度只有12 cm 厚,浇筑混凝土时只用插入式振捣器即可保证混凝土的密实度, 施工简便, 质量容易保证。

2 .4 安装腹板及横隔板

拱肋底板混凝土浇筑完成24 h 后,即可拆除其侧模及进行腹板和横隔板的安装工作。在进行腹板和横隔板安装时, 要对腹板、横隔板及底板之间露出钢筋进行焊接, 并确保钢筋焊接质量。

2 .5 现浇拱肋顶板及拱肋两端混凝土

拱肋的腹板及横隔板安装完成后, 即可以进行拱肋顶板的模板安装、钢筋布置及混凝土浇筑等工作。同拱肋底板一样, 拱肋顶板厚度也只有12 cm 厚,其混凝土浇筑质量很容易保证。在浇筑拱肋顶板的同时, 也应及时地把腹板与腹板、横隔板、底板之间等接口处及拱肋两端封锚混凝土一并浇筑完毕。

2 .6 拱肋混凝土的养护

拱肋混凝土浇筑完成后, 应及时地进行养护, 以确保其混凝土的质量。在养护过程中, 应保留1组～2组试件随拱肋在同等条件下一起养护。

2 .7 拱肋的横移及存放

拱肋的混凝土强度(以最后浇筑部分的混凝土强度为准)达到设计要求后(一般情况是以随拱肋一起养护的试件强度值为主要参考依据), 即可把拱肋横移到堆放场地去存放, 以便能空出底模进行下一条拱肋施工。

2 .8 拱肋的吊装安装

拱肋全部预制完成并符合吊装要求或预制数量及其他技术要求达到吊装要求后即可进行拱肋的吊装安装工作。 五斗大桥的拱肋吊装采用无支架吊装技术。五斗大桥拱肋的吊装程序是:

中孔两条边肋分别吊装就位并用风缆固定好 中孔中肋吊装中拱肋安装并与边拱肋合拢 中拱肋接口处及拱脚处预埋钢板焊接并密封用风缆固定好已合拢的中拱肋(因单拱合拢, 其稳定性还不能满足要求, 必须加固)重复上面程序进行第二条中孔拱肋吊装中孔两条拱肋连接 按中孔的吊装程序分别进行两边孔的拱肋吊装按上面吊装程序进行另一半拱肋吊装吊装安装拱肋间横隔板并焊接连接钢筋及浇筑接口处混凝土。

3施工注意事项箱肋拱属于新工艺结构。施工时, 必须注意以下事项:

1)原材料质量保证。拱肋是由底板、顶板、腹板及横隔板拼装而成, 整体性相对较差, 建造拱肋所需的原材料(如砂、石、水泥、钢筋)必须保证质量。若原材料质量控制不严, 它所产生的后果不堪设想。原材料质量保证是保证工程质量的第一关。

2)施工工艺的控制。拱肋是由许多小型预制构件拼装而成的。在拼装时, 必须严格控制拼装误差。同时, 拼装时对外露连接钢筋的焊接质量必须严格控制, 防止在连接处的薄弱环节产生质量事故。

3)在进行拱肋吊装安装时,当拱肋未合拢之前,边肋必须用风缆或其他方法固定妥当, 防止其失稳而产生事故。同时, 由于通航不能中断, 必须与航道管理部门或有关部门紧密合作, 做好导航及指挥来往船只通过, 防止船只碰撞产生事故。另外, 单条拱肋合拢后, 必须及时进行第二条拱肋的吊装安装工作。因为单条拱肋合拢后, 其稳定性还不能满足要求, 单条拱肋在风力或其他外力的作用下, 极容易产生倾覆。第二条拱肋安装完成后, 应及时与第一条拱肋连接稳固, 以保证拱肋的稳定性。

4箱肋拱的施工总结箱肋拱桥的主要承重结构是拱肋。该拱肋属于新工艺结构, 它具有结构简单、自重轻、跨度大、造价低、施工方便、施工工期短、质量容易保证、外型美观等特点。 拱肋的腹板、横隔板等小型预制构件可集中生产, 质量容易保证, 运输方便。拱肋所用材料相当节省, 用钢量及混凝土用量相当小, 因此它的自重较轻。

5结语五斗大桥自通车以来, 其使用情况相当良好。在桥梁的建设中, 箱肋拱桥具有结构简单、自重轻、跨度大、造价低、施工方便、施工工期短、质量容易保证、外型美观等特点。 从五斗大桥的施工工程以及通车后的使用情况来看, 箱肋拱桥的施工技术是成熟的, 值得推广使用。在条件许可的情况下, 建造箱肋拱桥应值得优先考虑。1

肋拱桥的拆除1 工程概况南京六合大桥位于六合区雄州镇, 跨越滁河修建于1982 年 , 设计荷载为汽车- 20 级 , 挂车- 100 级 ; 全长320.81m, 桥型为 ( 7×44) m 连拱肋拱桥; 桥面车行道宽15m, 两侧人行道各宽 1.7m, 桥梁总宽 19.5m。上部结构由桥面、桁架支撑和拱体构成, 其中: 桥面由桥面混凝土和微弯板组成, 桁架支撑由竖撑、斜撑和剪刀撑组成, 拱体由拱肋、横梁组成; 横向 7 片拱肋,拱肋间距 2.6m。下部结构由桩基、承台和接柱构成, 其中承台为钢筋混凝土重力式结构 , 呈长方形 , 长 22m, 宽 6m, 高3m, 水中承台部分露出水面; 桩基为 1.4m 圆柱式钢筋混凝土桩柱, 水中每个桥墩共 12 根, 两排布置, 每排 6根。桥梁两侧挑梁处架设通讯光缆、自来水管道、电力设施。

经现场调查, 20 多年来, 在频繁的使用过程中, 中间桥孔北侧拱肋经船只撞击已经断裂, 拱肋间的横隔板与拱肋连接部位多处混凝土表皮脱落, 拱肋上的立柱与拱肋连接部位部分混凝土表皮风化脱落 , 连接钢板外露。该桥于 2006 年 5 月被定性为危桥, 急需改造。

2 拆除方案制定及技术论证通过验算及专家会议讨论通过的拆桥方案为: 全桥纵向七孔, 在岸上的第 1、2、6、7 孔采用无支架拆除,在水中的第 2、4、5 孔采用活动支架拆除。拆除施工按四阶段进行, 其中第 1 阶段以小型机具及镐头机拆除全桥附属构件; 第 2 阶段以小型机具及镐头机拆除全桥的桥面混凝土; 第 3 阶段以活动支撑及浮吊拆除水中三孔拱肋, 以镐头机拆除岸上四孔拱肋; 第四阶段以镐头机和水中凿岩机凿除水中承台, 再以水下切割设备切割水下桩基并吊上岸破解。

3 拆除施工3.1 拆桥工程的实施

( 1) 桥梁附属结构、桥面、微弯板拆除。根据多次成功拆桥经验, 桥面混凝土及微弯板破碎不采用大面积人工风镐法, 而采用两台镐头机直接破碎全部桥面混凝土和微弯板。该方法能大幅减少桥面作业人数、防止桥梁共振, 为安全卸载桥面部分创造前提。卸载桥面时, 先在桥面画线, 标记出所有桁架片及横隔梁的位置。两台镐头机履带沿标记分别置于第 2、3 片桁架片正上方, 然后从桥中心 ( 第 4 跨中心) 分别向桥两端倒退作业。每台镐头机对左、中、右三路桁架片之间混凝土和微弯板进行破碎卸载。然后再将两台镐头机履带置于第 5、6 片桁架片正上方 , 同法作业 , 完成全部桥面卸载。破碎水中 3 孔桥面混凝土和微弯板时 , 以空船( 200T) 承接卸载物并运走, 此时进行间断断航 2 天。镐头机后退作业时全部以旧轮胎垫底 , 以减少震动。为防止发生共振现象, 破除中孔桥面时采用单台镐头机作业, 待两台镐头机作业间距大于一孔距离 (44m)后再同时作业。

( 2) 拱片及承台上 4m 板段拆除拱片拆除工作原施工方案是在对 4m 段板块拆除后,对每跨的拱片分别进行支撑拆除。但在对 4m 段板块进行分离时发现该预制板与拱片链接非常牢固, 且拱片、横梁与 4m 段预制板块均在内部以预埋钢筋、钢板进行链接, 分解难度较大。根据现场实际情况对施工方案进行了微调: 在原方案的支撑船支撑及浮吊预吊的安全保障下, 将拱片临近4m 段的杆件全部截断,再以浮吊拆除截断杆件的半跨拱片; 待全桥半幅拱片拆除后, 再对4m段进行单独拆除; 4m 段的拆除采用浮吊整吊4m 板及下方横梁及腹杆的方法。该方法加快了施工进度, 且拱片起吊的重量与原方案相比所下降, 进一步加强了起吊工作的安全性。按平衡对称的原则, 岸上的拱片拆除工作与水中保持同步, 以凿岩机在桥侧直接对拱片破碎拆除, 实践证明该方法安全、快捷。

( 3) 承台及桩柱拆除

由于承台部分外露在水位之上, 首先采取用镐头机进行凿除水上部分, 凿除的废料用人工搬运到施工船上; 凿除到水位时换用进口的水下凿岩机施工, 此机可以进行水下5m 范围内作业,承台凿除结束后用挖机和抓钩船进行对凿除的废料进行打捞, 直至打捞完所有的废料为止。桩柱处于水中, 采用潜水员潜到控制的桩顶位置( 河床以下0.5m) , 破碎凿除保护层混凝土, 采用水下切割机割除钢筋分离桩顶与桩的连接部位, 在桩柱顶部捆绑钢丝绳, 用浮吊拉断吊起, 移运至岸边破解装车运走。

3.2 难点处理

桥面拆除的难点在于本桥第四跨通航孔北侧有一片拱肋被撞断, 卸除桥面后极有可能断裂坠下。针对该问题, 采取两条支撑船对受损的拱肋进行临时支撑, 同时使用浮吊预吊受损拱片。在镐头机完成该跨上部桥面混凝土卸载后, 成功将该受损拱肋提前吊装拆除, 消除了桥面卸载工程中的不稳定因素。

3.3 监控分析

(1)监控的内容

通过对结构的受力特点及既定老桥拆除方案的分析, 并经以上理论计算结果借鉴, 确定本次拆桥监控工作的重点是对桁架拱片拆除过程的监控, 主要内容包括变形监测和裂缝监测。

变形监测的基本内容是: 依据拆桥方案的拆除施工顺序, 对每一阶段各跨拱片四分点位置和跨中截面的竖向变形、各跨拱脚的空间变位进行测量, 与相应情况下的理论计算所得进行比较分析, 了解结构当前的实际状态, 为下一阶段更为适当的拆除施工做好准备工作。裂缝监测的基本内容是: 依据拆桥方案的拆除施工顺序, 观察桁架拱片在拆桥各施工阶段的裂缝发生及发展情况, 作出分析判断, 为下一阶段更为适当的拆除施工做好准备工作。根据既定的拆桥方案, 实际监测、控制过程中主要以桥面及微弯板混凝土拆除过程、岸上四跨拆除过程以及第4 跨桁架拱片的拆除作为监测、控制工作中的重点。桥面及微弯板混凝土拆除时, 主要监控被拆跨拱片的竖向位移、相邻水平位移以及邻跨拱片竖向位移; 某跨拱片拆除时, 主要监控相邻桥墩的空间变位、邻跨拱片的竖向变位。其余位置拱片和桥墩同样进行测量, 共同控制。

(2)监控的方法

在拆桥施工前需在河堤两岸建立稳定可靠的固定参考点, 为桥梁拆除过程中拱片空间变形的观测奠定基础。采用全站仪、高精度水准仪对拱片关键截面进行空间变位测量。在拱脚截面的桥墩承台顶面设置观测靶标, 用于拱脚空间变位的观测; 在拱片1/4 截面、跨中截面设置标高观测标志, 用于拱片竖向变形的观测; 用裂缝观测仪和目测法观察拱片在拆桥各施工阶段的裂缝发生及发展情况。跟踪施工进度, 采集各相关数据, 通过桥梁拆除过程控制数据分析与评价系统, 对结构的实际状态进行评价, 指导各阶段的施工。

(3)变形观测网的建立

为拆桥监测服务的测量控制网一次性建立在桥梁两岸。在河两侧布设6 个导线点编号依次分别为K1、K2、K3、K4、K5、K6。导线点的位置视现场情况确定,确保测试时通视。导线点设置采用预埋水泥桩的方法,埋设导线点时应严格按照变形测量规范的要求, 确保导线点在整个拆桥过程中的稳定, 不受破坏。导线点埋设完毕后, 按照三等水准测量的要求, 对各导线点之间的高程进行闭合平差,每隔两周对导线点之间的相互坐标关系及标高关系进行复核。坐标及高程系统均采用独立系统。

4测点的制作与埋设从安全以及方便测试的角度出发, 选择对拱片的 1/4 截面、3/4 截面、拱顶截面进行竖向变形的观测, 选择对桥墩盖梁进行拱脚水平变位的观测。

(1)竖向位移测点埋设

根据既定的老桥拆除方案以及相应的计算分析, 结合现场实际和可操作性, 确定拱片的竖向位移测点埋设, 竖向位移测点埋设在拱顶位置。测点采用!20mm的钢筋制作,测点设置时,先将测点对应位置的面层混凝土和现浇混凝土铲除, 钻孔并打入拱片上弦杆顶面的对应位置, 钢筋打入深度为10cm, 外露长度 2cm, 外露钢筋的表面应打磨平整, 并用红漆标记, 各测点钢筋头底部用水泥砂浆稳住, 或采取其他措施确保钢筋头在施工过程中稳固、牢靠。

(2)拱脚水平位移测点埋设

通过对既定拆桥方案的分析, 可以看出2#~5# 墩在整个施工过程中都会出仅受一侧拱跨推力作用的情况,根据理论分析, 应该在2#~5# 墩的墩顶都布置空间变位观测测点。结合现场的实际情况, 确定在2#、3#、4#、5# 墩的承台顶面设置拱脚空间变位观测测点, 测点一次性埋设在承台顶面的中心线上, 各承台顶面布置两个, 各与边拱片的中心齐平。

5变形测量工作拆桥准备工作就绪后, 对全桥拱片的标高测点的高程及桥墩测点的坐标进行了测读初读数, 确定拆桥前的标高零点及坐标零点。待一个拆桥施工工序结束后, 进行一次变形观测, 并立即分析实测数据, 与理论计算的最不利情况的变形值进行比对分析, 确定是否正常进行下一步的拆桥施工。为了消除温度对监测数据的影响, 在( 1) 、(2) 两个施工阶段, 于同一天早7 时、中午12 时、晚18 时分别对所要监测的拱片关键截面进行变形监测读数, 并记录在案, 用以对后续阶段监测数据的修正。

6裂缝监测工作在拆桥施工过程中, 采用裂缝观测仪和目测法监测拱片主要构件在各施工阶段裂缝的发生发展情况。

7现场实施过程及程序施工单位根据施工方案既定程序进行拆桥施工, 到达特定施工阶段, 需要进行数据采集时, 立即停止施工; 一段时间后, 待结构反应稳定, 由施工单位配合监控单位采集各种数据; 经过监理单位复核认证后, 监控单位立即进行数据处理、分析、评判, 及时将控制情况汇报业主; 然后通过监理单位下达具体施工指令, 特殊情况下, 监控单位可直接下达相关施工指令( 实施流程见图2)。

8结论该拆除工作为南京最大的危桥改造, 由于该桥为拱桥, 且为7 跨连拱, 同时该桥由于部分结构损坏, 已被定义成危桥, 因此拆除难度极大。然而在上级主管部门和质检机构的监督指导下, 依据专家评定意见, 经过指挥部、监理组及全体施工人员的沉着应战, 六合大桥上部结构的拆除仅用了30 天。该桥能快速圆满地完成拆除, 经总结得出以下几点经验:

(1)采用新的拆除施工方案。经过专家会论证,整理出的一套安全、快捷、经济的施工方案保证了拆桥施工的有序进行, 如采用支撑船支撑、大吨位浮吊整体吊装拆除等方法均有一定的参考意义, 既保证了安全又能加快施工进度。

(2)选用具有丰富拆桥经验的专业拆桥人员。具有丰富拆桥经验的。不仅能较细致、深入地贯彻落实既定的拆除施工方案, 而且针对现场出现的新情况能够按照经验提出比较安全的建议供上级部门选用。

(3)安全措施保障有力。拆除前划定警戒区域,进行安全围挡; 建立安全领导小组, 建立安全制度, 明确安全责任; 进行细致全面的施工安全交底和技术安全交底; 老桥桥两头设立岗亭, 督查上桥施工人员的安全防护措施、杜绝外来无关人员入内造成自身伤害; 检查施工人员操作证及保险、机械许可证等; 做好桥下夜间照明, 保障水上船只安全通行等。

4)坚持全桥全过程现场监督、现场决策,在严格执行既定拆桥方案的原则下根据现场情况对个别部位拆除方案进行即时调整; 海事部门全力配合断航, 保证拆除过程安全进行; 监控单位及时提供技术支持, 及时反馈每日监控分析结果等。2