拱式橋梁無支架施工技術(shù)

賈昌棟

(山西路橋集團國際交通建設(shè)工程有限公司，山西太原 030006)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，拱式橋梁在交通方面的作用越來越重要，它的施工技術(shù)也得到許多關(guān)注和快速的發(fā)展。拱式橋梁作為我國橋梁建筑主要的形式之一，它具有空間體積大，拱圈自重大等特點，它的無支架施工一直是拱式橋梁施工技術(shù)的要點和難點。因此，對拱式橋梁的特點進行研究，探索無支架施工技術(shù)，促進拱式橋梁的不斷改進與發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 拱式橋梁工程的施工特點

拱式橋梁作為橋梁的主要形式之一，它的施工特點也包括橋梁工程的一般施工特點:首先，它的施工具有地區(qū)性和流動性。其次，施工需要耗費大量的資金和時間，并具有單一性。最后，它的施工一般是在水中、高空以及露天的環(huán)境下進行，施工生產(chǎn)具有一定的困難性和復(fù)雜性。因此，除了在施工初期注重橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計外，還要注意根據(jù)施工工程本身所處的地區(qū)、氣候等特點來選擇相應(yīng)的無支架施工方法與施工技術(shù)，并將其與施工過程緊密結(jié)合起來，以保障工程的效率與質(zhì)量。

2 拱式橋梁無支架施工技術(shù)淺析

2.1 纜索吊裝

拱橋無支架施工中最主要的施工技術(shù)就是纜索吊裝施工技術(shù)。它主要是指采用纜索結(jié)構(gòu)來安裝、調(diào)運拱橋構(gòu)件的施工技術(shù)。它的優(yōu)點主要有:適用性與安全性較高，垂直運輸與水平運輸靈活，設(shè)備設(shè)施跨越能力較大。纜索吊裝在連續(xù)多孔、特大跨徑及單跨的大、中型拱橋中更是具有無可比擬的優(yōu)越性。在長期的實踐中，前人積累和發(fā)展了大量的、實用的經(jīng)驗。目前，纜索吊裝的技術(shù)已經(jīng)可以達到重量幾百噸、雙跨連續(xù)纜索及最大跨度500 m以上的水平。

纜索吊裝的主要的技術(shù)內(nèi)容有:預(yù)制、運輸拱箱(肋)、吊裝主拱圈、建筑拱上建筑及處理其他的橋面結(jié)構(gòu)等。無支架施工的地方則主要包括吊裝設(shè)備、預(yù)制運輸拱箱(肋)、吊裝主拱圈等。

1)纜索吊裝設(shè)備。

纜索吊裝設(shè)備主要有主索、起重索、牽引索、扣索、纜風(fēng)索、塔架、地錨、滑車、電動卷揚機或手搖絞車等設(shè)備，其中，主索是橫跨橋墩，兩端錨固定在地錨，支在塔架上的索，它主要是吊運拱箱(肋)或者其他設(shè)備構(gòu)件，因此又被稱為運輸天線或者承重索。起重索是用來控制被吊之物升降高度的繩索，它纏繞在天線滑車組，直接承受被吊物的接力。牽引索是用來拉動被吊物水平移動的繩索，一般是兩臺卷揚機上分別置一條牽引索，或者在一臺雙滾筒的卷揚機上拴兩條牽引索。扣索主要是用來臨時固定拱箱(肋)的繩索。它主要分為塔扣、墩扣、天扣等形式。風(fēng)纜主要是用來穩(wěn)定塔架和拱肋的繩索，它又被稱為浪風(fēng)索，纜風(fēng)索等。塔架是用來支撐各種繩索設(shè)備的結(jié)構(gòu)物，主要包括塔身、塔頂?shù)冉M成部分，主要分為主塔和扣塔兩種。地錨是用來固定主索、起重索及扣索等繩索設(shè)備的物體 ，它又被稱作錨錠、地壟等。電動卷揚機和手搖絞車則是用作起吊、索引的動力裝置。

2)吊裝施工技術(shù)。

首先，用起重索和牽引索將吊裝的部件吊裝到預(yù)定的位置。吊裝前，可以用扣索進行臨時的懸掛，然后再松開起重索。吊裝要從孔橋的兩端到中間對稱進行，等到拱頂段先吊裝到位置上后，再調(diào)整各個接著的位置，使其達到規(guī)定的高度后，再松開吊索，合龍，最后撤除所有的扣索。如果拱的形式為箱形，并且跨徑較大時，合龍安全穩(wěn)定系數(shù)小于4的條件下，可以先懸扣多段的拱肢段或拱肋，然后將相鄰的兩肋用橫夾木連接，再安裝拱頂，解除繩索。并且如果拱肋的跨徑在80 m以上，就應(yīng)該采用雙基肋來合龍。具體的做法是在第一根肋合龍后，不撤除繩索，而是壓緊接頭縫，合龍第二根肋，連接固定好后，再松開繩索。在吊裝的過程中，由于風(fēng)纜可以起到穩(wěn)定的作用，所以在拱肋懸掛在扣架上時，設(shè)置風(fēng)纜來固定拱肋，合龍成功并達到要求的強度后再撤除。

圖1 拱箱與拱肋安裝順序

在圖1中，數(shù)字代表拱箱或拱肋節(jié)的編號，在圖1a)中，首先要將左端的第一段送到預(yù)定的位置，讓它的拱座與臺帽、墩底連接牢靠，在上部扣好扣索，下部拉好風(fēng)纜，再撤除吊索。隨后，將第二段次段拱箱與第一段連接起來，用螺栓將接頭處固定好，同樣也在上部扣好扣索，下部拉好風(fēng)纜，再撤除吊索。重復(fù)上述的動作，安裝好第三段和第四段。然后，將第五段吊至第二段和第四段的上空，并緩慢下降直到與第二段、第四段的上接頭相接，松扣合龍，成拱。這樣吊裝好的拱圈符合要求時，就用鋼板楔緊接頭處，等到將全部的接頭焊好后，再取掉扣索和吊索。最后，重復(fù)上述的動作，將第六段～第十段安裝好，合龍。這種方法只適合段數(shù)較少的情況，如果段數(shù)較多，則按照圖1b)的方法進行安裝。

由于不同的過程環(huán)節(jié)下，拱肋的強度都不盡相同，所以為了保證施工的安全性，還必須對拱肋在吊裝、懸掛、安裝及擱置等狀態(tài)下的強度進行計算。一般來說，拱箱(肋)上使用兩個吊點，但是如果拱箱(肋)曲率較大或較長，也可以采用四個吊點，以保證拱肋受力均勻，保障施工的安全性。此外，為了保證施工的穩(wěn)定性，兩個吊點的連線應(yīng)該處于拱肋彎曲平面的重心軸上。

2.2 懸臂施工技術(shù)

1)懸臂澆筑技術(shù)。

懸臂施工技術(shù)主要包括懸臂澆筑法和懸臂拼裝法。其中，應(yīng)用最多的是懸臂澆筑法。縣臂澆筑法是指拱上立柱、拱圈和預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板共同施工，一邊澆筑一邊構(gòu)成桁架的技術(shù)方法。在施工的過程中，它用預(yù)應(yīng)力鋼筋作橋面板的臨時明索和桁架的斜拉桿，并將桁架錨固定在后面的橋臺上。

圖2 懸臂澆筑法施工程度圖

圖2是懸臂澆筑法的施工程度圖。在圖2中，首先，完成邊孔后，設(shè)置橋面板上的臨時明索，再澆筑頭一段拱圈。然后在它達到規(guī)定的強度要求后，再設(shè)置臨時的預(yù)應(yīng)力明索，然后撤掉吊架，系在斜拉桿上，在前端安裝縣臂吊籃。接下來，便用吊籃逐段的澆筑拱圈。當(dāng)?shù)竭_P2后，立即澆筑P1，P2間橋面板和P2;到達P3后，就安裝斜拉桿T2及P1，P2間橋面板明索，并澆筑P2，P3間橋面板和P3。然后依次重復(fù)上述的動作，直到構(gòu)成桁架，懸臂澆筑，在拱頂部分用吊架澆筑合龍。需要注意的是，橋面板每進一步，就收緊一次橋面板臨時明索，確保其穩(wěn)定性。拱圈斷面為箱形時，每段施工按箱形斷面拱圈的施工程序進行澆筑。

這種技術(shù)需要對工程的測量數(shù)據(jù)、施工的材料強度及澆筑的混凝土進行嚴密的檢測與控制，鋼筋必須保證每一根都符合要求的強度，并時刻觀察其受力的情況，在出現(xiàn)問題時進行糾正和加強。此外，為防止計算與實際差別過大，施工前須做施工模擬試驗以及預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固可靠性試驗。

2)懸臂拼裝技術(shù)。

這種方法要事先預(yù)制拱圈的各個組成部分，然后再拼裝成桁架拱片，用臨時風(fēng)構(gòu)和橫系梁將兩個桁架拱片組成框構(gòu)，然后框構(gòu)運到橋孔處，從兩端向中間懸臂拼裝，合龍。用上弦桿和錨將懸伸出去的拱體固定于墩、臺上，以保持穩(wěn)定。也可以先在拱圈上將其各個組成部分懸臂拼裝成拱圈，用臨時斜桿、立柱及上拉桿組成桁架體系，然后逐節(jié)拼裝、合龍。

2.3 轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

轉(zhuǎn)體施工技術(shù)主要是將拱橋的上部結(jié)構(gòu)或拱圈分為兩個半跨，然后在橋體兩邊利用地形來進行預(yù)制裝配或澆筑，再將兩個半跨體吊裝到橋軸線位置，合龍。它的優(yōu)點是用料少，工序少，結(jié)構(gòu)合理，將水上作業(yè)轉(zhuǎn)變成岸上作業(yè)，速度快，安全性與質(zhì)量也較高，且不影響通航，造價低等，具有較高的經(jīng)濟性。它主要可以分為平面轉(zhuǎn)體、豎向轉(zhuǎn)體和平豎結(jié)合轉(zhuǎn)體。

1)平面轉(zhuǎn)體技術(shù)。

平面轉(zhuǎn)體是指按照規(guī)定在岸邊預(yù)制半拱，達到規(guī)定的強度后，再利用底部的動力設(shè)備和轉(zhuǎn)動設(shè)備將其移到預(yù)定位置成拱合龍。它主要包括無平衡重轉(zhuǎn)體和平衡重轉(zhuǎn)體兩種(如圖3，圖4所示)。

2)豎向轉(zhuǎn)體技術(shù)。

豎向轉(zhuǎn)體技術(shù)主要是在橋臺處先豎向預(yù)制半拱，然后在橋位平面內(nèi)繞拱腳將其轉(zhuǎn)動合龍成拱(見圖5)。它主要包括兩種，一種是豎起向上預(yù)制半拱，另一種是在橋面下俯臥預(yù)制半拱。前者是向下轉(zhuǎn)動成拱，后者是向上轉(zhuǎn)動成拱。它的優(yōu)點是造價低，工期短。但是需要注意要避免拱型率受到影響，因為這種方法容易出現(xiàn)混凝土重力本身對混凝土壓力產(chǎn)生的彎矩。

圖3 無平衡重轉(zhuǎn)體施工體系

圖4 有平衡轉(zhuǎn)動體系構(gòu)造

3)平豎結(jié)合轉(zhuǎn)體。

平豎結(jié)合轉(zhuǎn)體主要是指在不能全部按規(guī)定平面預(yù)制斗拱，也不能全部豎向預(yù)制斗拱的情況下，拱體只能在適當(dāng)位置預(yù)制后既需平轉(zhuǎn)又需豎轉(zhuǎn)才能就位的一種技術(shù)。這種平豎結(jié)合轉(zhuǎn)體基本方法與前述相似，但其轉(zhuǎn)軸構(gòu)造較為復(fù)雜。

圖5 豎向轉(zhuǎn)體

3 結(jié)語

不同的橋梁結(jié)構(gòu)，對應(yīng)著不同的施工技術(shù)與方法。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，作為溝通交通和重要要素之一——橋梁，也對其施工技術(shù)提出了更高的要求。拱式橋梁作為橋梁的代表，其施工技術(shù)除了具備一般橋梁施工技術(shù)的特點外，還有它獨特之處，需要相關(guān)人員進行不斷的研究與突破，以促進拱式橋梁施工技術(shù)的發(fā)展，為我國經(jīng)濟的發(fā)展作出貢獻。

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