土牛胎在石拱橋拱圈施工中的應用

蔡建國　朱偉軍

(浙江豐鐸建設有限公司, 浙江 臨安　311300)

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土牛胎在石拱橋拱圈施工中的應用

蔡建國朱偉軍

(浙江豐鐸建設有限公司, 浙江 臨安311300)

【摘要】主拱圈的施工是控制拱橋施工安全、進度、質(zhì)量、費用的關鍵環(huán)節(jié)，而土牛胎施工方案在景區(qū)或城鄉(xiāng)小流量河道的石拱橋主拱圈施工中對控制上述4個目標具有天然的優(yōu)越性，也得到了廣泛的應用。本文以臨安市天目路橋石拱橋為例對土牛胎在石拱橋主拱圈施工中的應用進行探討，對拱圈或拱式渡槽的施工均具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】土牛胎； 主拱圈； 施工導流； 拆模

1土牛胎的特點

1.1土牛胎的適用范圍

土牛胎因?qū)Я髁啃　⑼练教钪看蟮奶攸c，在園林景區(qū)、城鄉(xiāng)小流量小跨度不通航河道以及新開挖河道的石拱橋拱圈和渡槽施工中有著一定的優(yōu)越性。在其他拱橋或渡槽的施工中，應與拱架施工法進行經(jīng)濟性、安全性、進度的比選。

1.2土牛胎的優(yōu)點

在以前的滿堂木架或腳手架的拱架施工案例中，拱架搭設、使用、拆除過程中有著高處作業(yè)的特性，且拱架在汛期易受洪水及漂浮物的沖刷，拱架倒覆造成人員傷亡、財產(chǎn)損失的事故時有發(fā)生，嚴重的有2007年8月13日湖南省鳳凰縣沱江大橋拆除拱架時拱架垮塌而造成的特大安全事故。而土牛胎鋪筑、使用、拆除引發(fā)的安全事故鮮有見聞。從安全性上來看，拱胎方案遠優(yōu)于拱架方案。

木拱架方案需砍伐大量樹木作拱架材料，鋼管腳手架方案需對大量的鋼管進行切割拼裝，木材與鋼管的市場采購價也較高，且河道或園林處的原狀土難以滿足木拱架或鋼管腳手架的承載力要求，需對原狀土進行壓實、硬化以作木拱架或鋼管腳手架基礎；而土牛胎方案的主要材料為土方，可就地取材，拆除后可作河岸工程回填方，或作園林景區(qū)的造景土方。從經(jīng)濟性和環(huán)保性來看，拱胎方案優(yōu)于拱架方案。

拱架方案需雇傭大量的人力搭設、拆除拱架，且拱架承受荷載較小，施工強度不易提升；拱胎方案填筑、拆除采用機械施工，承受荷載力較大，工作面比拱架大，有利于提升施工強度。從進度控制上來看，拱胎方案優(yōu)于拱架方案。

1.3土牛胎的基本要求和破壞形式

土牛胎兼具模板和基礎的作用，其基本要求可參考模板與路基的相應要求，歸納其為強度、整體穩(wěn)定性、平整度、水穩(wěn)定性。而土牛胎的破壞形式往往未能與其基本要求保證息息相關。

土牛胎的破壞形式之一為彈簧土和拱胎土局部沉陷，由于填筑材料選擇不當造成。填筑方法不合理，壓實不足，在荷載、水、溫綜合作用下，土牛胎胎身向下沉陷造成外觀尺寸不能滿足設計要求的變形破壞。另一種破壞形式是邊坡溜方及滑坡，溜方是水流沖刷邊坡，邊坡上薄的表層土被水浸泡后，沿邊坡向下滑移的破壞現(xiàn)象；滑坡是邊坡土體在重力作用下沿某個滑動面發(fā)生的剪切破壞，主要成因是邊坡過陡、不正確的應用傾斜層次的方法填筑、含水量過大、坡腳被水沖刷。

2施工導流

土牛胎施工因其結(jié)構(gòu)形式及施工方法的特性，只適用全段圍堰法導流，主要有兩種情況：在農(nóng)村或郊區(qū)河道拱橋施工中，可根據(jù)實際地形采用全段圍堰法中的明渠導流；在城區(qū)或有毗鄰建筑物的拱橋施工中采用全段圍堰法中的涵管導流并結(jié)合已有建筑物過水。另外在新開挖河道或園林拱橋的施工中，因無上游來水，可不做導流，直接堆筑土牛胎。

臨安市天目路橋石拱橋跨徑布置:9m(橋臺)+37m(主跨)+9m(橋臺)=55m。橋?qū)挘?2×4)m(人行道)+10m(行車道)=18m，矢跨比為1/8。由于無詳細水文資料，根據(jù)天目路橋周邊居民詢問及對錦溪水位實際觀測，上游山塘水庫都是低水位,一般雨量不會受影響,枯水期水流量不大。橋頭兩側(cè)均有毗鄰建筑物，無法開挖導流明渠。該橋梁導流方法考慮采用涵管導流并結(jié)合已有建筑物過水。6排直徑1m鋼筋混凝土管斷面面積4.7m2，兩邊親水平臺過水斷面33m2，枯水期涵管過水，汛期涵管及親水平臺共同過水，該導流方案能滿足安全過水要求。鋪設前,挖機將河底整平再填砂礫壓實,放出軸線。鋼筋混凝土管在專業(yè)的預制廠購買,由汽車運輸?shù)浆F(xiàn)場,用吊機進行吊運安裝,管節(jié)由下游開始安裝,使接頭面向上游,所有管節(jié)順水流方向鋪設。管與管之間距離為2.5m左右，中間填土壓實，使混凝土管不承受太大壓力。

3土牛胎施工

3.1土牛胎的結(jié)構(gòu)型式

土牛胎的結(jié)構(gòu)型式(見下圖)與均質(zhì)土石壩相類似，主要由上游壩坡、下游壩坡、壩體、壩頂?shù)葞撞糠纸M成。上游壩坡作用是防止上游來水沖刷，增強土牛胎的穩(wěn)定性，主要包含護腳及護坡兩部分。護腳可參照土石壩的齒槽施工方法采用漿砌塊石擋墻或混凝土擋墻；護坡可參照土石壩的上游壩坡施工方法采用預制塊、土工模袋(可重復利用)，當工期較緊時也可采用混凝土護坡，或在砂礫石護坡表層噴射砂漿成型。下游壩坡的主要作用是降低胎體浸潤線，防止胎體滲透變形，保護胎體不受涵管出水的淘刷。可參照土石壩的排水棱體或貼坡排水進行施工。壩體(土牛胎胎體)的主要作用是臨時承受上部傳遞的荷載，包括主拱圈、施工人員、機械設備、材料等各項荷載，并在上游水壓力的影響下保持其穩(wěn)定性。可參照均質(zhì)土石壩的壩體進行施工。壩頂(胎模)的主要作用是傳遞上部荷載，以及確保土牛胎的成型穩(wěn)定。

土牛胎結(jié)構(gòu)圖

3.2土牛胎的施工時間

土牛胎的填筑及拆除均宜安排在水流影響小的枯水期，填筑應在橋梁臺身強度達到70%后進行，預計7～10d左右土牛胎可完成。待沉降量達到穩(wěn)定，在土牛胎表面鋪設C15混凝土底模，養(yǎng)護7d后即可進行主拱圈砌筑。主拱圈砌筑完成強度穩(wěn)定后進行土牛胎的拆除。

3.3土牛胎的填筑

土牛胎的填筑首先是選材，以就地取材為原則，一般園林拱橋土牛胎多為黏性土或砂性土填筑，填筑質(zhì)量的控制指標為壓實度；河道拱橋土牛胎多為砂礫料填筑，填筑質(zhì)量的控制指標為相對密度。臨安市天目路橋石拱橋土牛胎就是選用橋臺及上下游堤防的開挖料為筑胎材料，橋臺及上下游堤防施工時即將開挖料預先往土牛胎方向堆置。

土牛胎填筑前，先清理橋位范圍內(nèi)的河道淤泥雜草，平整基底，用砂礫石先鋪筑底層并碾壓密實。對上下游護腳進行放樣定位，護腳施工時預留導流涵管位置。安放導流涵管后分層填筑砂礫石，涵管間砂礫石采用小型夯實機人工夯實，填筑至管頂上60cm時采用14t振動壓路機碾壓，采用進退錯距法碾壓3～4遍，砂礫料相對密度達到0.8以上后再填筑上一層。在容易被水浸泡的外圍，填筑砂礫類材料，拱頂部分填筑砂土類材料，不得填筑黃泥。填筑高度超出拱圈設計高度后，進行超載預壓，待沉降達到穩(wěn)定后，重新修平，達到預拱標高。土牛胎上下游邊坡坡度為1∶1.5，邊坡松土拍打密實，上游設置護坡，下游使用貼坡排水或鋪設彩條布防雨水沖刷。頂面寬度要比橋面建筑設計寬度超出2.5～3m，亦可當工作面使用。

土牛胎造形構(gòu)造依照設計標高、拱矢高度和弧度進行整形，并采用地面放木板做大樣，以樣板校正圓弧形狀。邊填邊整形，以使尺寸達到設計拱圈底匹配要求，并按設計要求填筑5cm預拱高度。為保證拱底部外觀質(zhì)量，預壓后的沉降量在允許范圍后，即采用C15混凝土或水穩(wěn)料在土牛胎上鋪設厚度為10cm的底模，并用平板振搗機振搗密實。底模施工時要求按照土牛胎面上的測量放樣澆筑，嚴格控制頂面與弧度保持一致。在混凝土澆筑過程中，運用弧度桿板進行校正，達到弧度標準。在橋兩側(cè)加寬1.5m處澆筑混凝土底模，作為拱圈側(cè)線的支撐點。縱向每4m設一條隔離縫，橫向也每寬4m設一條隔離縫。此縫主要為拆模用，使底模在土牛胎拆除時能自動脫落。

3.4土牛胎的拆除

在主拱圈及其上橫墻全部砌筑完畢，且水泥砂漿強度達到90%后，方可進行土牛胎的拆除。拆除時，先從拱圈的中心開始，上下游兩邊各用一臺挖機，同時進行挖土。兩臺挖機挖進速度應大致均勻，先將中心部位挖空，要注意剛開始時的挖土量要少，以后逐漸增大，保證其平穩(wěn)、均勻沉降。中心部位挖空后，待其部位的拱圈石有一段時間的穩(wěn)定后，再用挖機由中心向左右兩側(cè)挖土，兩邊挖土要均勻。挖機挖至起拱點附近無法工作時，用人工挖除。由于混凝土底模澆筑時已事先設置分隔縫，土牛胎的胎身挖除時，大部分底模會隨著土方的挖除自動脫落，個別未脫落底模應安排人工拆除，嚴禁挖機猛烈敲擊拱圈。土牛胎拆除產(chǎn)生土方可用于橋臺和上下游堤防的土方填筑，未破損的導流涵管可用于堤防排水設施。

4結(jié)語

土牛胎作為拱橋施工時的一種可選方案，根據(jù)不同的地理環(huán)境和工程特征，在許多地區(qū)的拱橋施工中均有應用。在實際應用時，有一些要點需工程參建者注意：

a.在施工過程中應隨時觀測水文信息，及時清理導流涵管洞口堆積的雜物和樹木等漂浮物，過水前拆除上游可能倒塌的電桿、臨時排架等構(gòu)筑物。

b.應嚴格按照設計要求放樣，并填筑預拱高度，預壓后的胎面體型、平整度、高程應符合設計要求。

c.在拆土模時，在拱上中心、兩邊設6～7個點進行沉降觀測，若出現(xiàn)不均勻沉降，應馬上改變拆除位置進行糾偏。

參考文獻

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DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.003

中圖分類號：TV548

文獻標志碼：B

文章編號：1005-4774(2016)07- 0009- 03

Application of earth-cattle arch vaulting in the construction of stone arch bridge arch ring

CAI Jianguo, ZHU Weijun

(ZhejiangFengduoConstructionCo.,Ltd.,Lin’an311300,China)

Abstract：The construction of main arch ring is a critical link to control arch bridge construction safety, schedule, quality and cost. Earth-cattle arch vaulting construction method has natural superiority to control the four above objectives in stone arch bridge main arch ring of scenic spot or small flow channel in urban and rural areas. It also has been widely applied. In the paper, stone arch bridge among Tianmu roads and bridges in Lin’an is adopted as an example for discussing the application of earth-cattle arch vaulting in the construction of stone arch bridge main arch ring. It has certain reference significance to the construction of arch ring or arch aqueduct.

Key words：earth-cattle arch vaulting; main arch ring; construction diversion; form removal