拱桥钢结构拱架施工

拱桥钢结构拱架施工

摘 要：拱桥钢结构拱架适用于跨径5～16 m跨度现浇钢筋混凝土上承式结构拱桥。钢结构拱架支撑梁同承台连接在一起，承台作为承载力的一部分，增加了承载面积，从而增大地基承载力。由于钢结构自身的刚度、强度能力满足要求；自身钢结构变形引起的沉降很小，从而保证整个上部混凝土在浇筑过程中的安全性和可靠性，减少了不均匀沉降引起的内部裂缝，混凝土整体性好。

关键词：拱桥；钢结构；拱架

1 拱桥钢结构拱架施工特点

拱桥拱圈采用三铰桁架式拱架现浇施工，其中拱架的支撑部分为在两拱脚处原地面硬化后预制支撑柱、预埋螺杆安装铰接底座(该铰接底座预埋在墩台的侧墙面)，较以往的土牛施工法和地面满堂支架法，能够更好地克服水流和现场地基承载力等影响因素，缩短了施工工期，降低了施工成本。三铰桁架式拱架高度可由铰接底座螺杆螺丝调节高程，能够更加方便、精准、快速的对拱架整体进行调整。该拱架整体刚度大、稳定性强、结构轻盈、自重小、便于安装与拆卸。施工工艺完善、简便，可操作性强，降低劳动强度，便于推广，机械化使用效率高、施工速度快，施工质量容易控制。本文以跨径5 m现浇钢筋混凝土上承式结构拱桥为例论述。

2 工艺流程及操作要点

2.1 选择依据

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(1)根据施工技术指导，应进行力学验算，三铰钢拱圈施工方案能满足安全施工要求。

(2)桥梁拱圈的拱轴线采用圆弧线，矢跨比均为f/L=1/2。拱圈截面形式为矩形板，板厚0.5 m，材料为C40钢筋混凝土。拱上浇筑混凝土侧墙，侧墙内用天然砂砾填充。

(3)桥梁横断面：桥梁总宽度为44 m。纵向中心线处设沉降缝。

2.2 操作要点

2.2.1 钢结构设计流程

(1)拱架设计

拱架设计采用CAD标准制图设计。根据各种材料的刚度特性，钢结构拱架选材为：拱架外弧采用槽钢、拱架弦杆采用工字钢、拱架腹支撑使用钢管加固、拱脚连接使用炮弹销、底座采用钢板底座。

(2)槽钢、工字钢设计

根据原图纸提供拱圈半径尺寸，按照等腰直角三角形结构，计算拱架槽钢、工字钢、腹内支撑钢管的下料长度，要注意下料时的拱圈半径实际尺寸为Rm=Rm～-(5 cm+5 cm+1 cm)(说明：Rm～为原图纸设计拱圈半径，5 cm为预留地板钢模板尺寸，1 cm作为后期拱架和底模板调整预留间隙)，工字钢在底座区和顶端分别在肋板加焊10 mm厚钢板，长度为30 cm，加强其刚度作用。

(3)腹内钢管设计

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按照已经设计好的拱架半圆弧和弦杆尺寸，以弦杆中心向两端 cm等距离布设腹内钢管，在端部进行适当加密，加强后期焊接点的刚度。

(4)底座设计

根据已经完成的钢拱架结构，设计下部底座规格及尺寸，底座采用钢板定型底座，采用10 mm底板、20 mm腹板、18 mm厚的三角支撑板，起到高抗压、高抗剪的作用。

(5)炮弹销尺寸

根据标准炮弹销尺寸：49.5 mm×190 mm,设计孔径为50 mm，方便后期紧固和拆除。

根据上述设计，在CAD中详细绘制三铰拱架结构各部件尺寸：三铰钢拱架，由工字钢(弦)、双槽钢(弧)、钢管(内腹斜撑)、拱顶铰及拱脚铰等基本构件组合。

(6)拱架片数量

按照桥梁宽度，间距1.2 m等间距布设，在拱圈两端及中间分别增加一排拱架，作为施工薄弱区域的加强。

2.2.2 钢拱架加工

(1)模型加工

钢拱架加工前，所有设计图须按照实际比例，使用竹胶板1∶1 进行加工，加工完备后运到工作现场，进行现场预拼装。根据现场拼装实际效果，二次进行局部结构的修改，给

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下一步正式加工提供可靠数据。

(2)钢拱架加工

当模型正式修改确定后，开始钢拱架正式加工。第一次加工完整的钢拱架两片后，将加工好的成品钢拱架二次现场实际拼装验收，再次进行细部微调整后，开始大批量生产。

2.2.3 承台验收

支撑柱及拱架安装前，必须对墩台进行强度回弹验收，合格后方可进行钢拱架支撑柱的浇筑。

2.2.4 支撑梁、支撑柱工序

(1)支撑梁

承台完成后，增加一道支撑梁工序，用来解决支撑柱的受力。沿承台的内边缘开挖44(长)×0.5 m(宽)×0.3 m(深)的混凝土沟槽。沿承台底部+10 cm位置处植入φ12、φ10钢筋，确保支撑梁和承台为整体结构。随后拼装支撑梁侧面模板，沟槽内浇筑C50混凝土，作为上面支撑柱的平台。

(2)支撑柱

沿承台前后两侧间隔1.2 m现浇支撑柱，支撑柱尺寸30 cm×30 cm×1.5 m，支撑柱与承台的接触面植3排φ12螺纹钢筋，上下间距10 cm，左右间距为8 cm，柱顶预埋4根φ20螺杆，埋深15 cm，外漏高度7 cm(作为后期预压调整高程控制)。

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图1 支撑梁图(单位：cm)

图2 支撑柱简图

综上要求，在承台面上进行钻孔植钢筋，然后进行模板的支护、混凝土浇筑工作，在浇筑混凝土后，待30 min后进行φ20螺杆的预埋工作。

(3)钢板底座安装

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技术人员按照设计高程，在承台侧面标记钢板底座的位置线，随即将钢板底座和砼支撑柱预埋螺栓连接在一起，整体安装结束后进行精度二次测设。通过预埋螺杆的螺栓来控制底座的高程，确保炮弹销孔在一个平面内，拱架拼装在同一高度。

要点控制：预埋件孔位置容许偏差5 mm；平面容许高差2 mm；拱顶高程控制在设计高程偏差容许内；钢板底座塞入三角木楔，起到加固作用。

(4)钢拱架安装

①钢拱架现场拼装

由于拱圈铺底混凝土提前浇筑，利用此场地进行钢拱架拼装。吊车将拱架子母片吊到现场后，工人对扣后将炮弹销打入紧固，吊车吊至位置后，进行落拱架，此时四名工人各负责一端，将拱架片和底板孔位置调整对正后迅速打入炮弹销、插入保险丝。两侧设斜撑或斜拉风揽使其稳固，安装后每四片拱架设横联，锁定平面整体结构。过程中必须有一名现场专职安全员。

②剪刀撑

当钢拱架全部横向联系结束后，进行剪刀撑工序，使用1.5 m和3 m钢管配合十字扣件加强，使之形成超静定结构体系。

③水平支撑加固

拼装底模板前，在拱架顶部向下1/3处进行水平加固，防止钢支架在此位置处因受力过大，引起刚度变形。

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要点控制：应设置预拱度，按二次抛物线设置，安装完毕后，进行整体高程测量和稳定性检查，即对其平面位置、顶部标高、节点联系、各向稳定性进行全面检查，符合要求后进行下道工序；拱架纵轴线的平面容许偏位L/2 000，且不大于30 mm，拱架高程容许偏差(+20 mm、-10 mm)。

2.2.5 拆除拱架

(1)拆除时间在拱圈混凝土浇筑后，强度达到设计强度的80%方可进行落架。

(2)拆架顺序

安装临时支架支撑拱架、拆除底座炮弹销、拱架整体下落5 cm(分次循环进行)、拆除组合模板、从拱顶预留孔处用倒链挂住拱架、逐片拆除拱架横联、倒链落拱架、拆卸拱架、拖运出现场。

3 结 论

采用三铰钢拱架定性模板拼装，较传统工艺有技术上的优势，前期加工模板、现场机械吊装速度快，施工费用较土牛施工方法费用相应减少，而且定性模板可循环利用。该拱圈三铰拱施工工艺，在材料、工艺、技术、程序上都得到有效的保证，拱圈在线形、尺寸、结构强度、成品外观等方面达到验收标准，得到各界的好评。

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