大跨度拱架水中支墩方案的探讨

石定志

(华南铁路建设监理公司，湖南 怀化418000)

1 方案提出

贵州铜仁市开发区浅滩大桥，跨越锦江河。该桥主跨为90 m的悬链线箱型拱，桥宽为11.9 m;矢跨比1/8，矢高11.25 m;常水位时桥位处锦江水面宽近80 m，水深 5.0～11.3 m。

经地质探孔勘察，桥址河床断面靠河流冲刷凹面(1#桥台)一侧，河床上除1 m左右的淤泥外，基本无覆盖层。河床断面另一侧(2#桥台)，地面呈“半岛”形向水中凸出，从河中心往河岸，河床断面逐渐淤积砂砾层，自上往下为淤泥质粉质黏土、粉砂层和砂卵石层。基岩为坚硬的白云岩。

跨河大跨度拱桥的施工，其难点主要在于水中基础和支墩的施工，以及拱架的安装与拱圈混凝土的施工等。因该拱桥跨度大、对拱架施工要求严格，且在洪水暴发时河水陡涨陡落，拱圈支架施工风险较大。

水中支墩是拱圈支架施工能否顺利进行的关键工序。因此，必须做好在水中的拱架支墩结构选型以及结构的强度、刚度、稳定性的验算工作。

2 方案比选

2.1 方案研究

方案之一 利用混凝土柱作支墩，亦即清理河底沉渣，立模、浇注水下混凝土柱，组成河中支墩体系。拱圈施工完成后爆破拆除混凝土柱。此方案承载力较好，但拆除工作量较大。

方案之二 用φ50钢管搭设满堂拱桥支架。此方案因河水过深，水面下钢管立柱纵横连接困难，且由于立杆太长，支架的稳定性得不到可靠的保证，且易形成立杆受力不均匀，造成支架出现不均匀沉降。

方案之三 用φ1 200钢管桩为水中支墩，水上部分以万用杆件拼装成拱架。此方案需租赁大功率的打桩机，并要在φ1 200钢管桩支墩范围内搭设稳固的钢构件打桩平台，且基面岩层较硬，施工复杂且不经济。

方案之四 采用在河床底浇注水下混凝土支墩基础，利用4根T型组合杆件组成拱架承力支墩体系。每支墩处筑3 m×3 m的水下混凝土基础，T型杆件顶部露出常水位水面，其上搭设工字钢、贝雷架，在贝雷架上立φ40钢管满堂拱架。

2.2 方案优选

通过综合优劣比较，方案四明显优于其他三个方案。因此，我们最后决定采用方案四，亦即在水中建立临时支墩搭设拱圈支架(如图1)。拟定在河中顺桥轴方向设五个支点，每支点横桥向用两组T型组合杆件作支墩，分别立于3 m×3 m的水下混凝土基础之上，见图2;T杆顶端用I32型钢束连接后，再架设单层贝雷架及φ40钢管拱圈支架。

图1 拱圈支架水中支撑系统(单位:m)

图2 水中支墩构造示意(单位:cm)

3 方案实施

3.1 施工设计计算

根据所选方案做施工设计图，计算荷载并验算支墩结构的强度、刚度和稳定。拱架基底应力经检算为185.9 kPa，满足砂卵层地基承载力值280 kPa的要求;C25混凝土基础、支墩T形组合压杆受力也都在容许范围之内。

3.2 施工工艺

1)定好支墩的平面位置后(水中以浮标定位)，用吸砂泵按3.0～3.5 m的宽度将河底覆盖物抽出，由潜水员按方案设计图立制好3 m×3 m支架基础模型，沉入预定位置，支撑加固。再将吸砂泵的莲蓬头伸至模内底部抽净基底沉渣，包括基岩面凹凸不平处的沉渣，直至不影响混凝土与其黏接为止。

2)用混凝土输送泵通过输送管伸入基础模型内基底，直接浇注水下混凝土基础(输送管内放一与管径同样大小的海棉橡胶球，排出后可使混凝土封闭管口，不致管内进水)，用测绳控制基顶高度。

3)基础的厚度除要求＞1 m外，其实际厚度根据计算确定，要求T1、T3及 T4杆件组合后，所有支架支墩的顶面高程为244.50 m。

4)在每个基础的顶面，按T1杆端面锚栓孔尺寸，由潜水员预埋好锚杆，将 T1杆与混凝土基础牢固连接。在每个基础的中间，埋设带孔的43 kg/m钢轨，用以穿铁线将T形杆支墩柱拉住，防止在支墩搭设过程中及未受载之前被河水冲刷倾覆。

5)在河岸上，用两组4根T1杆件拼装连接而成T杆组合支墩，吊至浮动平台上，利用浮动平台上的吊架，将支墩吊起落入水中就位、固定。按计算长度顺接T形杆件。

6)在T杆支墩顶部沿桥轴线方向设3扣4短钢轨束，用φ22U形螺栓与T杆顶部联接。钢轨束上横桥方向设一排12根 I32型钢束，用 φ16U形螺栓与［80将其箍住。再在工字钢束架设单层贝雷架、搭设φ40钢管拱圈支架。

7)当拱圈施工完成后，拱架的拆除由上至下逐层进行。水下T形杆件支墩用简易浮船吊装运出。

3.3 主要技术特点

1)稳定性强 T形组合杆件置于水下混凝土基础之上，锚栓连接形成支墩体系，能较好地保证拱架下部的稳定。且整个杆件体系抗洪水、大风袭击的能力较强，从而更加确保拱架稳固可靠。

2)施工安全性好 T形组合杆件结构和贝雷梁的拼装连接都可以在岸上用汽车吊机进行，拼装好后，用简易的浮船作平台，将其运到预定位置即可，尽可能地避免了水下作业。贝雷梁上钢管支架的搭设工艺简单，劳动强度小，施工安全容易确保。

3)拆卸简捷、方便 拱架上部设置钢管调节螺栓作为拱架的卸落设备，而钢管架、贝雷架及工字钢，也只需松卸螺栓或扣件便可按要求分批、分次、限量地拆除，水下T形杆件支墩利用简易浮船吊装运出。

4)可缩短工期 拼装T形杆件支墩，可分别在岸上、水上不同的作业面进行，大大地节省了整个拱架搭设的时间，缩短工期。

5)经济性好 此方案所用的所有机具材料，包括:T形杆件、43 kg/m再用轨、I32工字钢、贝雷梁、φ40钢管及其扣件、钢管调节螺栓等，都充分利用现有设备搭设钢拱架，节省了工程投资。

4 结语

1)该施工工艺与其他支墩施工方法相比，简化了施工工艺，降低了劳动强度，节约了投资，提前了工期，保证了施工安全。施工过程中，曾先后经历两次多年不遇山洪的考验，确保了拱圈施工顺利进行。而且充分利用自有的材料设备搭设支架，未租赁、添置任何新的材料设备，节约了人工费用，大大减少了工程成本，取得了较好的经济效益。

2)应用T形组合杆件作为水中支墩，解决了水中大跨度拱桥支架施工的难题，为跨河大跨度拱桥施工探索了一种较新的方法。近年来，在山区河段修建大型拱桥工程中多次成功应用。故此工艺具有一定的可靠性和先进性，可在类似工程施工中推广使用。

［1］陈琳.下承式钢管混凝土系杆拱桥支架施工技术［J］.铁道建筑，2007(1):26-28.

［2］中华人民共和国交通部.JTJ041—2000 公路桥涵施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［3］刘自明.桥梁深水基础［M］.北京:人民交通出版社，2003.