拱桥钢结构拱架施工

张　宇

(山西路众道桥有限公司，山西 太原　030006)



拱桥钢结构拱架施工

张宇

(山西路众道桥有限公司，山西 太原030006)

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

(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

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64 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)。

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

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。

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。

Arch arch bridge steel structure construction

ZHANG Yu

(To Visit the Bridge Co., Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030006,China)

Abstract:Arch bridge of steel arch structure is suitable for the span of 5 ～ 16 m span cast-in-place reinforced concrete arch bridge bearing structure. Steel arch support beams with cap together, as part of the bearing capacity of pile cap increases the bearing area, and thus increase the bearing capacity of foundation. Because of the steel structure stiffness, strength, ability to meet the requirements; Of subsidence caused by deformation of steel structure itself is very small, thus ensuring the upside in the security and reliability in the process of pouring concrete, reducing the internal cracks caused by uneven settlement, concrete integral sex is good.

Keywords:arch bridge; steel structure; arch

中图分类号：U445

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)03-0095-02

作者简介：张宇(1978-)，男，河北定州人，工程师，研究方向：公路工程管理。

收稿日期：2015-07-01