柳傳飛 陳 潔

工程概況：拱圈采用等厚度拱板結(jié)構(gòu)，拱軸線采用圓弧線，除主拱圈厚度為0.4m以外，其他跨拱圈厚度為0.35m，拱圈寬17.05m，拱圈計(jì)算跨徑分別為 11m、12m、13m、12m、11m，計(jì)算失高分別為 5.5m、6m、6.5m、6m、5.5m，矢跨比均為1/2，拱圈為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，拱腳設(shè)C30護(hù)拱。

1 拱架理論驗(yàn)算及其搭設(shè)過程中存在的技術(shù)、管理問題

拱架的核心任務(wù)是保證現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的安全并與施工總體進(jìn)度相匹配，現(xiàn)澆施工橋梁的支架根據(jù)橋下通航或通車情況可分為：滿堂支架、立柱——托梁支架，而根據(jù)支架的組成構(gòu)件可將支架分為：鋼管扣接腳手架、門式腳手架、貝雷桁架、萬能桿件以及特殊加固支架。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況（后期因濕地生態(tài)公園水系綜合調(diào)整為水上橋）本工程采用當(dāng)前使用較為普遍的碗扣式支架作為拱圈的主受力構(gòu)件——現(xiàn)澆拱架（圓曲線或二次拋物線型），由于拱圈底模、支架上各點(diǎn)壓應(yīng)力均斜指向圓心的受力特點(diǎn)，根據(jù)力學(xué)原理各斜向力均可分解為豎向及水平分壓力，因此除普通立桿外斜桿設(shè)置尤為重要，稍有疏忽必將導(dǎo)致拱圈底模板局部變形，尤其兩側(cè)1/4拱跨處常出現(xiàn)凹凸圓弧型，經(jīng)驗(yàn)證明除了對(duì)受力較為復(fù)雜的斜桿進(jìn)行驗(yàn)算、主次梁設(shè)置到位外、斜桿及其掃地桿必須全部落地并與立桿扣接，在加強(qiáng)拱架整體性的同時(shí)更有利于改善拱圈側(cè)面的實(shí)際受力狀況，方能保證圓弧拱圈拆模后順滑的外觀線型。筆者認(rèn)為：從提高拱架安全穩(wěn)定保證系數(shù)的角度出發(fā)，應(yīng)遵從結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)而建模，通過應(yīng)用軟件建立三維空間立體圖形，將實(shí)際材檢參數(shù)逐項(xiàng)帶入而得出具體的支架搭設(shè)方式。同時(shí)作為設(shè)計(jì)單位也應(yīng)從工程安全性角度考慮對(duì)模板支架系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性驗(yàn)算后給出相對(duì)較為簡單且便于實(shí)操的建設(shè)性意見。這里首推東南大學(xué)建筑系自主研發(fā)的《結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器》，在精確計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力方面具有較高的準(zhǔn)確度和優(yōu)越性。近年來頻發(fā)的現(xiàn)澆支架倒塌事故固然和支架驗(yàn)算有一定的關(guān)聯(lián)，但其本身的材質(zhì)、實(shí)際是否按方案進(jìn)行搭設(shè)（即管理問題）以及現(xiàn)行行規(guī)的不合理等也是不容忽視的原則性問題。一方面，支架鋼管驗(yàn)算均按照外徑48mm，壁厚3.5mm進(jìn)行的，而鋼管在經(jīng)過多次反復(fù)周轉(zhuǎn)使用后壁厚2.8～3.0mm，這種鋼管截面慣性矩?fù)p失在7～13%左右，如果銹蝕嚴(yán)重，其驗(yàn)算取值將更小，無疑增加其安全隱患。因此，對(duì)于進(jìn)場的每一批管材都應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行外檢，以檢測其壁厚及相關(guān)技術(shù)參數(shù)從而確定實(shí)際單桿承載力。另一方面，現(xiàn)行的行業(yè)規(guī)范《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB51210-2016）雖經(jīng)多次修改，但部分規(guī)定仍然缺少合理性和現(xiàn)實(shí)的可操作性，諸如：支架底部掃地桿離地距離，支架頂部懸挑長度，縱、橫水平剪刀撐在橫梁加密區(qū)的搭設(shè)間距等。部分條文的不切實(shí)際必將造成從業(yè)者疑惑、抵觸心態(tài)，更是給施工、社會(huì)第三方及行業(yè)監(jiān)管方造成有行規(guī)卻基本無法實(shí)施的矛盾尷尬局面，關(guān)于此問題呼吁行業(yè)主管部門根據(jù)當(dāng)前市場的實(shí)際狀況，盡快研究制定新的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，使部分?jǐn)?shù)據(jù)理性回歸、讓行業(yè)規(guī)范回歸行業(yè)本源，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“理論指導(dǎo)實(shí)踐”。

2 拱腳鋼筋密集不易搗實(shí)，拱頂混凝土塑性沉降而變形開裂

因本項(xiàng)目橋梁屬普通的上承式鋼筋混凝土實(shí)腹式板拱橋（超靜定結(jié)構(gòu)），為了抵抗拱腳處承受的較大水平推力，設(shè)計(jì)通常在拱腳處采用鋼筋加密的方式，諸多類型鋼筋密布而縱橫交錯(cuò)，為了保證混凝土振搗達(dá)到預(yù)期效果，通常做法根據(jù)振搗棒的作用半徑將鋼筋和模板預(yù)留操作孔，然而局部區(qū)域連50振搗棒都無法正常伸入，為了施工操作方便，一般按照100cm間距進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)可通過外加劑改變混凝土拌合物流動(dòng)性兼具自密性（坍落度值一般控制在140～180mm），自拱腳至拱頂對(duì)稱平衡澆筑，嚴(yán)格按照澆筑一段振搗一段封閉一段的方式循環(huán)推進(jìn)。由于拱頂后澆帶混凝土澆筑后初凝前骨料的塑性沉降變形，致使拱頂表面出現(xiàn)橫向收縮裂紋。對(duì)于該問題筆者認(rèn)為應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：①在B節(jié)段混凝土接近初凝前即進(jìn)行C節(jié)段的混凝土澆筑；②C節(jié)段應(yīng)采用UEA微膨脹混凝土；③C節(jié)段澆筑至初凝后再進(jìn)行二次復(fù)振，然后快速人工壓面；④拱頂混凝土澆筑完成后須進(jìn)行拉毛并及時(shí)進(jìn)行成品保護(hù)；⑤、C節(jié)段合攏混凝土澆筑應(yīng)在一天中溫度較低的時(shí)間段內(nèi)完成。

圖1

3 拱圈縱向受力主筋保護(hù)層厚度兩側(cè)、上下不對(duì)稱

拱圈縱向主筋保護(hù)層厚度工前合格率約為95%，而工后成品檢測合格率僅為55%左右，分析總體數(shù)據(jù)呈現(xiàn)圓弧兩側(cè)不對(duì)稱趨勢（即一側(cè)偏大，另一側(cè)必偏?。?，前、后較大數(shù)值差異的主要原因分析如下：①鋼筋主材為彈性線性體，混凝土不能保持對(duì)稱澆筑，一側(cè)或底部受壓后另一側(cè)或上部將發(fā)生彈性形變（保護(hù)層偏大）；②目前市場普遍采用的鋼筋保護(hù)層墊塊為高強(qiáng)砂漿墊塊，但由于綁扎安裝不到位及砂漿墊塊自身的質(zhì)量問題，常常在較高的混凝土布料沖擊力下造成墊塊滑移、個(gè)別倒伏甚至是壓碎剝落（保護(hù)層偏?。?；③鋼筋連接過程中由于溫度的不均勻極易造成焊接過程中局部翹曲形變（保護(hù)層偏大）。諸多影響因素致使拱圈鋼筋保護(hù)層厚度很難控制到理想狀態(tài)。筆者根據(jù)本項(xiàng)目質(zhì)量管控經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下幾點(diǎn)方法：①背面模板設(shè)置鋼筋或墊塊支撐；②鋼筋連接宜優(yōu)先采用機(jī)械或CO2氣體保護(hù)焊連接方式；③采用鋼筋馬鐙、高強(qiáng)砂漿墊塊混合保護(hù)層；④混凝土澆筑前采用型鋼梁進(jìn)行壓模反扣；⑤嚴(yán)格保持混凝土對(duì)稱平衡澆筑工藝。

4 拱圈底部（接近拱腳）容易出現(xiàn)縱向裂紋

由于拱橋自身受力特點(diǎn)，在理想狀態(tài)下拱腳處承受豎向、水平反作用力，然而由于承臺(tái)等基礎(chǔ)的不均勻沉降在拱腳處產(chǎn)生的位移或轉(zhuǎn)角、因恒載作用、混凝土收縮徐變以及拱圈混凝土產(chǎn)生彈性壓縮使拱軸線縮短等各種原因衍生的次生內(nèi)力極易在拱腳處形成應(yīng)力集中區(qū)域，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力的合力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)便在拱腳部位出現(xiàn)環(huán)狀裂縫，直到結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力處于平衡狀態(tài)后這種裂縫才能趨于停止。另外，對(duì)于拱式實(shí)腹板環(huán)向混凝土結(jié)構(gòu)均承受壓應(yīng)力，垂直方向上的單向板承受較大的混凝土收縮徐變拉應(yīng)力影響，通過以上諸多原因分析得出主承重拱圈底部出現(xiàn)縱向裂縫將在所難免，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)在地質(zhì)情況不良地區(qū)，95%以上的拱橋均存在類似的質(zhì)量通病問題。然而筆者認(rèn)為：在設(shè)計(jì)或施工工藝上的優(yōu)化與完善，對(duì)限制裂縫的分部狀態(tài)與發(fā)展趨勢將大有裨益，盡管《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中根據(jù)結(jié)構(gòu)物及所處環(huán)境等級(jí)對(duì)裂縫寬度有嚴(yán)格要求（三類環(huán)境及結(jié)構(gòu)最低≤0.2mm），本橋拱圈寬度達(dá)到17.05m，根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTGTF50-2011）的要求，理論上對(duì)于無鉸拱超靜定寬幅拱橋應(yīng)按照4～6m沿拱軸線方向至少應(yīng)設(shè)置2道沉降縫；同時(shí)考慮上承式拱橋橋面通車的連續(xù)性，應(yīng)在主拱圈上部設(shè)置蓋縫板（混凝土材料+有機(jī)合成材料）。在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上可考慮增設(shè)水平防裂構(gòu)造鋼筋，加密區(qū)域自拱腳向上單側(cè)范圍為1/4拱跨，這些措施將大大減少拱圈底部縱向裂縫分部的密度和深度。

5 橋臺(tái)臺(tái)后防護(hù)塊側(cè)墻工后沉降大

因拱腳的受力特性，設(shè)計(jì)通常的做法是在拱腳橋臺(tái)后設(shè)置防滑快以平衡拱腳的水平推力，由于防滑塊采用片石混凝土或素混凝土等擴(kuò)大淺基礎(chǔ)、拱腳采用鉆孔灌注樁深基礎(chǔ)，兩者的設(shè)計(jì)目的及其受力結(jié)構(gòu)體系存在本質(zhì)性的差異，工后沉降速率自然有差異。由于6號(hào)拱橋?yàn)槲蹇邕B續(xù)拱且地質(zhì)條件較差，0#橋臺(tái)臺(tái)后防滑塊較拱上側(cè)墻近6m，臺(tái)后回填后產(chǎn)生23cm沉降值，通過防滑塊及其臺(tái)后路基的等載預(yù)壓、防滑塊頂部二次加高等方式予以解決。為了避免該質(zhì)量問題的再次發(fā)生，筆者認(rèn)為解決和預(yù)防該問題的方式應(yīng)包括以下兩個(gè)方面：若拱腳及其臺(tái)后基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式相異，則待防滑塊側(cè)墻分段施工至最后一段后應(yīng)暫停施工，將臺(tái)內(nèi)及其臺(tái)后全部回填（長度為8～10m）即可進(jìn)行超載預(yù)壓，待沉降穩(wěn)定后再進(jìn)行防滑塊兩側(cè)上部最后一段側(cè)墻的施工作業(yè)；若拱腳及其臺(tái)后基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式相同，預(yù)壓工序應(yīng)根據(jù)工程樁深基礎(chǔ)的實(shí)際形式予以確定。從經(jīng)濟(jì)、合理化角度出發(fā)，對(duì)于預(yù)防高填方工后沉降的方式仍應(yīng)從回填材料及施工工藝兩方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

6 結(jié)束語

（1）拱架理論驗(yàn)算應(yīng)從立足工程實(shí)際，從結(jié)構(gòu)安全保證度出發(fā)，在三維空間網(wǎng)架立體結(jié)構(gòu)體系技術(shù)尚未全面掌握和熟練應(yīng)用的前提下，應(yīng)優(yōu)先考慮實(shí)際建模的平面結(jié)構(gòu)體系；同時(shí)對(duì)于拱架實(shí)際搭設(shè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注與審批方案的一致性以及工人的專業(yè)性。

（2）拱腳鋼筋加密區(qū)不易振搗密實(shí)、拱頂合攏段混凝土塑性裂紋應(yīng)從混凝土拌合物的和易性、施工工藝的合理性角度提前預(yù)判和優(yōu)化。

（3）鋼筋保護(hù)層已成為混凝土結(jié)構(gòu)主控項(xiàng)目（關(guān)鍵指標(biāo)），如何突破當(dāng)前施工水平，應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工優(yōu)化的角度進(jìn)行全面考慮，從而保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

（4）拱圈底部縱向裂縫已成為實(shí)腹式拱圈常見質(zhì)量通病，應(yīng)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)及加筋補(bǔ)強(qiáng)等方式予以防控，使裂縫受控直至消亡，提高拱橋結(jié)構(gòu)的使用壽命。

（5）拱內(nèi)回填及臺(tái)后沉降等質(zhì)量通病問題應(yīng)本著“實(shí)事求是、措施得當(dāng)、及時(shí)消除”的原則，從“四新”出發(fā)優(yōu)化設(shè)計(jì)、立足實(shí)際改進(jìn)工法予以解決。