夏敦寧

南京市公共工程建設(shè)中心 江蘇 南京 210019

1 概述

隨著橋梁建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)不斷推陳出新，建橋技術(shù)也不斷開(kāi)發(fā)新方法，目前，橋梁跨越城市繁華地段河流時(shí)，需在滿足行洪條件下快速完成拱橋拱圈施工，同時(shí)又要符合經(jīng)濟(jì)、美觀、節(jié)能環(huán)保、綠色施工等城市橋梁建造要求，這就對(duì)當(dāng)前拱橋建造技術(shù)創(chuàng)新提出了新的挑戰(zhàn)和要求[1]。

在拱橋施工過(guò)程中，拱圈施工是整座橋梁施工的關(guān)鍵部位，其施工質(zhì)量的好壞將直接影響到橋梁的安全穩(wěn)定[2]，傳統(tǒng)的拱圈施工采用特制定型鋼拱架作為拱圈支撐，用定型鋼模板或?qū)⑿弯撎崆斑M(jìn)行壓彎處理作為拱圈底模背楞[3,4]，但此方法施工困難，需要提前預(yù)制成型圓弧大楞，且在本橋施工中每孔拱圈線型各不相同，造成放樣彎曲成型難度大、所需工期長(zhǎng)、成品構(gòu)件運(yùn)輸及吊裝成本投入大。此外，傳統(tǒng)拱圈澆筑為保證底板密實(shí)，一般采用分兩次澆筑，先澆筑底板和腹板，再澆筑頂板，這樣大大增加了施工工期。而拱圈同步對(duì)稱澆筑一次成型及預(yù)留合龍段、五孔拱圈同步合龍施工技術(shù)可很好的解決傳統(tǒng)方法的不足；不僅極大減輕了拱圈施工對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生的不平衡力及有害結(jié)構(gòu)內(nèi)力問(wèn)題，而且縮短了施工周期。同時(shí)，本橋通過(guò)采用分層組合式支架設(shè)計(jì)，既能滿足十年一遇河道行洪需求，又較好的適應(yīng)拱圈線型。拱圈上部填充采用輕質(zhì)泡沫混凝土創(chuàng)新應(yīng)用，充分滿足填充料的功能需求，保證了結(jié)構(gòu)輕盈、線形美觀，整體安全穩(wěn)定[5]。

浉河公園步行橋橋跨布置如圖1所示。橋梁設(shè)計(jì)荷載：4KN/㎡。橋跨布置：（30.56+3×34.8+30.62）m五孔連續(xù)拱橋結(jié)構(gòu)。下部采用端承樁，矩形承臺(tái)基礎(chǔ)，上部采用圓弧箱形拱，跨徑30.56m～34.8m，拱寬7m，拱軸線半徑18.944m～21.147m，拱圈梁高0.8m和1.0m，橋墩主拱圈拱腳正上方布置腹拱圈。腹拱圈有4個(gè)，均位于橋墩上主拱圈拱腳正上方，長(zhǎng)度為7m，高度為4.13m，拱上側(cè)墻分布于整個(gè)橋跨方向的兩側(cè)，系梁是連接兩側(cè)拱上側(cè)墻的連接系，系梁長(zhǎng)度與兩側(cè)側(cè)墻厚度之和長(zhǎng)7m，寬為0.29m和0.5m兩種，高均為0.5m。拱上主要填料采用泡沫混凝土填充。

圖1 浉河公園步行橋跨布置示意圖（單位：m）

2 工藝原理

拱圈支架設(shè)計(jì)采用分層式組合支架，下層梁式支架+上層滿堂支架。下部結(jié)構(gòu)施工完成后，進(jìn)行支架搭設(shè)施工，分步對(duì)梁式支架和滿堂支架進(jìn)行預(yù)壓，調(diào)整拱圈預(yù)拱度，消除非彈性變形。拱圈模板通過(guò)改變背楞擺放方向，將大楞橫橋向擺放，小楞縱橋向擺放，使得能更好的形成圓弧面；拱圈由兩端向中間對(duì)稱進(jìn)行澆筑，通過(guò)在拱頂設(shè)置拱圈后澆合龍段消除拱圈混凝土收縮徐變應(yīng)力，五孔拱圈先澆段完成后一次性進(jìn)行全部合龍段混凝土澆筑。拱圈上部采用輕質(zhì)泡沫混凝土填充，減輕拱圈受結(jié)構(gòu)自重，填充完成后五孔拱圈同步對(duì)稱完成支架卸落拆除。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 組合式支架設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

根據(jù)《信陽(yáng)市浉河公園步行橋工程防洪評(píng)價(jià)報(bào)告》和浉河近年水文氣象資料可知，浉河汛期為5～9月，十年一遇區(qū)間洪水流量為252m3/s。根據(jù)《跨浉河步行橋工程地質(zhì)勘察報(bào)告》可知，橋址區(qū)上覆人工填土層1.5m，礫砂層4.9m，泥質(zhì)粉砂巖11m。

按照十年一遇流量的行洪和支架承載力要求，拱圈支架設(shè)計(jì)設(shè)防水位+71.5m，支架下部采用φ630×10mm鋼管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，入土深度不小于8m，貝雷梁作為縱梁，貝雷梁梁端與拱座之間均抄墊密實(shí)。支架上部采用碗扣式滿堂支架設(shè)計(jì)以適用拱圈線形，橫橋向每步設(shè)置φ48×3.5mm斜撐桿（非剪刀撐）抵抗拱圈澆筑產(chǎn)生的水平力，增強(qiáng)碗扣支架整體穩(wěn)定性。同時(shí)在拱圈1/4處設(shè)置抗水平抗推力加強(qiáng)橫桿（圖2）。拱腳位置由于支架無(wú)法搭設(shè)，采用楔形桁架結(jié)構(gòu)作為支撐體系。

圖2 組合式支架示意圖

3.2 組合式底模方木背楞快速施工技術(shù)

拱圈底模、內(nèi)模、側(cè)模、端模及扣壓模板均采用厚15mm竹膠板制作。原設(shè)計(jì)采用預(yù)制工12.6型鋼作為底模大楞，縱橋向布置，間距與支架步距相同；用5cm×10cm方木作為底模小楞，橫橋向均勻布置，間距為20cm（圖3）?？紤]到大楞制作彎曲難度大、運(yùn)輸?shù)跹b困難、所需工期較長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)論證分析，將底模下方大楞采用10cm×10cm方木，間距與滿堂支架相同，橫橋向布置；小楞采用5cm×10cm雙層方木，間距為20cm，沿橋軸線縱橋向布置，方木間空隙用楔形木塊加固（圖4）。拱圈頂部扣壓模板背帶采用2φ48×3.5mm（采用蝴蝶扣和16鋼筋拉桿連接），水平方向按60cm一道布置；對(duì)拉桿縱、橫橋向間距均為60cm。

圖3 原設(shè)計(jì)底模背楞示意圖

圖4 改進(jìn)后底模背楞示意圖

3.3 兩側(cè)對(duì)稱澆筑一次成型施工技術(shù)

拱圈混凝土澆筑順序如下。首先安裝拱圈底、腹板鋼筋及預(yù)制的箱型內(nèi)模；然后安裝頂板鋼筋，設(shè)置扣壓模板；在拱圈頂部設(shè)置1m后澆合龍段，采用布置于施工棧橋上汽車(chē)泵進(jìn)行拱圈混凝土先澆段澆筑，總體澆筑順序?yàn)閺倪吙缦蛑锌鐚?duì)稱澆筑，單跨拱圈混凝土從拱腳向拱頂進(jìn)行底板、腹板、頂板澆筑；待全部先澆段拱圈混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除側(cè)模與扣壓模板，對(duì)合龍口進(jìn)行鑿毛沖洗，綁扎合龍段橫向主筋、箍筋，安裝側(cè)模，五孔合龍段同步澆筑C50微膨脹混凝土完成拱圈合龍。

為保證澆筑質(zhì)量和澆筑速率，本施工通過(guò)將每個(gè)箱室分節(jié)段固定預(yù)留振搗斷縫，箱室之間用PVC管進(jìn)行連通，在頂?shù)装迳项A(yù)留振搗孔兼做觀察孔，保證了底板振搗密實(shí)，同時(shí)在澆筑時(shí)安排專人在底板模板外輔助敲擊底模板判斷底板是否振搗密實(shí)，保證了澆筑成型拱圈底板無(wú)蜂窩、麻面、露筋等質(zhì)量問(wèn)題。

3.4 拱圈上部填充新型泡沫混凝土施工技術(shù)

步行橋最初設(shè)計(jì)拱圈上填料采用粉煤灰蒸養(yǎng)磚，雖然粉煤灰蒸養(yǎng)磚密度達(dá)14KN/m3，但全部填充材料重達(dá)4200t，自重大，抗?jié)B性差[6]，與拱圈線型適應(yīng)性差；經(jīng)調(diào)查研究后，本施工通過(guò)采用輕質(zhì)泡沫混凝土作為填料，泡沫混凝土材料具有密度小、質(zhì)量輕，低彈抗震的特點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)具有很好的軟墊特性[7]，滿足原設(shè)計(jì)目的。且施工中該混凝土具有自流平、填充自密實(shí)的特性，無(wú)須振搗碾壓，施工便捷高效[8]。

待側(cè)墻、系梁、腹拱圈施工完成后，按30cm水平分層高度從拱腳到拱頂、從邊跨到中跨對(duì)稱澆筑泡沫混凝土。采用現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械拌制，輸送泵輸送，在白天無(wú)雨情況下進(jìn)行現(xiàn)澆泡沫混凝土施工。泡沫混凝土澆筑時(shí)嚴(yán)禁振搗，澆筑過(guò)程中對(duì)泡沫混凝土溫度進(jìn)行監(jiān)控，并合理采取降溫措施，防止溫度過(guò)高。泡沫混凝土澆筑結(jié)束后的12h內(nèi)對(duì)泡沫混凝土進(jìn)行覆蓋并做保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d。保濕養(yǎng)護(hù)應(yīng)能保持泡沫混凝土處于濕潤(rùn)狀態(tài)，早期養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)防止失水和過(guò)量水浸泡。

4 質(zhì)量控制措施

（1）支架按設(shè)計(jì)預(yù)拱度搭設(shè)完畢后按方案要求進(jìn)行預(yù)壓，以消除支架的非彈性變形，預(yù)壓前在拱圈的拱腳、1/8、1/4及拱頂各布設(shè)7個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，確保支架受荷載后數(shù)據(jù)的對(duì)比分析。

（2）澆筑時(shí)安排專人觀察振搗密實(shí)情況，澆筑完成后對(duì)振搗口及時(shí)封閉，防止漏漿，底模安排專人敲擊觀察是否密實(shí)。混凝土的塌落度宜控制在200±20mm；拱腳位置在鋪設(shè)底模時(shí)需預(yù)留清理雜物的清理口，便于底板的沖洗與清理。

（3）兩側(cè)同步對(duì)稱澆筑前，檢查方木間楔形塊是否有遺漏、壓倉(cāng)板模板加固是否牢靠，以防止在澆筑過(guò)程中發(fā)生脹模；鋼筋焊接及機(jī)械連接按照規(guī)范要求施工。

（4）泡沫混凝土施工中嚴(yán)格按照試驗(yàn)室提供配合比進(jìn)行拌制，澆筑時(shí)嚴(yán)格控制澆筑厚度，防止?jié)仓^(guò)厚發(fā)生塌陷；在澆筑完成后未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度之前嚴(yán)禁人員在混凝土面踩踏。

（5）下部支架基礎(chǔ)和支架布置嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工，減少澆筑時(shí)因基礎(chǔ)不均勻沉降引起模板變形；同時(shí)在上部碗扣支架頂部、中間、底部均按設(shè)計(jì)要求布置水平剪刀撐，在拱圈1/4處設(shè)置水平加強(qiáng)桿，確保架體整體穩(wěn)定性。

5 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

通過(guò)對(duì)單個(gè)拱圈（拱圈1）施工時(shí)方案改進(jìn)前后所產(chǎn)生的工期，人員、材料、機(jī)械費(fèi)用進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)與計(jì)算分析得到如圖5所示結(jié)果，從圖中可以看出改進(jìn)后支架、模板、澆筑和拱圈填充階段施工工期均大幅減少，其中拱圈填充階段工期縮短最多，四個(gè)階段合計(jì)節(jié)省工期約33天。與此同時(shí)，成本投入也明顯下降，其中四個(gè)階段的加工及制作人工投入費(fèi)從10.9萬(wàn)元下降到3.32萬(wàn)元，節(jié)約成本7.58萬(wàn)元；生產(chǎn)施工投入機(jī)械費(fèi)從9.76萬(wàn)元下降到4.08萬(wàn)元，節(jié)約成本5.68萬(wàn)元；但材料租賃/購(gòu)置費(fèi)卻從26.54萬(wàn)元增加到32.05萬(wàn)元，增幅為5.52萬(wàn)元，這主要是因?yàn)楣叭μ畛潆A段泡沫混凝土購(gòu)置費(fèi)高于粉煤灰蒸養(yǎng)磚購(gòu)置費(fèi)造成的。然而綜合來(lái)看，整體成本下降了7.74萬(wàn)元，成本投入明顯下降?？紤]到整個(gè)橋梁施工節(jié)省工期約120天，那么成本投入節(jié)約達(dá)40.0萬(wàn)元。從以上分析可以看出改進(jìn)后快速施工方案具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

圖5 施工方案優(yōu)化數(shù)據(jù)分析對(duì)比圖（單個(gè)拱圈）

6 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)拱圈施工相關(guān)工序及投入材料的優(yōu)化改進(jìn)；對(duì)與拱圈相關(guān)聯(lián)的實(shí)體材料替換，使得在整個(gè)拱圈施工中工期得到明顯節(jié)約，同時(shí)成本投入也大大減少。具體改進(jìn)為：

（1）分層組合式支架設(shè)計(jì)，既滿足十年一遇河道行洪需求，又縮短了施工工期；節(jié)省了材料投入，避免了材料浪費(fèi)。

（2）組合方木背楞施工技術(shù)，搭設(shè)簡(jiǎn)便，施工快捷、可在施工時(shí)依據(jù)不同跨徑、不同線型的拱圈進(jìn)行壓彎制作，為曲面模板快速安裝施工提供了新的施工參考和依據(jù)。

（3）兩側(cè)對(duì)稱澆筑一次成型施工，在保證拱圈受自身結(jié)構(gòu)內(nèi)力穩(wěn)定的前提下，實(shí)現(xiàn)了小箱室型拱圈無(wú)外觀質(zhì)量問(wèn)題一次澆筑成型的突破。

（4）采用輕質(zhì)泡沫混凝土整體分層拱上填充施工，國(guó)內(nèi)采用此填充施工尚屬首例。該技術(shù)的成功運(yùn)用，保證了安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成五孔拱圈上部填充施工。

通過(guò)以上改進(jìn)的施工方法，使得步行橋建設(shè)符合經(jīng)濟(jì)、美觀、節(jié)能、環(huán)保、綠色、快速施工的建造要求，也為同類型行洪條件下橋梁施工提供了施工依據(jù)，具有可推廣性。