城市多跨景观桥拱圈快速施工技术

夏敦宁

南京市公共工程建设中心 江苏 南京 210019

1 概述

随着桥梁建设事业的飞速发展，桥梁结构不断推陈出新，建桥技术也不断开发新方法，目前，桥梁跨越城市繁华地段河流时，需在满足行洪条件下快速完成拱桥拱圈施工，同时又要符合经济、美观、节能环保、绿色施工等城市桥梁建造要求，这就对当前拱桥建造技术创新提出了新的挑战和要求[1]。

在拱桥施工过程中，拱圈施工是整座桥梁施工的关键部位，其施工质量的好坏将直接影响到桥梁的安全稳定[2]，传统的拱圈施工采用特制定型钢拱架作为拱圈支撑，用定型钢模板或将型钢提前进行压弯处理作为拱圈底模背楞[3,4]，但此方法施工困难，需要提前预制成型圆弧大楞，且在本桥施工中每孔拱圈线型各不相同，造成放样弯曲成型难度大、所需工期长、成品构件运输及吊装成本投入大。此外，传统拱圈浇筑为保证底板密实，一般采用分两次浇筑，先浇筑底板和腹板，再浇筑顶板，这样大大增加了施工工期。而拱圈同步对称浇筑一次成型及预留合龙段、五孔拱圈同步合龙施工技术可很好的解决传统方法的不足；不仅极大减轻了拱圈施工对基础产生的不平衡力及有害结构内力问题，而且缩短了施工周期。同时，本桥通过采用分层组合式支架设计，既能满足十年一遇河道行洪需求，又较好的适应拱圈线型。拱圈上部填充采用轻质泡沫混凝土创新应用，充分满足填充料的功能需求，保证了结构轻盈、线形美观，整体安全稳定[5]。

浉河公园步行桥桥跨布置如图1所示。桥梁设计荷载：4KN/㎡。桥跨布置：（30.56+3×34.8+30.62）m五孔连续拱桥结构。下部采用端承桩，矩形承台基础，上部采用圆弧箱形拱，跨径30.56m～34.8m，拱宽7m，拱轴线半径18.944m～21.147m，拱圈梁高0.8m和1.0m，桥墩主拱圈拱脚正上方布置腹拱圈。腹拱圈有4个，均位于桥墩上主拱圈拱脚正上方，长度为7m，高度为4.13m，拱上侧墙分布于整个桥跨方向的两侧，系梁是连接两侧拱上侧墙的连接系，系梁长度与两侧侧墙厚度之和长7m，宽为0.29m和0.5m两种，高均为0.5m。拱上主要填料采用泡沫混凝土填充。

图1 浉河公园步行桥跨布置示意图（单位：m）

2 工艺原理

拱圈支架设计采用分层式组合支架，下层梁式支架+上层满堂支架。下部结构施工完成后，进行支架搭设施工，分步对梁式支架和满堂支架进行预压，调整拱圈预拱度，消除非弹性变形。拱圈模板通过改变背楞摆放方向，将大楞横桥向摆放，小楞纵桥向摆放，使得能更好的形成圆弧面；拱圈由两端向中间对称进行浇筑，通过在拱顶设置拱圈后浇合龙段消除拱圈混凝土收缩徐变应力，五孔拱圈先浇段完成后一次性进行全部合龙段混凝土浇筑。拱圈上部采用轻质泡沫混凝土填充，减轻拱圈受结构自重，填充完成后五孔拱圈同步对称完成支架卸落拆除。

3 关键施工技术

3.1 组合式支架设计及施工技术

根据《信阳市浉河公园步行桥工程防洪评价报告》和浉河近年水文气象资料可知，浉河汛期为5～9月，十年一遇区间洪水流量为252m3/s。根据《跨浉河步行桥工程地质勘察报告》可知，桥址区上覆人工填土层1.5m，砾砂层4.9m，泥质粉砂岩11m。

按照十年一遇流量的行洪和支架承载力要求，拱圈支架设计设防水位+71.5m，支架下部采用φ630×10mm钢管桩基础设计，入土深度不小于8m，贝雷梁作为纵梁，贝雷梁梁端与拱座之间均抄垫密实。支架上部采用碗扣式满堂支架设计以适用拱圈线形，横桥向每步设置φ48×3.5mm斜撑杆（非剪刀撑）抵抗拱圈浇筑产生的水平力，增强碗扣支架整体稳定性。同时在拱圈1/4处设置抗水平抗推力加强横杆（图2）。拱脚位置由于支架无法搭设，采用楔形桁架结构作为支撑体系。

图2 组合式支架示意图

3.2 组合式底模方木背楞快速施工技术

拱圈底模、内模、侧模、端模及扣压模板均采用厚15mm竹胶板制作。原设计采用预制工12.6型钢作为底模大楞，纵桥向布置，间距与支架步距相同；用5cm×10cm方木作为底模小楞，横桥向均匀布置，间距为20cm（图3）。考虑到大楞制作弯曲难度大、运输吊装困难、所需工期较长，经过论证分析，将底模下方大楞采用10cm×10cm方木，间距与满堂支架相同，横桥向布置；小楞采用5cm×10cm双层方木，间距为20cm，沿桥轴线纵桥向布置，方木间空隙用楔形木块加固（图4）。拱圈顶部扣压模板背带采用2φ48×3.5mm（采用蝴蝶扣和16钢筋拉杆连接），水平方向按60cm一道布置；对拉杆纵、横桥向间距均为60cm。

图3 原设计底模背楞示意图

图4 改进后底模背楞示意图

3.3 两侧对称浇筑一次成型施工技术

拱圈混凝土浇筑顺序如下。首先安装拱圈底、腹板钢筋及预制的箱型内模；然后安装顶板钢筋，设置扣压模板；在拱圈顶部设置1m后浇合龙段，采用布置于施工栈桥上汽车泵进行拱圈混凝土先浇段浇筑，总体浇筑顺序为从边跨向中跨对称浇筑，单跨拱圈混凝土从拱脚向拱顶进行底板、腹板、顶板浇筑；待全部先浇段拱圈混凝土达到设计强度后，拆除侧模与扣压模板，对合龙口进行凿毛冲洗，绑扎合龙段横向主筋、箍筋，安装侧模，五孔合龙段同步浇筑C50微膨胀混凝土完成拱圈合龙。

为保证浇筑质量和浇筑速率，本施工通过将每个箱室分节段固定预留振捣断缝，箱室之间用PVC管进行连通，在顶底板上预留振捣孔兼做观察孔，保证了底板振捣密实，同时在浇筑时安排专人在底板模板外辅助敲击底模板判断底板是否振捣密实，保证了浇筑成型拱圈底板无蜂窝、麻面、露筋等质量问题。

3.4 拱圈上部填充新型泡沫混凝土施工技术

步行桥最初设计拱圈上填料采用粉煤灰蒸养砖，虽然粉煤灰蒸养砖密度达14KN/m3，但全部填充材料重达4200t，自重大，抗渗性差[6]，与拱圈线型适应性差；经调查研究后，本施工通过采用轻质泡沫混凝土作为填料，泡沫混凝土材料具有密度小、质量轻，低弹抗震的特点，对结构具有很好的软垫特性[7]，满足原设计目的。且施工中该混凝土具有自流平、填充自密实的特性，无须振捣碾压，施工便捷高效[8]。

待侧墙、系梁、腹拱圈施工完成后，按30cm水平分层高度从拱脚到拱顶、从边跨到中跨对称浇筑泡沫混凝土。采用现场机械拌制，输送泵输送，在白天无雨情况下进行现浇泡沫混凝土施工。泡沫混凝土浇筑时严禁振捣，浇筑过程中对泡沫混凝土温度进行监控，并合理采取降温措施，防止温度过高。泡沫混凝土浇筑结束后的12h内对泡沫混凝土进行覆盖并做保湿养护，养护时间不得少于14d。保湿养护应能保持泡沫混凝土处于湿润状态，早期养护期间应防止失水和过量水浸泡。

4 质量控制措施

（1）支架按设计预拱度搭设完毕后按方案要求进行预压，以消除支架的非弹性变形，预压前在拱圈的拱脚、1/8、1/4及拱顶各布设7个观测点，确保支架受荷载后数据的对比分析。

（2）浇筑时安排专人观察振捣密实情况，浇筑完成后对振捣口及时封闭，防止漏浆，底模安排专人敲击观察是否密实。混凝土的塌落度宜控制在200±20mm；拱脚位置在铺设底模时需预留清理杂物的清理口，便于底板的冲洗与清理。

（3）两侧同步对称浇筑前，检查方木间楔形块是否有遗漏、压仓板模板加固是否牢靠，以防止在浇筑过程中发生胀模；钢筋焊接及机械连接按照规范要求施工。

（4）泡沫混凝土施工中严格按照试验室提供配合比进行拌制，浇筑时严格控制浇筑厚度，防止浇筑过厚发生塌陷；在浇筑完成后未达到设计要求的强度之前严禁人员在混凝土面踩踏。

（5）下部支架基础和支架布置严格按照设计要求施工，减少浇筑时因基础不均匀沉降引起模板变形；同时在上部碗扣支架顶部、中间、底部均按设计要求布置水平剪刀撑，在拱圈1/4处设置水平加强杆，确保架体整体稳定性。

5 经济效益对比

通过对单个拱圈（拱圈1）施工时方案改进前后所产生的工期，人员、材料、机械费用进行调查统计与计算分析得到如图5所示结果，从图中可以看出改进后支架、模板、浇筑和拱圈填充阶段施工工期均大幅减少，其中拱圈填充阶段工期缩短最多，四个阶段合计节省工期约33天。与此同时，成本投入也明显下降，其中四个阶段的加工及制作人工投入费从10.9万元下降到3.32万元，节约成本7.58万元；生产施工投入机械费从9.76万元下降到4.08万元，节约成本5.68万元；但材料租赁/购置费却从26.54万元增加到32.05万元，增幅为5.52万元，这主要是因为拱圈填充阶段泡沫混凝土购置费高于粉煤灰蒸养砖购置费造成的。然而综合来看，整体成本下降了7.74万元，成本投入明显下降。考虑到整个桥梁施工节省工期约120天，那么成本投入节约达40.0万元。从以上分析可以看出改进后快速施工方案具有明显的经济效益。

图5 施工方案优化数据分析对比图（单个拱圈）

6 结论

本研究通过对拱圈施工相关工序及投入材料的优化改进；对与拱圈相关联的实体材料替换，使得在整个拱圈施工中工期得到明显节约，同时成本投入也大大减少。具体改进为：

（1）分层组合式支架设计，既满足十年一遇河道行洪需求，又缩短了施工工期；节省了材料投入，避免了材料浪费。

（2）组合方木背楞施工技术，搭设简便，施工快捷、可在施工时依据不同跨径、不同线型的拱圈进行压弯制作，为曲面模板快速安装施工提供了新的施工参考和依据。

（3）两侧对称浇筑一次成型施工，在保证拱圈受自身结构内力稳定的前提下，实现了小箱室型拱圈无外观质量问题一次浇筑成型的突破。

（4）采用轻质泡沫混凝土整体分层拱上填充施工，国内采用此填充施工尚属首例。该技术的成功运用，保证了安全、优质、高效地完成五孔拱圈上部填充施工。

通过以上改进的施工方法，使得步行桥建设符合经济、美观、节能、环保、绿色、快速施工的建造要求，也为同类型行洪条件下桥梁施工提供了施工依据，具有可推广性。