山区拱桥主拱圈套拱加固吊模施工方法探讨

梁吉平

摘要 山区桥梁加固，特别是主拱圈的加固是整个桥梁改造加固工程的重点，选择适宜的施工方法对工程的安全、质量、进度具有重要意义。文章以省道339建始县观坦大桥主拱圈吊模施工为例，针对桥下沟谷较深、水上作业或有通航、道路通行要求、无法搭设满堂支架作业等情况，采用施作吊架、安装吊模的施工方法。该方法施工速度快、安全可靠、技术及经济效益好，经过理论计算和实际施工，验证了该方法的可行性和可靠性，可以在同类工程中推广应用。

关键词 山区桥梁；主拱圈套拱；吊模施工方法

中图分类号 U445.57文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）12-0130-03

0 引言

近几年，交通运输部开展的桥梁“三年消危”的专项行动，对修建历史较早、设计荷载等级较低，出现不同程度病害的桥梁，采取了不同的处理方式；涉及国省道及农村公路上的特大桥、大桥、中小桥，涉及点多、面广，且部分桥梁位处交通不便，大型设备无法进入现场；这就需要在面对不同的桥梁处置方案时，应充分结合地形等实际情况研究不同的施工方法。该文的吊模施工方法，对于位处深谷或水上的拱桥，在不影响交通的情况下对主拱圈的钢筋混凝土套拱施工，进行了详细阐述，对此类施工具有指导意义。

1 工程概况

1.1 桥梁位置和参数

观坦大桥位于339省道建始县境，该桥始建于1996年，桥梁全长130.0 m，桥跨布置为“1-20 m+1—50 m+1-20 m”；边跨上部构造为圬工双曲拱，跨径为20 m，矢高为4 m，矢跨比为1/5；主跨上部构造为圬工板拱，跨径为50 m，矢高为10 m，矢跨比为1/5；下部构造为重力式桥台，扩大基础。桥面铺装为C40钢筋混凝土层，两侧设置钢筋混凝土栏杆。

1.2 加固方案

该次加固改造方案主要提高原桥承载力问题，解决桥面宽度不足及病害修复等问题。该次加固主跨拱圈采用40 cm厚微膨胀钢筋混凝土，对拱圈底进行增大拱圈受力截面加固，并在拱脚处拱圈顶面采用10 cm厚微膨胀钢筋混凝土，对拱圈顶进行加固。新旧拱圈之间采用植筋，使现浇混凝土与既有拱圈形成整体，通过形成的复合拱圈增强砖石的抗弯拉应力和整体刚度。新旧拱圈之间的连接锚杆锚固深度为25 cm，锚杆采用30 cm×30 cm交错布置。主拱圈的纵向主筋均钻孔锚固在老桥浆砌石桥墩内50 cm[1]。

1.3 加固施工中（套拱）吊模施工必要性

观坦大桥位于V形河谷上，施工时汛期临水且两岸地势较为陡峭，加之施工改造时正是汛期，河道内有洪水过境。结合该桥加固设计方案，无法搭设传统满堂支架进行施工。经过多方研究考证并借鉴同类型桥梁加固经验，最终选择在原桥主拱圈制作吊模的施工方案[2]。

1.4 方案比较

（1）满堂支架法：常规的施工方法是搭设满堂支架。该桥梁位处V字形山谷，常年有水，且汛期水量较大；工程建设期处于汛期，无法预料洪水来临时的冲击力对支架的影响；谷底处地质条件较差，沟底至拱圈顶部约25 m，搭设满堂支架则无法保证基底沉降和支架稳定性，不宜采用满堂支架法。

（2）吊模施工法：其方法是在桥梁主拱圈上钻孔植筋，安装钢丝绳，自桥面向下拼装钢管支架，搭设竹跳板，组装施工平台；在平台上安装钢筋和模板，浇筑拱圈混凝土。该方案利用结构本身承重，封闭施工、施工用钢管少、支架稳定，施工安全、施工进度快，质量有保证；其技术性、经济性较好，且施工不受外界因素干扰。如图1所示：

2 施工工艺

吊模施工的工艺流程为：准备工作—钻孔植筋—抗拔力检测—绑扎钢筋—安装吊杆（植筋）—吊杆质量检测—安装模板—安装方木龙骨—安装纵向骨架钢管—安装横向分配钢管—安装蝴蝶扣—安装螺帽—检查验收—浇筑混凝土[3]。

2.1 准备工作

主要包括技术准备、材料准备、劳动力准备和工期规划，各环节务必做到提前谋划、工序间衔接有序。

2.2 钻孔植筋

2.2.1 施工工艺流程

清理原结构及备料—标定位置—钻孔—清孔—注胶—标定植筋—静置固化—质量检验。

2.2.2 施工操作要点

（1）标定位置。检查被植筋的拱圈料石是否完好，用钢筋探测仪测出植筋处混凝土内的钢筋位置（如有），然后核对、标记植筋部位，以便钻孔时避让料石砌缝；如设计的植筋位置有砌缝，则可以对植筋位置进行适当调整（保证纵向或者横向水平位置）。

（2）钻孔。按上述标记钻孔位置、钻孔直径，孔的深度必须达到设计要求。

（3）清孔。钻孔成批量后，逐个清除孔内灰尘。植筋前应用丙酮或工业用酒精擦拭孔壁和孔底[4]。

（4）钢筋处理。检查钢筋是否顺直，用钢丝刷除去锈渍，并用乙醇或丙醇清洗干净，晾干使用。无锈蚀钢筋则可不进行除锈工序。

（5）植筋。植筋用的胶黏剂应采用专用灌注器或注射器进行灌注，灌注量为孔深的2/3，植入钢筋后有少许胶黏剂溢出。注入胶黏剂后应立即单向旋转插入钢筋，直至达到设计的深度，植入钢筋与孔壁间的间隙基本均匀，再校正钢筋的位置和垂直度。

（6）静置固化。胶黏剂完全固化前，不得触动或振动已植入的钢筋，以免影响其黏结性能。

2.3 锚杆质量检测

（1）钻孔质量检验应按照《公路桥梁加固施工技术规范》规定执行。

（2）植筋质量检验可采用抗拔试验，抗拔力必须达到设计要求。

（3）该桥设计锚杆为φ12HRB400螺纹钢筋，查规范fy=360N/mm2。锚杆的极限抗拔力N=AS×fy=3.14×0.06×0.06×360=40.7 kN。

2.4 钢筋安装

钢筋质量控制应满足设计及规范要求[5]。

2.5 安装吊杆（在锚杆上焊接螺杆）

在拱圈底部锚杆上焊接φ14高强度螺杆，焊接螺杆间距为横向60 cm，纵向90 cm。全桥共布设915根锚杆吊点。焊接长度不小于16 cm，焊接质量应严格执行相关规范要求。

2.6 吊杆质量检测

参照锚杆拉拔检测，检测值应≥10 kN（为不破坏锚杆与主拱圈的连接力）。

2.7 安装模板

（1）模板采用20 mm厚多层木胶板，模板表面应平整光洁、无污物，并在模板表面涂刷脱模剂。为防止漏浆，模板接缝处应贴透明胶带（或双面胶），并沿洞口周边模板上口贴海绵条。

（2）模板安装质量应满足规范要求。

2.8 安装方木龙骨

在模板底部横向安装5 cm×8 cm×200 cm的木方，木方纵向间距为20 cm。横向木方搭长度不小于15 cm，依次安装于主拱圈下。

2.9 安装纵横向分配钢管

先沿着锚杆吊点顺桥向安装双排纵向钢管，然后再在纵向钢管下方沿着锚杆吊点安装横向双排钢管。

纵横向分配钢管采用外径Φ48.0 mm、壁厚2.7 mm的钢管，每米的质量为3.33 kg。管面无凹凸、无疵点、裂纹及变形，对弯曲、压扁、锈蚀严重的应禁止使用。

2.10 安装蝴蝶扣和螺帽

依次沿着纵横向右拱脚向拱顶对称安装蝴蝶扣和螺帽。

2.11 检查验收

吊模安装完成后，应现场检验模板情况，验收合格后方能进行下一道工序。

2.12 浇筑套拱混凝土

（1）拱圈混凝土浇筑由拱脚向拱顶对称浇筑，施工过程中，应控制浇筑速度。每浇筑10 m3混凝土（两侧各5 m3约1.5 m高）后停半小时，待模板受力稳定后再继续向拱顶浇筑。浇筑过程中应保证材料供应连续，以减少施工冷缝的出现，确保混凝土的整体性及密实性。

（2）浇筑混凝土的7 d内禁止在桥面采用大型机械施工作业，防止混凝土在养护期内因桥梁振动而产生裂缝。

2.13 模板拆除

（1）模板的拆除将以同条件养护混凝土试块的抗压强度为依据指导拆模。

（2）拆模顺序为“后支先拆、先支后拆”，先拆非承重模板，后拆承重模板。

（3）非承重模板拆除时，混凝土的强度不得低于20 MPa，承重模板（梁、板底模）拆除时混凝土的强度不得低于设计强度的90%。

3 吊模安装示意图及受力验算

吊模安装示意图如图2所示。

3.1 荷载计算

（1）全桥模板总荷载9×55×0.02×800 kg/m3=79.2 kN，每平方模板重0.16 kN。

说明：桥梁拱圈弧长55 m，宽9 m，拱圈面积为495 m2，模板按800 kg/m3自重计算。得模板重量495×0.02（2 cm厚）×800=7 920 kg=79.2 kN，每平方米模板重79.2/495=0.16 kN。

（2）全桥木方总荷载275×10×0.05×0.08×640 kg/m3=70.4 kN，每平方木方重0.14  kN。

说明：桥梁拱圈弧长55 m，宽9 m，拱圈面积为495 m2，木方按640 kg/m3自重计算（根据密度不同，1 m3木方重在400～800 kg之间，该次验算取640 kg），横桥向木方每0.2 m设置一道（55/0.2=275道）。每道木方长10 m（拱圈宽9 m，加1 m搭头长度）。得木方重量275×10×0.05（厚5 cm）×0.08（高8 cm）×640=7 040 kg=70.4 kN，每平方米木方重70.4/495=0.14 kN。

（3）全桥钢管总荷载2 748×3.17 kg/m=87 kN，每平方钢管重0.17 kN。

说明：全桥用钢管2 748 m（61×9×2+55×15×2），钢管重2 748×3.17=8 711 kg=87 kN（壁厚2.7的钢管每米重3.17 kg），每平方米钢管重87/495=0.17 kN。

（4）全桥混凝土总荷载9×55×0.4×24.84 kN/m3=4 918 kN，拱圈钢筋混凝土桥9.93 kN/m2。

说明：上式中24.84取值为混凝土每立方米24 kN，拱圈钢筋重41 800 kg?418 kN/495 m2=0.84 kN，全桥钢筋混凝土重9×55×0.4（拱圈厚0.4m）×24.84 kN（每立方米钢筋混凝土重?混凝土重24 kN+钢筋0.84 kN）=4 918 kN，每平方米钢筋混凝土重4 918/495=9.93 kN。

（5）全桥混凝土浇筑冲击荷载495×2 kN/m2=990 kN，混凝土浇筑冲击荷载标准值2 kN/m2。

说明：混凝土浇筑冲击荷载标准值2 kN/m2，取常规值，实际施工时混凝土为灌入式入模，几乎无冲击荷载。

3.2 荷载组合

永久荷载分项系数取1.2，可变荷载分项系数取1.4。由于全部采用木模，荷载设计值按乘以系数0.9予以折减。

则拱圈恒载：9.93×1.2×0.9≈10.72 kN/m2。

拱圈荷载组合：F2=10.72＋（0.16+0.14+0.17+2）×1.4×0.9≈13.83 kN/m2。

3.3 模板强度验算

采用20 mm厚木模板，下层内楞为200 mm间距的50 mm×80 mm方木。竖向静荷载为10.72 kN/m2，竖向动荷载为3.11 kN/m2，按三跨等跨连续计算：

抗弯强度验算：查表取Km1=0.08、Km2=0.101，则：

Mmax=0.08×10.72×（0.20）2+0.101×3.11×（0.20）2≈0.047 kN·m

Wx=bh2/6=1 000×（15）2/6=37 500 mm3

σ=Mmax/Wx=0.047×106/37 500

≈1.25 N/mm2＜13 N/mm2（故强度满足要求）。

挠度验算：查表取Kw1=0.677、Kw2=0.990、E=9 000 N/

mm2、I=bh3/12=281 250 mm4，则：

ω=Kwq1L4/（100EI）=（0.677×10.72+0.990×5.67）×0.24/（100×9.0×106×2.81×10?7）≈0.081 mm。

ω＜l/400=0.25 mm（故挠度满足要求）。

3.4 受拉螺杆强度验算

模板体系采用Φ14对拉螺杆，间距为900 mm×

600 mm，根据荷载组合，每根对拉螺杆承受的荷载：σ=0.9×0.6×13.83≈7.468 kN

而Φ14对拉螺杆每根可以承受的荷载为：Anf=π×72×235≈36.16 kN＞7.468 kN，满足要求。

4 工程运行情况

观坦大桥建成后，经荷载试验检测合格，并通过验收，目前运行状态良好。

5 结语

该文以湖北建始县339省道上的一座大型拱桥（主跨拱圈为石砌板拱）的主拱圈进行钢筋混凝土套拱采用的吊模施工方法为例，详细介绍了施工工艺流程和控制要点。此类方法在山区拱桥应用较多，其具有快速、经济、技术可靠、拆装灵活等优势，且在深山峡谷和交通繁忙地区均可采用，对今后类似工程具有借鉴意义。

参考文献

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