刚架拱桥整体化现浇施工

刚架拱桥整体化现浇施工工法

1、前言

刚架拱桥是二十世纪八十年代为适应当时的设计、施工及桥梁装配水平而设计的一种装配式钢筋混凝土组合桥梁。由于其具有结构受力合理、自重轻、跨度大、主拱肋分段预制单件起重量小，对施工吊装设备要求低，并且线性流畅与景观协调等特点，其定型设计得到广泛应用，特别是在城市主干道出入口应用较多。随着车辆荷载等级和交通量的增加，刚架拱桥由于设计荷载偏低和装配结构整体化较差，桥面系行车道板出现不同程度的开裂、裂缝等损坏，不能满足安全顺畅通行的要求。对刚架拱桥拱上建筑由装配式结构改造为整体化现浇的补强加固方法，可充分利用旧桥结构并显著提高整体桥梁的荷载能力。

2、工法特点

2.0.1 刚架拱桥整体化改造是一项系统工程，从旧桥检测、主拱肋、横向联系加固、主次节点加固到桥面整体化现浇直至工后荷载检测，都需要设计、施工双方密切配合。

2. 0.2 桥梁基础、墩、台及主拱肋、横向联系等构件局部补强后其功能得到充分合理的再利用，工程投资少，工期短，效益高。

2. 0.3 整体化现浇桥面板有效加强了整体化效果，提高了全桥的整体刚度和抗扭性能，增强了桥梁荷载能力和行车舒适性。

2. 0.4 现浇桥面板可采用悬挂模板，充分利用主拱肋作现浇模板支撑架。对处于深沟陡涧及通航桥位施工方法简便易行。

2. 0.5 刚架拱桥整体化改造后，在外观上保持了原桥拱桥和斜腿刚构梁桥组合结构的基本结构特点，保持了旧桥的人文景观效果及地标性建筑作用。

3、适用范围

3. 0.1 采用刚架拱桥整体化现浇改造的前提条件是经过详细的桥梁调查和荷载试验后确认旧桥下部结构承载能力满足改造后荷载要求，且主拱肋、斜腿等主要构件的破损程度较轻，不影响结构安全。

3. 0.2 旧桥面系破损严重的主要原因是由于装配式结构整体化差，桥面铺装配筋率低，混凝土强度偏低，桥面伸缩缝破坏，水平肋支座老化等非结构性破坏引起的刚架拱桥。

3. 0.3 作为城市地标性建筑和人文景观要求需保持原结构形式的刚架拱桥。

4、工艺原理

4.1 拆除前的控制测量和拆除过程中的拆除量统计。

4.1.1 在进行拆除桥面铺装及微弯板施工前，在旧桥面上准确量测原桥主拱肋、实腹段、实腹段横向联系的具体位置并画线标注。

4.1.2 在主拱肋、拱脚、斜腿拱肋结合部（大节点）、空腹段与实腹段结合部（大节点）、主跨中心位置全跨对称布设测量控制点，监测拆除旧桥面结构前后主拱圈的弹性变形工况。

4.1.3 拆除过程中详细测量每跨桥面铺装及微弯板拆除工程量，推算主拱肋承受静力荷载。为浇注整体化混凝土时预压荷载提供依据。

4.2 拆除桥面系施工

4.2.1 确保拆除施工安全和确保主拱肋构件不受破坏，尽量减少对主拱片原主要受力结构的损伤是拆除施工的必要条件。在拆除开始前根据实地情况，用排架或横向固定钢架将各片拱肋连成整体增加横向整体性，防止主拱肋拆除桥面荷载后发生扭曲变形。

4.2.2 在拆除旧桥面砼结构前应用钻石切割机沿标线位置对桥面进行预割分解，切割后用小型液压破碎锤沿隔块中心位置向两侧展开破除，在破除接近主拱肋20-30cm后用人工风镐进行掘除。在掘除过程中尽量保留原拱肋预埋连接钢筋，并尽量减少对主拱肋接口处砼的破坏。用液压破碎锤施工时应切实注意拱肋实腹段及在实腹段横向联系部位的凿除，防止因过大振动对主拱肋的损伤。

4.2.3 拆除桥面结构时应根据实际联跨结构作拆除顺序设计。原则上从拱顶向拱脚，从外侧向内侧拆除，每联从中孔向两侧对称拆除。拆除设备和拆除进度应满足对称均匀卸载的要求。

4.3 桥梁下部构件的加固

4.3.1 构件凿毛处理：保证新旧砼或砼与补强构件的良好结合、共同受力是提高抗微拉刚度达到补强效果的关键。旧构件的凿毛处理是必须高度重视的工序之一。所有新旧结合面必须用电锤或手锤凿至露出粗骨料，凹凸差不小于6mm的新鲜砼表面，并对表面局部缺陷进行处理。

4.3.2 主要承重构件加固

4.3.2.1 采用粘贴碳纤布法对主拱肋实腹段，水平弦杆及斜腿等结构进行加固。

4.3.2.2 采用粘贴异型钢板法对主拱片大小节点进行加固补强，并在钢板外均匀涂2cm厚NSF砂浆进行防锈保护。

4.3.3 一般承重构件加固

采用增大截面法加固横系梁，对横系梁凿毛后植筋挂钢丝网，横桥向钢筋需钻孔穿过实腹段、弦杆及拱腿砼，并注结构胶锚固，对开焊的横系梁进行重新焊接加固，浇注聚丙烯网状纤维砼。

4.4 更换支座

更换全桥橡胶支座并将腹孔与一侧相邻孔弦杆的支座更换为四氟滑板支座。 4.5 现浇整体化聚丙烯网状纤维砼桥面板 4.5.1 吊模施工

（1）、利用主拱肋作现浇整体桥面砼底模的支撑横架，制作专用骑马钢吊架（吊架设有卸架措施），吊架上铺10cm×10cm方木或10cm×10cm槽钢作为底模顺桥向纵肋，在纵肋上铺设5cm×10cm方木作为每幅现浇肋板的横肋。底模及主拱肋倒角侧模铺设12mm厚竹模板，模板拼缝夹胶条防止漏浆。

（2）、桁架式吊模，利用型钢焊接成型桁架片，在肋片上铺设槽钢作为模板底架，并将桁架片用反力架支撑于主拱肋及水平肋上，在支撑反力架上设卸落措施。

4.5.2 模板安装就位检测偏差值符合规范要求后铺设桥面板钢筋，钢筋焊接时下设石棉板，防止对模板的损伤。加强对钢筋焊缝的检测和与预埋钢筋的连接质量检验。

4.5.3 浇注前配载预压

为防止主拱肋在浇注整体化砼后发生变形导致桥面板开裂，根据拆除前及拆除后主拱肋变形监测结果及拆除工程量计算主拱肋的荷载变形曲线，并按现浇桥面板设计砼荷载进行预压，并检测主拱肋变形情况。

4.5.4 桥面整体化砼浇注

（1）、由于桥面整体化钢筋配筋率偏高，在主拱肋倒角处设有加强横向连接筋，在水平杆端部设有桥面连续钢筋，砼中加入聚丙烯网状纤维，对泵送砼的工作性提出较高要求，对选择碎石最大粒径、砂率、水泥用量及高效减水剂方面慎重选择，做多组配合比进行比较。

（2）、浇注顺序按联控制，每联作为一个浇注单元，在全桥对称从两端联向中间联进行，每一个单元内从两端向中间进行浇注。在浇注过程中随着浇注进度减少桥面预压荷载，使拱上荷载基本保持稳定。浇注砼时保持每一单元浇注进度基本相同，若分幅浇注宜先浇注中间一幅，由中间向两边对称扩展，尽量保持对称均衡原则。

（3）、砼浇注采用泵送混凝土，避免运输荷载对钢筋、模板的损坏及产生局部荷载影响。 （4）、浇注过程中排专人监测主拱肋变化情况和模板几何尺寸变形情况，发现异常及时纠正。 （5）、在浇注砼期间或浇注后砼强度达到设计强度的50%前，暂时封闭交通，防止振动对新浇注砼的影响。当砼强度达到设计强度的75%后拆除卸落吊架及模板，卸落顺序与浇注顺序相反。

（6）、浇注砼开始时应逐步拆除对各片主拱肋的横向联系，确保主拱肋在砼荷载作用下的自由变形。

5、施工工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程框图

布设拆除测量控制点 制定拆除方案，加固主拱肋横向联系 拆除桥面铺装和微弯板 加固斜腿主拱肋、节点及横隔梁板 铺设悬挂模板并按设计预压 按设计浇注顺序植筋、绑扎、整体化桥 浇注整体化砼并按设计减少预压 桥面附属工程施工 旧桥病害调查及设计图纸核对

5.2 注意事项及操作要点

桥梁加固控测合格开放交通

5.2.1 开工前对旧桥病害进行调查并与设计方案相核对是非常必要的，可以发现病害发展的程度及设计的不足，在施工时及时变更设计，确保旧桥改造的效果。

5.2.2 施工中监控测量的目的是确保结构的安全性以及主拱肋在改造后的受力特性不变，防止主拱肋发生偏转或弯曲变形，故布设的方案后应根据主拱肋的受力特点，测量时应进行精确测量。

5.2.3 拆除施工的最关键环节是在保证对称卸载的同时确保主拱肋和横梁板不受到结构性破坏，必须用小型机具试验后方可展开施工，切忌盲目拆除造成质量安全事故。

5.2.4 为保证旧桥砼与加固砼的共同受力，必须严格按照施工工艺的要求进行凿毛和植筋，加强对凿毛、植筋、清洗等环节的检查。

5.2.5 加固施工顺序要按照受力特点，自斜腿刚构-节点-主拱肋-横隔梁板的顺序进行，使各部位加固砼与旧砼共同受力。

5.2.6 悬挂模板安装应注意与主拱肋接触面的漏江处理，以及落模设施的有效性，防止落幕困难。

5.2.7 预压荷载可以在悬挂模板上堆积沙袋，亦可通过悬挂模板，在桥下进行悬挂预压，悬挂预压可减少对桥面钢筋绑扎阻碍，加快施工进度。

5.2.8 桥面连续砼浇注必须用泵送施工，严禁在钢筋网上运输砼，在施工过程中确保桥面整体化钢筋的位置不变。浇注砼时应注意避免在高温时段浇注，防止产生温度裂缝。

5.2.9 砼浇注过程中应密切观测主拱肋变化情况，确保浇注完成后主拱肋变化曲线符合设计要求。

6、材料与设备

6.0.1材料。

采用的主要材料见表6.01

序号 1 2 3 4 5 6 7 8

6.0.2施工设备、仪器等。 采用的施工设备、仪器见表6.0.2

材料名称 钢材 42.5#水泥 碎石 环氧树脂 建筑植筋胶 碳纤维布 聚丙烯纤维 高效减水剂（泵送剂） 备注 Ⅰ级钢筋Ⅱ级钢筋，满足规范要求 低碱水泥 石质坚硬，针片状含量低，水洗

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 机械、仪器名称 切割机 小型液压破碎锤 空气压缩机 气动凿岩机 风镐 钢筋加工成套设备 吊车 装载机 砼输送泵 全站仪 水准仪 钢架管、槽钢 竹胶模板 规格型号 SM15、SM10 6m3 16T、25T ZL50 拓普康 BT28 数量（台、套） 4 4 5 36 10 4 2 2 1 2 4 100t 3500m2 拆除设备：切割机、小型液压破碎锤、风镐凿岩机

凿毛植筋设备：电镐、电锤、电动毛刷、手持切割锯、发电机等

钢筋加工电气焊机具、支架、模板、砼养生设备、搅拌运输车、砼输送泵、振动器、振动梁及桥面找平机具。

7、质量标准及质量控制

7.1 施工的动态质量控制：根据《公路桥梁加固施工技术规范》的要求，对施工过程实行动态控制。开工前进行详细的设计技术交底，深入了解设计施工技术要求和施工注意事项，在施工中发现原结构或相关隐蔽部位的构造有严重缺陷或与设计不符时及时通知监理设计单位进行变更。加强对主体结构的检测，包括变形、位移、裂缝的变化等情况，确保主体承重构件不因卸载及加载产生异常变形和开裂。

7.2 制定详细的施工组织设计，对关键工序和关键施工技术制定施工实施细则，对拆除工序如何确保对主拱肋的损伤程度降到最低，对凿毛及植筋的要求以及对浇注整体化砼时的加载、卸载及振捣养生等环节质量目标细化分解，制定保证措施。

7.3 严格按照施工技术规范要求进行施工并按照质量标准对工序进行检验，检验合格后方可进行下一道工序。重点检查工序为：拆除、凿毛、植筋、模板、钢筋加工及绑扎、砼原材料就拌合质量、振捣及养生、纤维布粘贴、异型钢板加工及粘贴、防锈涂层等。

8、安全措施

8.1 交通安全措施

制定施工交通安全实施方案，设专职安全员和交通督导员。按照《公路养护安全作业规程》的标准设立各种标志标牌，并在施工期间保持安全体系有效运行。

8.2 主体结构安全措施

旧桥面系拆除前将各主拱片在跨中、空腹段与实腹段交界处分别作横向整体锚固，每段横向锚固锁定四个断面，加强原拱肋的横向联系，防止个别拱肋弯曲变形。

拆除前对空腹段横向联系作包裹覆盖，防止拆除桥面砼时损伤。 8.3施工操作安全措施

8.3.1 防坠落措施：拆除桥两侧护栏、桥面铺装及微弯板后要及时搭设防落安全网，施工人员吊架平台要有安全绳，施工人员必须佩带安全绳、安全帽。

8.3.2 用电安全措施：严格按照工地用电安全规范，做到一机一闸一保护，并尽量采用安全电压电动工具。

8.3.3 及时清理施工器具及建筑垃圾，尽量减少道路侵占面积。

9、环境保护措施

9.1 固体废弃物处理：根据河道管理的要求，拆除旧砼应集中后运送到弃渣场处理，不得随便丢弃桥下，弃渣场处理按环保要求覆盖绿化。

9.2 易燃有毒化学品的使用防护：粘贴纤维布用环氧树脂、植筋胶等化学用品的保存与使用严格按照产品使用说明去做，防止出现污染及中毒事故。

10、资源节约

10.0.1该工法施工充分利用旧桥桩基、承台、墩台身以及主拱肋，减少工程造价，减少材料浪费、建筑垃圾的数量。

10.0.2 利用悬挂模板施工，保证桥下通航，减少有支架施工的设备投入。 10.03该工法施工进度快，道路封闭工期短，对周边影响小。

11、效益分析

11.1 刚架拱桥整体化改造，保持了旧桥的主体外形结构，对于具有城市人文景观和地标性建筑的特殊桥梁具有很大的社会、政治效益。

12.2 刚架拱桥整体化改造，充分利用旧桥下部结构，减少了工程投资。据施工实体计算，旧桥改造只是重建新桥投资的三分之一左右，经济效益明显。

12.3 刚架拱桥整体化改造施工工期短，封闭交通时间只是重建新桥工期的四分之一左右，对交通影响较小。

12、工程实例

XXXX桥加固工程

XXXX桥位于XX境内，该桥1987年开工建设，1988年建成通车，主要上部结构为13孔42.5米的刚架拱桥，桥跨结构单幅横向设4片拱片，每孔设2道横隔板，16道横系梁和3道少筋微弯板以及12cm钢筋砼桥面铺装连接。下部结构为双排6根直径为1.2m钻孔灌注桩，梯形盖梁，群桩基础，组合桥台，桥梁全长579m。

随着近年来交通量不断增加，特别是超载车辆的增加，桥梁的技术状况和服务水平有所下降，桥梁构件特别是桥面少筋微弯板病害严重。根据桥梁检测结果，2008年对该桥进行了整体化加固施工，合同工期5个月，合同造价1500万元。

XXX桥

XXX桥位于XX高速公路XX段，于1992年建成通车，桥梁全长77.368m，桥面全宽2*11.40m，上部结构为2孔25米钢筋砼刚架拱。XX高速化改造通车后，XXX桥面铺装出现裂缝，拱片大小节点处出现竖向裂缝。经多方论证，决定将该桥微弯板改造为现浇桥面连续板，对刚架拱片进行加固处理并增强拱片间横向联系，桥梁改造加固施工于2008年6月开始，合同工期3个月，合同造价150万元。