CN107761540A - 一种大跨度多联实腹式拱桥拱上填筑施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于拱桥施工技术领域，涉及一种大跨度多联实腹式拱桥拱上填筑施工方法，包括，(1)制备泡沫混凝土；(2)设置现浇设备；(3)拱上填筑施工。本发明的有益效果为：泡沫混凝土密度小，强度大于常规回填土，整体性、抗冲击性能好，无侧向压力等特性，桥台处于超固结状态；有效解决拱脚形状不规则，空间狭小部位填筑难题；机械化程度较高，有效减少人为因素干扰，功效高、施工周期短，有效避免天气、运输条件等客观因素的影响；有效的减轻桥梁拱上自重，拱肋高度降低，有效节省材料和工程造价，减少拱圈所受不均匀荷载和拱圈内力，同时减小拱脚水平推力和路面不均匀沉降，吸收路面冲击能量，增大桥面工程的稳定与安全系数。

Description

一种大跨度多联实腹式拱桥拱上填筑施工方法

技术领域

本发明属于拱桥施工技术领域，涉及一种大跨度多联实腹式拱桥拱上填筑施工方法。

背景技术

近年来，大规模的基础设施建设年均新建桥梁近2万座。桥梁建设不仅要满足使用性， 更要服从城市规划，在同区域自然景观、功能定位协调基础上，追求桥梁造型美观多样，满 足景观要求。拱桥作为城市景观桥不仅外形美观，与城市建筑完美融合。因拱桥将竖向荷载 在拱脚处转换为水平力，在拱圈内以轴向受压为主，所以拱桥有着用料省、结构巧、强度高、 稳定性好等优点，但拱上填料作为传力层至关重要。桥梁拱上填料常常就地取材，采用砾石、 碎石、粗沙或卵石夹黏土来进行填筑，需分层进行碾压、夯实，工后沉降期达半年，投入使 用后易产生不均匀沉降。同时拱上尤其是拱脚部位为不规则形状，结构复杂，空间狭小，机 具无法作业，施工难度较大，施工质量难以保证。

申请号为CN201210105040.3的中国发明专利，公开了使用轻质混凝土作为拱上填料的圬 工拱桥，包括主拱圈、腹拱和拱上填料层，其特征在于：拱上填料层是轻质混凝土填料层， 轻质混凝土填料表观密度为800kg/m3～1750kg/m3；在拱上填料层顶面设有一调平层；所 述的主拱圈与拱上填料层之间还设有一防水层；沿桥横向设有锯缝；在由两两锯缝构成的每 块填料的最低位置处和侧墙的两侧设有渗水管。

所述的防水层采用永凝液或沥青铺设而成。

所述的轻质混凝土填料材料选自无砂大孔混凝土、粉煤灰陶粒混凝土、粘土陶粒混凝土、 页岩陶粒混凝土、浮石或火山渣混凝土、自燃煤矸石混凝土和膨胀矿渣珠混凝土中的一种或 多种。根据主拱圈的受力情况，在不同纵向位置采用不同表观密度的轻质混凝土材料，可以 调整主拱圈的内力情况为最优状态。

该发明专利是针对单跨拱桥所述采取的一种施工方法，通过在所述拱上填料层填充轻质 混凝土进行施工，有效地改善了施工工艺，增加了拱桥的施工强度，但是对于多跨度拱桥的 施工，尤其是拱脚部位不规则、结构复杂、空间狭小、机具无法作业的情况，常规填料不能 满足施工质量要求。因此现在亟待一种针对多跨度拱桥，尤其是拱脚部位不规则、结构复杂 的拱桥的施工的一种适合的填料以及施工工艺。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种大跨度多联实腹式拱桥拱上填筑施工方 法。利用泡沫泡沫混凝土轻质、初凝前高流动性、固化后的自立性与强度的可调节、低弹抗 震等优良特性满足拱上填筑减荷高强要求，同时随着泡沫混凝土现浇技术的提高，增加其施 工机械化程度，从而实现拱上填筑施工操作简单，质量易于控制，施工速度快，节约工程造 价。

本发明解决问题的技术方案是：一种大跨度多联实腹式拱桥拱上填筑施工方法，包括，

(1)制备泡沫混凝土：采用水泥350重量份、发泡剂36重量份、水150重量份、高效减水剂8重量份和促凝剂11重量份混合后搅拌；

(2)设置现浇设备：

(2.1)在桥址周边交通便利且地基稳定区域浇筑钢筋混凝土筏板基础，预埋水泥罐地脚 螺栓及埋件，并采用∟50*50镀锌角钢作为防雷接地极；

(2.2)待基础混凝土达到设计强度100％后，安装上部水泥罐，在所述水泥罐四周设置 防风绳；

(2.3)在所述水泥罐下部的出料口上部50cm处加设一振捣棒；

(3)拱上填筑施工：

(3.1)拱圈和侧墙采用满堂支架现浇成型，拱上填筑作业面为拱圈及侧墙形成的空箱结 构；

(3.2)拱上填筑采用5孔连续填筑的施工方案，

(3.2.1)用红漆在两侧侧墙及中间明显处标示刻度，由底至顶每40cm画一道水平刻度 线，并注明数值，并弹出泡沫混凝土的施工范围；

(3.2.2)从两侧桥台处开始严格按全桥对称、自下而上由拱脚分层上升至拱顶均匀分层 填筑；

(3.2.3)泡沫混凝土浇筑完成7天内进行养护。

进一步的，步骤(1)中，泡沫混凝土密度等级为500～800kg/m³。

进一步的，步骤(1)中，泡沫混凝土密度等级为400kg/m³。

进一步的，步骤(1)中，泡沫混凝土的抗压强度为0.7MPa。

进一步的，步骤(3.2.2)中，相邻拱圈之间的填筑高差最大为40cm。

进一步的，步骤(3.2.2)中，最上层浇筑厚度50cm。

本发明的有益效果为：

1.泡沫混凝土密度小，强度大于常规回填土，整体性、抗冲击性能好，无侧向压力等特 性，桥台处于超固结状态；

2.有效解决拱脚形状不规则，空间狭小部位填筑难题；

3.拱上填筑施工方法机械化程度较高，有效减少人为因素干扰，功效高、施工周期短， 有效避免天气、运输条件等客观因素的影响；

4.泡沫混凝土做为拱上填筑料有效的减轻桥梁拱上自重，在满足河道过流、桥梁美观前 提下，选择低拱脚方案，拱肋高度降低，有效节省材料和工程造价，减少拱圈所受不均匀荷 载和拱圈内力，同时减小拱脚水平推力和路面不均匀沉降，吸收路面冲击能量，增大桥面工 程的稳定与安全系数。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明作进一步的说明。

实施例一

一种大跨度多联实腹式拱桥拱上填筑施工方法如下：

(一)配合比试验

泡沫混凝土的密度等级为密度等级一般为300～1200kg/m³，相当于普通混凝土的1/2～ 1/8，而用于路桥施工领域的泡沫混凝土通常采用500～800kg/m³，本次使用的轻质泡沫混凝土 密度为400kg/m3，抗压强度达到0.7MPa,并且作为多跨连续混凝土拱圈的拱上轻质高强填料 进行现浇施工，在拱桥上部填筑施工中属前沿阶段。

(1)水泥

水泥是构成泡沫混凝土材料的主要胶凝材料，普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等均可作 为泡沫混凝土的胶凝材料。泡沫混凝土是一种大水灰比的流态混凝土，采用普通硅酸盐水泥 时，水泥完成水化的理论水灰比为0.227左右。由于发泡剂所产生泡沫的稳定时间有限，为 了保证气泡不破碎就必须缩短胶凝材料的凝结时间，提高发泡混凝土的性能，采用PO42.5R 普通酸盐水泥为胶凝材料来制备泡沫混凝土，同时采用在普通硅酸盐水泥中掺入促凝剂来调 整水泥浆的凝结时间，使水泥浆体硬化时间与泡沫的稳定时间一致。

(2)高效减水剂

聚羧酸盐为最新一代高性能减水剂，在各种高效减水剂中，它的性能最为优异。高效减 水剂的用量一般在水泥量的1.0％～2.5％之间。它的化学结构含有羧基负离子斥力，以及多 个醚侧链与水分子反应生成的强力氢键所形成的亲水性立体保护膜产生的立体效应，使它具 有极强的水泥分散效果和分散稳定性。它的减水率高达30％～40％，在保持强度不变时节约 水泥25％，在保持水泥用量不减时可提高混凝土强度30％以上。

(3)促凝剂

促凝剂是一种能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂，常用的促凝剂是无机盐类。无机盐类 促凝剂按其主要成分大致可分为三类：以铝酸钠为主要成分的促凝剂：以铝酸钙、氟铝酸钙 等为主要成分的促凝剂；以硅酸盐为主要成分的速凝剂。促凝剂掺入混凝土后，能使混凝土 在5min内初凝，10min内终凝。1h就可产生强度，ld强度提高2～3倍，但后期强度会下降， 28d强度约为不掺时的80％～90％。温度升高，提高促凝效果越明显。混凝土水灰比增大则 降低促凝效果，掺用促凝剂的混凝土水灰比一般为0.4左右。掺加促凝剂后，混凝土的干缩 率有增加趋势，弹性模量、抗剪强度、粘结力等有所降低。

(4)发泡剂

试验室制备泡沫混凝土的发泡方式为机械高速搅拌，搅拌时间约为5min，泡沫现搅现用。 所制得的泡沫大小均匀、泡径较小、稳定性好。泡沫混凝土现浇中发泡方式为压缩气体发泡。

传统发泡剂质量的好坏直接影响到泡沫混凝土的质量，能产生泡沫的物质有很多，但并 非所有能产生泡沫的物质都能用于泡沫混凝土的生产。只有发泡倍数够大、在泡沫和料浆混 合时薄膜不致破坏具有足够的稳定性、对胶凝材料的凝结和硬化不起有害影响的发泡剂，才 适合用来生产泡沫混凝土。

(5)泡沫混凝土配比

施工前进行室内配合比试验，并对主要原材稳定性进行检测，以实现拱上填料干密度为 400kg/m3、抗压强度达到0.7Mpa轻质高强特性，以实现桥梁减荷，增加承载能力的目的。通 过六组初步配合比参数选定，分别对其干密度、7天和28天抗压强度检测数据统计分析，数 理结合，选定配合比参数。施工中严格按照试验配比进行操作，泡沫混凝土配比表如表1所 示。

表1

(二)现浇设备机械化程度提高

泡沫混凝土具有高流动性、填充压力小、自密实、固化自立、低弹抗震、耐久稳定等特 性，现浇施工利用其特性采用设备连续入仓，无需进行振捣和夯实碾压。现浇施工注入能力 强，机械化程度高，远距离输送可大面积施工，施工速度快、省工省时的特点。现浇设备包 括水泥罐(送料系统)、拌合罐(拌合系统)、加压泵(入仓系统)组成，为提高其机械化程 度：

(1)在桥址周边交通便利且地基稳定区域浇筑钢筋混凝土筏板基础，100T水泥罐整体 板筏基础尺寸为4.2m×4.2m×1.5m的现浇钢筋混凝土结构，基础表面高出地面0.1m以利排 水，水泥罐基础钢筋主要由68根HRB335Ф18的主筋和81根Ф14的分布筋组成。预埋水泥 罐地脚螺栓及埋件，并采用∟50*50镀锌角钢作为防雷接地极。待基础混凝土达到设计强度 100％后，开始安装上部水泥罐，水泥罐四周设置防风绳。水泥罐安装完成，对其下部出料口 上部50cm处加设一振捣棒便于均匀下料，保障水泥供应的稳定性。

水泥罐地基承载力计算

①构件自重计算

每方C35混凝土配合比为水泥︰水︰砂子︰石子＝366︰132︰627︰1277；按照配合比计算1立方重量为2.402t。基础截面尺寸为b×b×h＝4.2×4.2×1.5＝26.46m3所以基础混凝土重 量为26.46×2.402＝63.56t

水泥罐自重：100×9.8＝980KN

总自重：63.56×9.8+980＝1602.89KN

②风荷载计算

风荷载标准值按照以下公式(1)计算

ω_k＝P_zμ_sμ_zω₀……(1)

其中：

βz—高度z处的风振系数，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)的规定采用：β z＝2.09；

ω0—基本风压(kN/m2)，按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)的规定采用：ω0＝0.45 kN/m2；

μz—风压高度变化系数，按照《建筑结构荷载规(GB50009-2012)的规定采用：μz＝1.52；

μs—风荷载体型系数：按照《建筑结构荷载规(GB50009-2012)的规定取值为0.5；

经计算得到，风荷载标准值为:

Wk＝2.09×0.45×1.52×0.5＝0.71kN/m2；

受风面积S＝d×H＝3×13＝39m2(d为罐身直径，H为罐身高度)

风荷载F风＝S×Wk＝39×0.71＝27.7KN

风荷载产生弯距M＝F风×h＝27.7×12＝332.4KN.m(h为风荷载作用点离基础底面的 距离)。

③地基承载力计算

基础位置地基土为夯实的碎石土，地基承载力必须满足下面的验算要求。

受偏心荷载作用时，基础底面的压力应满足(依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.2.1)：

Pk≤fa及Pkmax≤1.2fa

式中：Pk---相应于荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值；

fa---修正后的地基承载力特征值；

Pkmax---相应于荷载效应标准组合时基础底面边缘的最大压力值；

Pk＝(F+G)/A＝1602.89/(4.2×4.2)＝90.87KN/m2。

Pkmax＝(F+G)/A+M/W＝90.87+332.4/(4.0×4.0×2/3)＝119.14KN/m2

fa＝Pkmax/1.2＝99.28KN/m2；

④抗倾覆计算

抗倾覆计算以空罐计算，空水泥罐自重10t,则基础与水泥空罐总重为：

G＝10×9.8+63.56×9.8＝720.888KN

基础抗倾覆弯矩：

Mk＝Gb/2＝720.888×4.2/2＝1513.86KN.m

风荷载作用下倾覆力矩为：

M＝F风×H＝27.7×12＝332.4KN.m

Mk/M＝1513.86/332.4＝4.5＞1.2，满足要求。

(2)拌合罐加高扩容，满足泵送强度要求。采用拌合和送料罐分离，送料罐选择在满足 泵送强度同时，又要与拌合罐匹配。按照单机输送量25～30m3/h计算，搅拌罐斗尺寸1880 ×830×1450mm,送料罐斗尺寸2600×740×810mm。

(3)泵送设备空压机进行改进，大大提高扬程及水平输送能力，确保远距离输送大面积 施工。

(三)现场生产性试验施工参数确定

泡沫混凝土必须按一定的厚度分层浇注，当下填筑层终凝后方可进行上填筑层填筑。分 层厚度太薄不利于单层泡沫混凝土的整体性，太厚容易引起下部泡沫混凝土中的气泡压缩影 响容重，同时对施工操作带来不便。分层厚度及浇筑间歇控制对工程质量至关重要。

依据《泡沫混凝土》(JG/T266-2011)规范要求，结合现场生产性试验效果，确定单层 浇筑厚度80cm，泡沫混凝土填筑每工作面间隔12小时浇注一层为宜，依据浇筑强度适当控 制竖向填筑速度。

(四)拱上填筑施工

拱上填筑作业面为拱圈及侧墙形成的空箱结构，待拱圈强度达到设计强度的100％后进行 拱上泡沫混凝土填筑。填筑前先清理干净填筑范围内的浮土和杂物，并对拱圈按设计涂刷防 水层，并对拱脚泄水孔进行临时封闭。为减少拱上填筑产生不均匀推力对拱圈造成影响，决 定拱上填筑采用5孔连续填筑的施工方案，从两侧桥台处开始严格按全桥对称、自下而上由 拱脚分层上升至拱顶均匀分层填筑，相邻拱圈之间的填筑高差不得大于40cm。填筑前用红漆 在两侧侧墙及中间明显处标示刻度，由底至顶每40cm画一道水平刻度线，并注明数值，并 弹出泡沫混凝土的施工范围，便于填筑时分层控制和检查。施工中采用竖向位移及水平位移 综合监测的方式监测拱上填筑中的拱圈形变，在每座拱座中间及两端上设置监控点，浇筑过 程中每隔2小时测量相对标高及水平位移。当浇筑过程中变形达到限值时应采取减缓浇筑速 度或停止浇筑，待分析并查明原因后方可继续浇筑。最上层浇筑厚度50cm以满足人工收面， 泡沫混凝土浇筑完成7天内进行养护，泡沫混凝土强度＜0.6Mpa时，严禁直接在泡沫混凝土 顶面行驶车辆和其他施工机械。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员可 以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大跨度多联实腹式拱桥拱上填筑施工方法，其特征在于，包括，

(1)制备泡沫混凝土：采用水泥350重量份、发泡剂36重量份、水150重量份、高效减水剂8重量份和促凝剂11重量份混合后搅拌；

(2)设置现浇设备：

(2.1)在桥址周边交通便利且地基稳定区域浇筑钢筋混凝土筏板基础，预埋水泥罐地脚螺栓及埋件，并采用∟50*50镀锌角钢作为防雷接地极；

(2.2)待基础混凝土达到设计强度100％后，安装上部水泥罐，在所述水泥罐四周设置防风绳；

(2.3)在所述水泥罐下部的出料口上部50cm处加设一振捣棒；

(3)拱上填筑施工：

(3.1)拱圈和侧墙采用满堂支架现浇成型，拱上填筑作业面为拱圈及侧墙形成的空箱结构；

(3.2)拱上填筑采用5孔连续填筑的施工方案，

(3.2.1)用红漆在两侧侧墙及中间明显处标示刻度，由底至顶每40cm画一道水平刻度线，并注明数值，并弹出泡沫混凝土的施工范围；

(3.2.2)从两侧桥台处开始严格按全桥对称、自下而上由拱脚分层上升至拱顶均匀分层填筑；

(3.2.3)泡沫混凝土浇筑完成7天内进行养护。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤(1)中，泡沫混凝土密度等级为500～800kg/m³。

3.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，步骤(1)中，泡沫混凝土密度等级为400kg/m³。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的施工方法，其特征在于，步骤(1)中，泡沫混凝土的抗压强度为0.7MPa。

5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤(3.2.2)中，相邻拱圈之间的填筑高差最大为40cm。

6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤(3.2.2)中，最上层浇筑厚度50cm。