一种复合结构石拱桥施工技术研究.pdf

16542023 8Building ConstructionRMUNICIPANGINEERING市政程一种复合结构石拱桥施工技术研究田海涛上海园林（集团）有限公司上海200031摘要：以山西长治国家城市湿地公园景观石拱桥为例，借鉴了石拱桥修复技术，采用复合结构技术做法，强化整体结构，使石拱桥更加坚固，保证了安全和质量，解决了传统石拱桥在结构耐久性能上的一些不足，同时还能保持石拱桥传统美观的造型，可为今后石拱桥设计和施工提供一些借鉴。关键词：石拱桥；发展历史；施工技术；复合结构中图分类号：U448文献标志码：A文章编号：10 0 4-10 0 1(2 0 2 3)0 8-16 5 4-0 3DOl:10.14144/ki.jzsg.2023.08.046esearchonConstructionTechnologyomposite Structure Stone Arch BridgeTIAN HaitaoShanghai Garden&Landscape(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 200031,ChinaAbstract:Taking the landscape stone arch bridge of Changzhi National Urban Wetland Park in Shanxi Province asan example,the restoration technology of the stone arch bridge is used for reference and the composite structuretechnology is adopted to strengthen the overall structure,making the stone arch bridge stronger,ensuring safety andquality,solving some deficiencies of traditional stone arch bridges in terms of structural durability,while also maintainingthe traditional and beautiful shape of the stone arch bridge.It can provide some reference for the design and constructionof stone arch bridges in the future.Keywords:stone arch bridge;development history;construction technology;composite structure目前古旧石拱桥古为今用的现象仍旧比较普遍，主要是由于当时石拱桥施工技术比较成熟，至今在经济欠发达地区，还有很多石拱桥承担着交通运输的重任。目前针对石拱桥施工技术研究主要是主拱圈的施工创新，主拱圈采用方整料石的石拱桥施工工艺沿用了几千年，需要大量劳动力费工费时，致使石拱桥发展受阻。19 5 9 年江西省德安县建成小石子砌块石拱桥，使石拱桥规格和施工工艺经历了一场革新 2 ，2 0 世纪6 0 年代以石砌板肋为代表的轻型石拱桥在湖南省建成，此工艺大大减轻了主拱圈自重，这些研究都推动了石拱桥的发展。石拱桥施工技术的发展主要是加强主拱圈的力学强度和减轻桥体自重。目前此技术在拱桥修复中应用较多。其中的一种修复技术是沿主拱圈外环现浇增设一层钢筋混凝土套箍层，利用截面增大、断裂力学、套箍效应3 个机理，从而达到提高原桥承载力的目的 3 。因此，可探索将桥体修复技术在石拱桥施工中加以应用。本文介绍的工程案例，参考了石拱桥加固修复的工艺，采用了复合结构的拱桥技术，既保留部分传统石拱桥结构做法，同时增加了拱作者简介：田海涛（19 8 3 一），男，本科，工程师通信地址：上海市长宁区福泉北路8 8 号（2 0 0 3 3 5）电子邮箱：113 9 42 115 9 收稿日期：2 0 2 3-0 3-12圈强度和稳定性，可极大延长桥梁使用寿命，降低后期维修费用，为石拱桥施工工艺发展提供了一个新的方向。1项目概况项目位于山西省长治市滨湖区漳泽湖畔的国家城市湿地公园，核心区域为怡江南区，占地面积约3 4万m，由水域和陆地两大区块形成2 条游览路线，其中陆地路线通过多座石拱桥梁、石栈道跨越不同岛屿；水域线路为利用水系南北码头登船，可乘船沿途欣赏沿岸景色，长度约1.8km。整个区域利用岛屿地形变化与水域相结合，充分利用原有树林和水系环境，形成具有鲜明特色的湿地风貌景观，打造具有江南水乡古典氛围的特色园区。2项目特点园内桥梁数量众多、类型丰富，尤其是人行景观石拱桥，采用了钢筋混凝土和石材砌筑的复合拱圈结构，且每座桥使用了不同的石材，使得桥梁坚固且美观，造型各具特色。本项目石拱桥主要特点有：1）采用整体筏板基础。园区石拱桥都采用整体筱板基础，结合桩基增强整体性，有效防止不均匀沉降。和钢筋混凝土拱圈一体化浇筑，形成整体受力结构。2）采用复合拱圈结构。采用石材拱圈和钢筋混凝土进行分环施工，形成复合拱圈结构，增强了桥体承载力。建筑施工第45 卷第8 期1655种复合结构石拱桥施工技术研究田海涛：3）采用框架结构。桥身采用钢筋混凝土框架结构，形成整体结构，减轻了结构自重，受力合理而且施工简便。4）采用泡沫混凝土浇筑填充。桥身内部大面积采用轻质泡沫混凝土进行浇筑填充，大大减轻了桥体结构自重，增强了桥梁承载力。5）采用多种石材砌筑。传统石拱桥由于受力结构主要是材料本身，对石材材料要求质地坚硬耐用，石材选择品种因此受到限制。而园区桥梁采用复合结构，以钢筋混凝土结构受力为主，使得每座石拱桥材料选择范围增大，可采用不同的符合要求的石材进行砌筑，色彩丰富，形成一桥一景，部分桥梁见图1。图1不同石材砌筑的石拱桥3施工工艺流程及操作要点3.1桩基施工本工程设计有拱座基底处理，因地处已开挖完成的河床，根据地勘报告，地基采用水泥搅拌桩施工加固，水泥搅拌桩施工长度14.0 m，桩径为5 0 0 mm。3.2筏板基础施工石拱桥采用筱板基础，施工工艺流程：基坑开挖凿除桩头测量放线垫层施工基础钢筋绑扎安装模板钢筋模板报检浇筑混凝土拆除模板质量评定下道工序。创新做法：桥梁采用了筱板基础，能很好地抵抗地基不均匀沉降，和上部拱圈以及桥体一体浇筑形成整体结构，减小了桥墩水平推力，增加了桥梁承载力，适合多种跨度拱圈，解决了传统石拱桥矢跨比带来的限制，施工方便，使得桥梁形式丰富多样。3.3台身、侧墙施工筱板基础混凝土浇筑完成，检验合格后，进行钢筋接长焊接和成形绑扎。台身、侧墙模板采用竹胶板，预埋件、模板、钢筋都检查合格后，再浇筑混凝土。创新做法：采用钢筋混凝土框架结构，减轻了桥身自重，和拱圈浇筑形成整体受力结构，增强了桥梁承载力。3.4拱圈结构施工3.4.1拱圈支架搭设拱圈采用扣件式钢管满堂支架进行支撑。施工工艺流程：扣件式支架安装顶托安装拱顶支架固结纵横梁安装。3.4.2花岗岩拱圈石安装拱圈是拱桥的主要受力部分，要严格按规范施工。1）拱圈石制作。花岗岩拱圈石板的外形尺寸需定制加工，应符合设计及相关规范要求。创新做法：花岗岩石板进场验收后，为方便吊装和固定，在石板上方安装4个膨胀吊钩。膨胀吊钩可与后续施工钢筋混凝土拱圈配筋进行绑扎，形成一体化复合受力结构，如图2 所示。膨胀吊钩拱圈石拱圈石膨胀吊钩拱圈石图2拱圈石安装节点2）拱圈石安装。采用2 5 t汽车吊进行拱圈石吊装，采用传统拱圈石安装方法，拱圈石安装时从两侧拱脚同时层层向拱顶安装，对称均衡地进行砌筑，下层拱圈石安装好后，先在下层拱圈石上断面涂密封胶再安装上层拱圈石，最后拱顶石合拢。创新做法：根据桥梁拱圈复合结构，对施工工艺进行优化，石拱桥拱圈采用分环施工的方法，按分段施工修建好一环石材拱圈合拢成拱，待强度达到设计要求后，作为后续钢筋混凝土施工的底模。3.4.3钢筋混凝土拱圈施工1）模板工程。根据现浇拱桥的施工工艺，顶模、侧模均使用竹胶板，底模利用石拱圈代替。施工工艺流程：底模安装侧模安装顶模安装。底模安装。以花岗岩石拱圈作为底模。创新做法：根据设计图纸，石拱桥钢筋混凝土拱圈施工底模采用前序施工的花岗岩拱圈石，优化了工艺，安全系数高，合拢快，节省拱架安装，尤其对于多座桥可便于批量化施工。侧模安装。拱桥的侧模采用竹胶板，安装前做好准备工作，先在底模上放出侧模安装的边线，将加工好的侧模沿安装边线拼装好，要求保持垂直度且线形流畅，并且与拱圈石底模进行牢固固定。顶模安装。顶模根据浇筑施工工艺分区设置，在桥跨中心线两侧各1m范围不设置顶模，并在沿拱圈不超过165620238Building Construction种复合结构石拱桥施工技术研究田海涛：2m高度位置通长设置一块活动模板，便于浇筑混凝土。2）钢筋工程。先在底板上按照施工图纸精确按设计放出钢筋点位，再根据保护层厚度放置混凝土垫块，然后绑扎拱圈钢筋，钢筋尺寸和箍筋间距必须满足规范要求。创新做法：将底模石拱圈上每个膨胀吊钩与拱圈钢筋牢固绑扎，便于混凝土浇筑，使得石拱圈和钢筋混凝土拱圈形成紧密复合结构，拱圈更加牢固（图3）。钢筋混凝土拱圈石材拱圈泡沫混凝土浇实泡沫混凝土浇实钢筋混凝王筏板基础图3复合拱圈做法示意3）混凝土浇筑。拱圈混凝土采用分段对称浇筑，控制各浇筑段的接缝面与拱轴线保持垂直。按照由低到高逐段逐层进行混凝土浇筑；在初凝前使各层连续接上，拱圈浇筑完成后，后续需做好混凝土养护。4）支架拆除。支架拆除在拱圈混凝土依据规范要求达设计强度10 0%后进行，遵守相关规范进行拆除。3.5拱上侧墙、台阶、泡沫混凝土结构施工施工工艺流程：拱上侧墙混凝土浇筑泡沫混凝土回填结构面板及台阶混凝土浇筑施工。创新做法：侧墙混凝土浇筑完成强度达到规范要求后，采用泡沫混凝土进行浇筑回填，施工快捷，减轻了整体桥梁质量，增加了桥梁承载力。3.6侧墙、台阶、栏杆石材安装施工侧墙、台阶、栏杆石材安装根据拱圈结构尺寸，采用传统石拱桥石材安装施工工艺流程，符合相关验收标准。创新做法：侧墙采用厚石块密缝砌筑，外表古朴美观，另外内置金属连接件和钢筋混凝土结构局部进行拉结，区别于钢筋混凝土结构常常采用的干挂石材的做法，这种施工工艺不易脱落，更加坚固耐久。另外，每座桥梁的侧墙采用的石材不一样，使得桥梁各具特色。4技术优势及效益4.1技术优势1）整体筱板基础。本项目石拱桥采用钢筋混凝土整体筱板基础，这种做法在目前石拱桥中应用较少，最早在古代福建泉州的洛阳桥中创造性地应用到筱板地基，取得了很好的效果。这种基础能有效抵抗地基不均匀沉降，本项目筱板基础结合上部桥梁结构整体浇筑，能适应不同的拱高和跨度，使桥梁造型突破了矢跨比的部分限制，解决了传统石拱桥受制于拱圈的难题，使得每座桥梁造型各异。2）复合拱圈结构。通过钢筋混凝土和石材砌体复合拱圈结构，运用了石拱桥加固修复技术工艺，利用石拱圈施工作为底模，再在其上浇筑混凝土拱圈，利用钢筋混凝土拱圈较高的力学强度承担主要的荷载，与石拱圈共同来承担荷载 4。大大增强了石拱桥的结构耐久性，延长了使用寿命，此工艺传承了传统做法且降低了后期维修的费用。3）框架结构。采用钢筋混凝土框架结构，类似于古代薄拱薄墩联孔做法，做到轻量化桥体，减轻了桥身自重，和拱圈浇筑形成整体受力结构，增强了桥梁承载力，施工便捷且桥体造型优美。4）泡沫混凝土浇筑。桥体整体为钢筋混凝土框架结构，采用轻质泡沫混凝土大面积进行填充浇筑，施工方便，大大减轻了桥体自重，增强了桥梁的承载力。4.2项目效益1）社会效益：延续了古代石拱桥做法，造型古色古香，彰显了中国古典桥梁的魅力，园区众多桥梁堪称桥梁博物馆，结合文字介绍起到了科普教育的作用，传承了中国悠久的桥梁文化。2）工期效益：采用石拱圈底模做法，2 层拱圈连续施工，优化了施工工艺，有利于混凝土浇筑，尤其在多座桥梁平行施工过程中，可集中进行浇筑，缩短了施工工期。3）经济效益：采用筱板基础结合复合结构拱圈，良好的力学性能增加了承载力，突破了传统石拱桥对一些石材使用的局限性，使得石材品种使用选择余地更大，从而降低了材料成本，由于此做法桥体力学性能好，且使用寿命长，不易损坏，所以后期维护成本低。5结语本文通过实际的工程实例介绍，从另外一个角度，借鉴了石拱桥修复技术，将古代石拱桥传统做法和当代钢筋混凝土结构做法结合，加强了拱圈的力学性能，采用轻质材料进行填充砌筑，减轻了桥体质量，采用筱板基础整体浇筑结合桩基，有效防止了不均匀沉降，通过实际工程探索了石拱桥在新时代做法的新途径，建成后取得了一些实用成果，可供同类桥梁设计与施工作为参考。参考文献1杨善红,张广山.复合加固法在古旧石拱桥中的应用 .公路交通技术,2 0 0 5,2 1(4):119-12 1.2王松富,上官兴.中国石拱桥的传承与创新 .中国高新科技,2 0 2 1(5):28.3邓大钊,罗吉祥,杜莹莹.浅析石拱桥的加固技术 .山西建筑,2 0 0 8,(27):339-340.4尚刚，周劲宇，方向.小跨石拱桥实用加固改造方法探讨 .公路交通技术,2 0 17,3 3(4):10 2-10 4.