石拱橋是一種古老的橋型，又是一種充滿生機(jī)的橋型。石拱橋因其具有外形美觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、承載力大、造價(jià)低、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)而在公路橋梁中被廣泛采用。
我國石拱橋建設(shè)歷史悠久，現(xiàn)存的具有13000多年歷史的趙州橋舉世聞名。尤其從20世紀(jì)60年代開始，石拱橋的建設(shè)迅速發(fā)展，不但跨徑不斷增大，其數(shù)量更加驚人。可以說石拱橋在我國全部橋梁中占有相當(dāng)大的比例。
雖然石拱橋本身施工比較簡(jiǎn)單，但其施工方案（包括拱架形式、拱圈砌筑順序、拱上建筑施工順序、落架方法及順序等）對(duì)結(jié)構(gòu)的安全和內(nèi)力、變形等影響很大，對(duì)大跨徑拱橋尤其明顯。要做出最優(yōu)的施工方案，必須以結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，所以，首先需要制定出合理的施工方案，然后通過結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行優(yōu)化，最終得出施工的指令性方案。
石拱橋施工的主要工序步驟為：施工準(zhǔn)備→基坑開挖→基礎(chǔ)及墩臺(tái)施工→拱架施工→拱圈施工→拱橋上部施工→拱架拆卸。
一、基坑開挖
基坑開挖的一般程序是：基坑放線→改河及排水→基坑開挖及坑壁加固→基底清理。
1．基坑放線是確定基坑開挖范圍的工作。其方法是：先根據(jù)基底平面尺寸，考慮基坑開挖要求的寬度，以及由基坑土質(zhì)確定的坑壁坡度計(jì)算出基坑開挖的長度和寬度。再根據(jù)橋墩、臺(tái)中心樁和軸線，用皮尺和花桿放線，即可確定基坑開挖的邊線。
2．改河及排水是確保基坑施工的重要工序。通常基坑開挖選擇在枯水季節(jié)施工。改河排水常采用以下兩種方法：當(dāng)河溝水流較小時(shí)，可將河溝或渠道位置適當(dāng)改移，先在干涸的河道上施工架橋，待橋梁建成后，再改移河道將水流接通。當(dāng)河面較寬，水流較大時(shí)，可考慮用土壩或草袋圍堰，構(gòu)筑成導(dǎo)流堤，把水導(dǎo)向河溝一側(cè)，基坑施工后，再改移導(dǎo)流堤施工另一側(cè)基坑。
3．基坑開挖及坑壁加固是同時(shí)交叉作業(yè)的兩個(gè)工序。當(dāng)坑壁土質(zhì)較好，滲水較少時(shí)，可采取無支撐施工。為確保安全，當(dāng)坑深大于5米時(shí)，坑壁上應(yīng)設(shè)有0.5～1米的護(hù)坡道。
4．基底清理是挖基的最后一道工序。基坑挖至設(shè)計(jì)高度后，如系巖石基底，應(yīng)將表面風(fēng)化層除去，沖洗干凈，并將表面鑿毛。如系土質(zhì)基底，應(yīng)經(jīng)基底承載力檢測(cè)，符合設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行下一道工序。
二、基礎(chǔ)及墩臺(tái)
石拱橋的基礎(chǔ)及墩臺(tái)由漿砌塊和片石構(gòu)成，其施工要點(diǎn)可歸納為“五個(gè)掌握好”：
1．掌握好砌筑順序。砌筑時(shí)應(yīng)大致按水平面分層自下而上進(jìn)行，每層應(yīng)從四周向中間方向砌筑，并注意外露面的平整美觀。
2．掌握好砌體表面坡度。砌筑過程中應(yīng)根據(jù)已立好的樣架經(jīng)常掛線檢查，逐層校對(duì)，確保墩臺(tái)的設(shè)計(jì)坡度和表面的平整。
3．掌握好橋臺(tái)轉(zhuǎn)角、橋墩?qǐng)A頭的砌筑。用于橋臺(tái)轉(zhuǎn)角和橋墩?qǐng)A頭的石料應(yīng)挑選上下面大致平行、形狀大致為方形的石料，并應(yīng)進(jìn)行上鉆加工，橋臺(tái)轉(zhuǎn)角石（又叫角子石）應(yīng)按橋臺(tái)總高度和石料尺寸，基本確定每一層砌筑的高度，合理配料，以便控制砌筑總高度的尺寸。
4．掌握好施工砌縫工藝。砌縫應(yīng)形成不規(guī)則的“花縫”，上下左右應(yīng)錯(cuò)開，避免豎縫上下垂直貫通。
5．掌握好拱腳的砌筑工藝。拱腳是承受拱圈推力的重要部分，砌筑要領(lǐng)包括嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)高度、正確安砌五角石、掌握控制拱斜面、嚴(yán)禁砌縫呈水平。
三、拱架
拱架是支撐拱圈砌筑的臨時(shí)構(gòu)造物，對(duì)于確保拱圈形狀以及施工安全十分重要，拱架有木拱架、鋼拱架和土牛拱胎。這里只介紹鋼拱架的施工。
1．拱架搭設(shè)。主拱圈施工在搭設(shè)的拱架上進(jìn)行，根據(jù)拱橋的拱圈自重和相關(guān)的施工荷載，按施工要求，以經(jīng)濟(jì)合理又安全可靠為首選方案。拱架搭設(shè)前，先將所在河床位置的地面整平后，沿支架縱橫方向以一定間距（一般為1m）采用手錘將加有鑄鐵樁尖的鋼管打入河床內(nèi)，以連續(xù)錘擊無進(jìn)展為止。再橫向靠地面用鋼管加扣件將已打入地下的管頭連續(xù)起來作為支架基礎(chǔ)。為保證其穩(wěn)定和砌拱時(shí)具有足夠的承載力，可在部分排架的橫桿下澆筑一定厚度的混凝土。之后在支架基礎(chǔ)上搭設(shè)橫、縱間距為1m，上下步距為1m的鋼管滿堂支架。對(duì)于大跨度的石拱橋，為保證排架的穩(wěn)定性，應(yīng)設(shè)置有足夠的斜撐、剪刀撐和風(fēng)纜繩。
2．支架預(yù)壓。各種支架安裝完成并鋪設(shè)底模后，應(yīng)通過預(yù)壓檢查各種工況下支架構(gòu)件的應(yīng)力，應(yīng)變與理論值的差異；支架變形是否在容許范圍之內(nèi)，并實(shí)測(cè)支架各控制點(diǎn)處的撓度；通過預(yù)壓消除支架構(gòu)建各部位之間的間隙和非彈性形變，消除支架基礎(chǔ)的非彈性形變。
支架預(yù)壓荷載一般按理論值荷載的50%、80%、100%和120%進(jìn)行逐步加載，加載時(shí)在拱頂、拱腳、拱跨1/4和基礎(chǔ)頂面等處設(shè)置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，預(yù)壓在加載50%和120%理論荷載后停止加載，進(jìn)行12h的支架沉降、變位的連續(xù)觀測(cè)。在120%理論荷載加上后，連續(xù)觀測(cè)48h的支架沉降、變位，在其均小于1mm時(shí)，則認(rèn)為地基沉降基本穩(wěn)定。
預(yù)壓結(jié)束后，整理預(yù)壓中的原始數(shù)據(jù)，計(jì)算出支架的彈性和非彈性形變形量，為修正拱圈底模提供數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，以便砌筑出的拱圈更符合設(shè)計(jì)要求。
四、拱圈
拱圈是拱橋的主要受力部分，其施工應(yīng)嚴(yán)格按照施工技術(shù)程序進(jìn)行。施工前應(yīng)按跨徑大小選用如下施工方法： 來源：考試大
1．施工前的準(zhǔn)備工作。拱圈砌筑前，要做的準(zhǔn)備工作有：（1）砌筑時(shí)的常用工具的混準(zhǔn)備：由于拱圈須搗實(shí)灰縫和填塞空隙，除使用一般的砌筑工具外，還需增加長插片、長插刀、擋灰板、長插針、撬棍、木夯、木錘等工具。（2）拱石的清理、編號(hào)、排列：粗料石拱石要按設(shè)計(jì)進(jìn)行紙上配料，再經(jīng)過實(shí)地放樣制出樣板，然后按樣板開出拱石。拱圈一般不等厚，拱石型號(hào)很多，每號(hào)拱石又常有上、中、下之分，因此，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，需進(jìn)行清點(diǎn)，并編號(hào)使之有順序地排列，用鉛油將編號(hào)標(biāo)在石面上。（3）石料的清鑿和檢查：粗料石拱石，均應(yīng)在安防砌筑前用樣板套過，一般可比樣板稍小，但偏心不應(yīng)超過5mm，并不得有扭曲情況。一般拱石可用樣板正套或反套，但鑲面石的外漏部分必須有一半正套，一半反套。除鑲面石及兩側(cè)接砌邊墻部分的拱石的拱背必須修鑿整齊外，其余拱石的拱背部分，厚度符合要求即可，即可以保持原來的粗糙面，不加清鑿。（4）在拱模上攤放拱石及灰縫大樣：拱圈安砌前在拱模上將每層拱石，包括灰縫的位置用墨線畫在模板上，以防拱圈合龍封頂時(shí)封頂石放不下去或灰縫過大。放線時(shí)，可在橋上游和下游順拱圈模板量出兩端起拱線間的長度，然后分中定出實(shí)際拱頂線，因拱架有預(yù)留高度，所以實(shí)際長度比計(jì)算稍大，其差數(shù)平均攤?cè)敫骰铱p內(nèi)。長度量出后，即可從實(shí)際拱頂線向兩邊按每排拱石尺寸和灰縫寬度畫出各排拱石線，并將拱石的層次、號(hào)數(shù)用紅鉛油寫明。（5）注意立縫的控制：拱圈的立縫須成輻射形，從圓心放射出的輻射線應(yīng)一致，因此每塊拱石均呈上大下小的形狀。為掌握砌縫的正確位置和方向，砌筑時(shí)須用三角形輻射尺控制。各種跨徑和弧形的三角尺形狀不相同，在同意拱圈內(nèi)，拱弧也可能不同。因此，三角輻射尺上應(yīng)標(biāo)注明所適用的拱形和排號(hào)，不能用錯(cuò)。（6）砌筑時(shí)注意錯(cuò)縫的規(guī)定：粗料石拱石排與排間石塊在底面上錯(cuò)縫須錯(cuò)開10cm以上。拱圈較厚時(shí)每排拱石可能有數(shù)層石塊，此種情況下，排與排向相鄰層砌縫也要錯(cuò)開10cm以上。
2. 拱圈的砌筑。修建拱圈，最為重要的是要保證在整個(gè)施工過程中拱架受力均勻，變形最小，使拱圈的質(zhì)量符合實(shí)際要求。為此，必須選擇適當(dāng)?shù)钠鲋椒āＪ┕し椒ǖ倪x擇一般根據(jù)跨徑大小、構(gòu)造型式等分別采用。
跨徑在10米以下的拱圈，通常，可按拱的全寬和全厚，由兩側(cè)拱腳同時(shí)對(duì)稱地向拱頂砌筑。但應(yīng)當(dāng)注意，盡量爭(zhēng)取盡可能快的速度，使在拱頂合龍時(shí)，石拱橋拱石砌縫中的砂漿尚未凝結(jié)。
跨徑10～15米的拱圈，最好在拱腳預(yù)留縫，由拱腳向拱頂按全寬、全厚進(jìn)行砌筑。為了防止拱架的拱頂部分上翹，可在拱頂區(qū)段預(yù)先壓重。壓重時(shí)，一般自拱腳向上砌到1/3矢高左右，就在拱頂1/3L范圍內(nèi)預(yù)壓占總數(shù)20%的拱石。待拱圈砌縫的砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后，再將拱圈預(yù)留空縫用砂漿填塞。
大、中跨徑的拱橋，一般采用分段施工或分環(huán)(分層)施工與分段相結(jié)合的施工方法。分段施工可使拱架變形比較均勻，并可避免拱圈的反復(fù)變形。分段的位置與拱架的受力和結(jié)構(gòu)型式有關(guān)，一般應(yīng)設(shè)置在拱架撓曲線有轉(zhuǎn)折及拱圈彎矩比較大的地方，如拱頂、拱腳及拱架的節(jié)點(diǎn)處。對(duì)于石拱橋，分段間應(yīng)預(yù)留0.03～0.04米的空縫后設(shè)置木撐架，混凝土拱圈則應(yīng)在分段間設(shè)混凝土擋板（端模板），待拱圈砌筑后再用砂漿（或埋入石塊、澆注混凝土）灌縫。拱頂處封拱必須在所有空縫填塞并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能進(jìn)行。另外，還需注意封拱（合龍）時(shí)的大氣溫度是否符合設(shè)計(jì)要求。如果設(shè)計(jì)無明確要求時(shí)，應(yīng)該在氣溫較低時(shí)，如凌晨時(shí)，進(jìn)行。
當(dāng)跨徑大、拱圈厚度較大，由多層拱石或預(yù)制混凝土塊等組成時(shí)，可將拱圈全厚分層，即分環(huán)施工。按分段施工法修建好一環(huán)合龍成拱，待砂漿或混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再澆注或砌筑上面一環(huán)。這樣，第一環(huán)拱圈就能起拱的作用，參與拱架共同承受第二環(huán)拱圈結(jié)構(gòu)的重力。以后各環(huán)節(jié)均按照上述工序進(jìn)行。分層施工，大大減小了拱架的設(shè)計(jì)荷載，合龍快，施工安全系數(shù)高，也節(jié)省了拱架。
五、拱橋上部
拱橋上部施工，應(yīng)在拱圈合龍，混凝土或砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的30%后，才能進(jìn)行。對(duì)于石拱橋，一般來說，應(yīng)不少于合攏后三晝夜。拱上建筑施工，應(yīng)避免使主拱圈產(chǎn)生過大的不均勻變形。實(shí)腹式拱上建筑，應(yīng)由拱腳向拱頂對(duì)稱砌筑。在側(cè)墻砌筑好后，再填筑拱腹填料，修建橋面結(jié)構(gòu)后續(xù)工程。空腹式拱橋一般是在腹拱墩砌筑完后，隨即卸落拱架，之后再對(duì)稱均衡地砌筑拱圈，以免使主拱圈產(chǎn)生不均勻下沉，導(dǎo)致腹拱圈開裂。在多孔連續(xù)拱橋中，當(dāng)橋墩不是按施工單向受力墩設(shè)計(jì)時(shí)，仍應(yīng)注意相鄰孔間的對(duì)稱均衡施工，避免使橋墩承受過大的單向推力。在裸拱圈上修建拱上結(jié)構(gòu)的多孔連拱時(shí)，更應(yīng)注意相鄰孔間的對(duì)稱均衡施工，以免影響拱圈的質(zhì)量和安全。
六、拱架拆卸
為使拱架承受的荷載逐漸、平穩(wěn)地轉(zhuǎn)移給拱圈，卸架應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的工序進(jìn)行。
1．卸架常用設(shè)備有簡(jiǎn)易木楔、木馬、組合木楔、沙筒等。沙筒由頂心木和金屬筒組成，卸架時(shí)將泄沙孔的塞子拔出，將筒中沙子逐步掏出，頂心木緩緩下降，拱架隨之卸下。沙筒是一種應(yīng)用較廣、安全可靠的設(shè)備。
2．卸架的技術(shù)要求如下：（1）卸架時(shí)間。對(duì)于跨徑為20米及以下的拱橋應(yīng)自拱頂合龍后15～20天進(jìn)行；對(duì)于跨徑大于20米的拱橋應(yīng)自合龍后30天進(jìn)行；當(dāng)溫度低于15℃時(shí)應(yīng)適當(dāng)延長。（2）多孔拱橋卸架應(yīng)考慮相鄰孔推力的影響，應(yīng)在相鄰孔拱圈合龍，并達(dá)到上述時(shí)間后才能進(jìn)行卸架。（3）卸架不能在裸拱情況下進(jìn)行，實(shí)腹式拱橋應(yīng)在側(cè)墻完工或護(hù)拱，砌筑完畢后方可卸架。（4）卸架應(yīng)分步進(jìn)行、逐漸均勻降落，每次下降均由拱頂向拱腳對(duì)稱進(jìn)行、逐排完成，第一次完成后又從拱頂開始第二次下降，直至拱架與拱圈完全脫離為止。 |
