李垚
摘要 大型桥梁工程拱座需要承受极大的上部结构压力，因此体积较为庞大，具有一定施工难度。为明确此类大型桥梁的拱座施工技术，文章以云台通江河特大桥梁为例，着重对其拱座施工技术展开探讨。结果显示，桥梁拱座达到了预期的施工效果，满足验收质量要求标准，可有效支撑上部结构压力。可见，大型桥梁拱座需要通过钢模组拼装成较大的体积，工程设计的形态，以及跨河桥梁的加强止水、支挡等工序，起到有效的支撑效果。
关键词 大型桥梁；
拱座施工；
施工技术；
开挖防护；
质量控制
中图分类号 U445.4文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）12-0091-03
0 引言
桥梁拱座施工对桥梁的结构整体性、安全性以及使用寿命都有着直接影响。但大型桥梁拱座由于需要承担极大的上部结构压力，因此不仅体积庞大，而且形态也比较复杂。另外，如果是跨河桥梁，还要考虑止水与围挡处理。案例工程是一座跨河特大桥梁，在施工中通过钢模组拼装的方式满足了形态及体系要求，并利用咬合桩构建了止水帷幕和外围支挡结构，取得了较为理想的施工效果，现对其具体施工技术展开如下论述。
1 桥梁工程拱座施工概述
1.1 大型桥梁拱座的功能与类型
1.1.1 大型桥梁拱座的功能
大型桥梁拱座的功能主要包括以下几个方面：
（1）力学传导作用：拱座是拱桥体系中承上启下的关键部件，其将来自拱圈或拱肋的巨大轴向压力、水平推力以及弯矩等复杂荷载有效地传递到地基，确保了桥梁结构的稳定性。
（2）变形协调功能：由于桥梁结构在温度变化、徐变效应及车辆动态荷载等因素影响下会发生变形，所以拱座应具备一定的柔性以适应这些变形，避免出现因刚性约束导致的结构应力集中或开裂问题。
（3）抗震性能保证：在地震作用下，优良设计的拱座能够提供必要的耗能机制，通过合理的构造措施减小地震对桥梁主体结构的破坏。
（4）防水防蚀保护：拱座还承担着防止地下水渗透和腐蚀性介质侵蚀的作用，需要采取有效的防护措施以延长桥梁的使用寿命。
1.1.2 大型桥梁拱座的类型
拱座的类型多样，可以根据不同的分类标准进行划分，主要包括以下几种类型[1]：
（1）实体混凝土拱座：这种类型的拱座通常由高强度混凝土浇筑而成，具有良好的抗压性能和耐久性，适用于地质条件较好且承受荷载较大的场合。
（2）桩基-承台式拱座：在软弱地基或者复杂地质条件下，采用深基础如桩基结合承台构建拱座，以分散并有效传递荷载至更深更稳定的地层。
（3）岩石锚固式拱座：利用天然岩石的高承载能力，通过预应力锚索或锚杆直接锚固于岩体中形成拱座，特别适用于山区桥梁建设。
（4）组合式拱座：针对不同工况要求，可采用钢-混凝土组合或多种材料复合的形式，充分利用不同材料的力学特性，提高拱座的综合性能。
1.2 大型桥梁工程拱座施工的特点与难点
1.2.1 大型桥梁拱座的特点
（1）荷载传递特性显著：拱座作为连接桥梁上部拱圈或拱肋与下部基础的枢纽，其主要特点是需承受和传递巨大的轴向压力、水平推力以及弯矩等复杂荷载。
（2）体积庞大与施工难度高：大型桥梁的拱座往往体积巨大且形状复杂，施工过程中需要解决模板制作安装精度高、混凝土浇筑与养护难度大等问题。
（3）技术工艺复杂：拱座施工涉及深基础开挖、桩基施工、预应力筋布设张拉、混凝土浇筑与温控、临时支撑体系设置与拆除等一系列复杂的工艺流程，每个环节都需要精密的计算、严谨的设计和精确的执行。
（4）现场条件制约明显：施工现场的地层地质条件、气候环境、交通组织等因素对拱座施工产生直接影响，尤其是在山区、河流等复杂的地理环境中，更需要结合实际情况采取适宜的施工技术和方法。
（5）安全保障与质量控制严格：由于拱座是保持桥梁稳定性的关键部位，其施工过程中的安全风险管控与工程质量监测至关重要。
1.2.2 大型桥梁拱座的难点
（1）精确的力学计算：拱座的受力复杂，需要精确的力学模型进行计算，以确保设计的合理性和安全性。
（2）材料选择与处理：拱座需要承受巨大的载荷和环境侵蚀，选择合适的材料并进行有效的处理是施工中的一大难点。
（3）施工监控与调整：由于施工环境的不确定性和施工误差的存在，实时监控和调整施工参数至关重要，以确保最终结构的精度和质量。
（4）施工安全与环境保护：在复杂的施工环境中，确保施工安全和环境保护也是一大挑战。
2 大型桥梁拱座施工关键技术分析
2.1 项目概况
云台通江河特大桥位于通江县平台镇，横跨通江河，设计方案桥梁跨径组合为：（5×40）m预应力简支T梁+净跨径380 m拱桥（拱上机构跨径13×30.5 mT梁）+（9×40）m预应力简支T梁。桥梁起点桩号为K138+
577.4，终点桩号为K139+551.9，桥梁全长为973.5 m。拱座设计为钢筋混凝土拱座，拱座采用整幅设置，横桥向宽34.6 m、顺桥向长24.8 m、拱座总高16 m。
2.2 施工工艺流程
拱座施工流程如图1所示[2]：
2.3 拱座施工技术要点
2.3.1 施工准备
两岸主拱座开挖前应首先采用咬合桩建立止水帷幕，设立基坑开挖支护。开挖以人工机械挖为主，避免过度损伤拱座基底及侧壁岩体的强度与完整性，导致其承载力降低。开挖时应按照设计尺寸在岩面上由上而下开挖成梯级斜面。
2.3.2 咬合桩施工
采用布设咬合桩的方案进行拱座基坑的开挖止水，按照“跳桩施工”原则施工；
先施工素混凝土桩，再施工钢筋混凝土桩，素混凝土桩和钢筋混凝土桩之间应咬合20 cm。
咬合桩桩基采用280型旋挖钻机进行引孔施工，先测量放出桩基位置，用钻机在桩基位置施工将引导孔埋入临时钢护筒，引导孔的深度应入岩1.5 m，即开挖至桩底标高。浇筑前清孔合格后方可浇筑，浇筑采用导管水下浇筑法进行浇筑，引导孔采用分序跳打成孔施工。
钢筋混凝土桩基施工流程：测量放样—钻机就位—桩基引孔—埋设护筒—钻孔施工—桩基检验—安装钢筋笼—桩基清孔—浇筑C30水下混凝土。
待素混凝土桩浇筑完成3 d后，桩基达到一定强度后方可继续施工钢筋混凝土桩。施工方式同素桩一样，先测量放出桩基位置，用钻机在桩基位置施工将引导孔埋入临时钢护筒，引导孔的深度应入岩1.5 m，即开挖至桩底标高。安装钢筋笼，浇筑前清孔合格后方可浇筑，浇筑采用导管水下浇筑法进行浇筑[3]。
桩基浇筑7 d后，完成桩基检测，检测合格后方可进行下一步拱座基坑的开挖工序。
2.3.3 拱座基坑开挖及防护
两岸拱座为钢筋混凝土拱座，拱座底高程306.752 m，拱座采用整幅设置；
横桥向宽34.6 m、顺桥向长24.8 m、拱座总高16 m；
分三级台阶，每级台阶高为5～6 m，台阶开挖面按1∶0.3放坡。
坡口线外不小于2.5 m设置贯通截水沟，平台设置平台截水沟，基坑边设置竖向急流槽接回填平台永久边沟，坡脚设置平台边沟。
（1）开挖方式。拱座开挖施工顺序为：施工基坑边坡截水沟—自上而下分层开挖—及时施作防护工程进行坡面防护。
基坑顶边坡分两级开挖，每级开挖高度为3 m；
拟采用神钢350型挖掘机按1∶1开挖刷坡，开挖一级防护一级。
拱座基础分六级开挖，每级开挖高度不超过3 m，开挖一级防护一级；
拟考虑2台神钢350型、1台神钢260型挖机在基坑内开挖，采用两台抓斗机在平台进行抓土和装车，刷坡时挖机应正对坡面方向，由缓到陡逐渐刷下边坡。
（2）拱座边坡防护。拱座开挖过程中应边开挖边防护，做到开挖一级防护一级。
2.3.4 拱座施工
拱座高16 m，整体式拱座长宽为34.6 m×24.8 m，拱座外围支挡采用咬合桩施工工艺，拱座分五次浇筑成形，单拱座混凝土方量为C30（5 614.3 m3）、C50（2 546.8 m3）。
（1）钢筋制作与安装。拱座钢筋分5次绑扎成形。墩柱钢筋、劲性骨架预埋钢筋应在第四次浇筑混凝土后进行预埋施工，拱座混凝土浇筑分界面上设置锚固钢筋，平面间距为60 cm×60 cm，结合竖向钢筋及竖向型钢进行增补。每个浇筑层底部（除台阶范围内）设置钢筋的网格间距不大于15 cm。
（2）冷却水管安装。前面四层考虑优化配合比的方式不安装冷却水管，第五层冷却水管采用φ50 mm×2.5 mm且导热性能好的钢管。冷却水管弯头采用弯管机冷弯而成，管间连接及进出水口采用黑橡胶管。钢筋绑扎的同时安装冷却水管。
（3）模板安装。拱座模板采用大块钢模组拼而成，单块模板结构尺寸为225 cm×225 cm，分层分段浇筑，分5次浇筑。
模板采用拉撑结合的方式进行固定，模板拉杆的布置按墩身模板拉杆布置，拉杆采用Φ22的钢筋单端攻丝制作，与拱座钢筋进行焊接。
（4）混凝土施工：
①混凝土运输。混凝土罐车自便道直接驶至墩位，由溜槽、天泵泵送入模。
②混凝土浇筑。拱座混凝土由拌和站集中拌和，利用输送泵及天泵泵送入模，拱座混凝土分五次浇筑。
混凝土浇筑前，应把模板、钢筋上的污垢清理干净。浇筑的自由倾落高度不得超过2 m，高于2 m时应采用滑槽、串筒等器具辅助输送混凝土。因拱座基础为大体积混凝土，在分缝处两层浇筑面上各设置一层D20冷轧带肋钢筋网，确保上下两层的连接性[4]。
（5）混凝土养护。拱座的温控原则为：内散外保，温升阶段加大降温速率（3～4 ℃/d），温峰过后控制降温速率（1～2 ℃/d），确保降温过程中冷却水与拱座之间的温度差值小于20 ℃、拱座内外温差小于20 ℃。混凝土浇筑完毕表面初凝后，应及时在其上表面覆盖土工布洒水进行养护。
（6）模板拆除。吊车配合进行模板拆除工作。
（7）埋件施工。埋件分永久埋件和临时埋件。
永久埋件为墩柱钢筋、型钢骨架、起步段拱肋安装，拱座施工时根据设计图纸放样精确埋入，不得遗漏。
临时埋件主要为塔吊、在浇筑前预埋至指定位置固定，后浇筑混凝土，其拆除后混凝土表面可修补，不会影响混凝土外观质量。
3 大型桥梁工程拱座施工质量控制措施
3.1 设计阶段的质量控制
首先，应基于精确的地质勘查与力学分析，进行合理的拱座结构设计，确保其能够有效传递和分散上部结构荷载至地基。同时，设计过程中应充分考虑混凝土材料性能、预应力筋布设、防水防腐措施等因素，以满足拱座在复杂环境下的使用要求。
3.2 施工前质量控制措施
（1）技术准备：全面审查施工图纸，确保设计意图和要求被充分理解；
进行必要的技术交底，确保施工人员掌握关键技术要求。
（2）材料质量控制：对所有施工材料进行质量检查，确保其符合设计要求和相关标准；
建立材料验收制度，对不合格材料进行退回或处理。
3.3 施工过程中质量控制措施
（1）模板安装与混凝土浇筑：确保模板的刚度、强度及精度满足设计要求，混凝土浇筑时应严格遵循分层、连续、均匀的原则，采用合理的振捣方法，避免混凝土内部出现孔洞、蜂窝等质量问题。同时，实行严格的温控措施，预防混凝土因温度变化产生的裂缝[5]。
（2）预应力施工：精确测量和控制预应力筋的张拉力，应严格按照规范程序进行张拉锚固，保证预应力的有效传递。此外，对预应力管道的灌浆质量进行严格把关，确保预应力体系完整且工作正常。
（3）监测与检测：运用现代监测技术对拱座施工过程进行实时监控，包括但不限于拱座受力状态、变形情况、地下水位变化等参数的监测。同时，对混凝土强度、钢筋保护层厚度、预应力损失等关键项目进行定期检测，及时发现问题并采取纠正措施。
3.4 施工后质量控制措施
（1）质量验收：按照相关标准和设计要求，对拱座施工成果进行全面的质量验收，确保其满足安全、功能和耐久性要求。
（2）质量评估与反馈：对施工过程和成果进行质量评估，总结经验和教训，提出改进措施；
建立质量信息反馈机制，及时收集和处理质量信息，持续改进施工质量控制。
4 结语
大型桥梁工程拱座施工质量控制是一项至关重要的任务，其不仅关系到桥梁的整体性能和安全性，还影响桥梁的使用寿命和社会经济效益。该文通过对大型桥梁工程中拱座施工技术的深入探讨，系统地分析了拱座的功能、类型、施工方法及其质量控制措施。研究表明，拱座作为桥梁结构的关键部分，其设计和施工质量直接关系到桥梁的整体性能和使用寿命；
通过采用合适的施工技术和严格的质量控制措施，可以有效提升拱座的施工质量，确保桥梁工程的安全性和可靠性。随着新材料、新技术的不断涌现，拱座施工技术也在不断创新和发展，为桥梁工程的建设提供了更多的可能性。
参考文献
[1]周敏. 大型桥梁工程主拱座施工技术探讨[J]. 工程技术研究， 2023（9）：
75-77+91.
[2]王美荣. 桥梁拱座大体积混凝土技术[J]. 黑龙江交通科技， 2020（8）：
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[3]赵金枝. 公路桥梁拱座大体积混凝土施工技术研究[J]. 交通世界， 2019（12）：
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[4]齐立宾. 大瑞铁路怒江特大桥拱座基础优化与施工技术研究[J]. 铁道建筑技术， 2017（6）：
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[5]张吉勇. 浅谈公路桥梁拱座施工技术应用[J]. 黑龙江交通科技， 2015（3）：
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