浅谈石拱桥的施工工艺

【摘 要】石拱桥是一种古老的桥型，石拱桥因其具有外形美观、结构简单、施工方便、承载力大、造价低、养护费用少、使用寿命长等优点而在公路桥梁中被广泛采用。本文着重阐述了石拱桥的施工方案。

【关键词】施工准备；基坑开挖；基础及墩台施工；拱架施工；拱圈施工；拱桥上部施工；拱架拆卸

石拱桥是一种古老的桥型，又是一种充满生机的桥型。石拱桥因其具有外形美观、结构简单、施工方便、承载力大、造价低、养护费用少、使用寿命长等优点而在公路桥梁中被广泛采用。

我国石拱桥建设历史悠久，现存的具有13000多年历史的赵州桥举世闻名。尤其从上世纪60年代开始，石拱桥的建设迅速发展，不但跨径不断增大，其数量更加惊人。可以说石拱桥在我国全部桥梁中占有相当大的比例。

虽然石拱桥本身施工比较简单，但其施工方案（包括拱架形式、拱圈砌筑顺序、拱上建筑施工顺序、落架方法及顺序等）对结构的安全和内力、变形等影响很大，对大跨径拱桥尤其明显。要做出最优的施工方案，必须以结构分析为基础，所以，首先需要制定出合理的施工方案，然后通过结构分析进行优化，最终得出施工的指令性方案。

石拱桥施工的主要工序步骤为：施工准备基坑开挖基础及墩台施工拱架施工拱圈施工拱桥上部施工拱架拆卸。

一、基坑开挖的一般程序是：基坑放线改河及排水基坑开挖及坑壁加固基底清理。

1．基坑放线是确定基坑开挖范围的工作。其方法是：先根据基底平面尺寸，考虑基坑开挖要求的宽度，以及由基坑土质确定的坑壁坡度计算出基坑开挖的长度和宽度。再根据桥墩、台中心桩和轴线，用皮尺和花杆放线，即可确定基坑开挖的边线。

2．改河排水是确保基坑施工的重要工序。通常基坑开挖选择在枯水季节施工。改河排水常采用以下两种方法：当河沟水流较小时，可将河沟或渠道位置适当改移，先在干涸的河道上施工架桥，待桥梁建成后，再改移河道将水流接通。当河面较宽，水流较大时，可考虑用土坝或草袋围堰，构筑成导流堤，把水导向河沟一侧，基坑施工后，再改移导流堤施工另一侧基坑。

3．基坑开挖与坑壁加固是同时交叉作业的两个工序。当坑壁土质较好，渗水较少时，可采取无支撑施工。为确保安全，当坑深大于5米时，坑壁上应设有0.5至1米的护坡道。

4．基底清理是挖基的最后一道工序，基坑挖至设计高度后，如系岩石基底，应将表面风化层除去，冲洗干净，并将表面凿毛。如系土质基底，应经基底承载力检测，符合设计要求后方可进行下一道工序。

二、基础及墩台

石拱桥的基础及墩台由浆砌块和片石构成，其施工要点可归纳为“五个掌握好”：

一是掌握好砌筑顺序。砌筑时应大致按水平面分层自下而上进行，每层应从四周向中间方向砌筑，并注意外露面的平整美观。

二是掌握好砌体表面坡度。砌筑过程中应根据已立好的样架经常挂线检查，逐层校对，确保墩台的设计坡度和表面的平整。

三是掌握好桥台转角、桥墩圆头的砌筑。用于桥台转角和桥墩圆头的石料应挑选上下面大致平行、形状大致为方形的石料，并应进行上钻加工，桥台转角石（又叫角子石）应按桥台总高度和石料尺寸，基本确定每一层砌筑的高度，合理配料，以便控制砌筑总高度的尺寸。

四是掌握好施工砌缝工艺。砌缝应形成不规则的“花缝”，上下左右应错开，避免竖缝上下垂直贯通。

五是掌握好拱脚的砌筑工艺。拱脚是承受拱圈推力的重要部分，砌筑要领包括严格控制设计高度、正确安砌五角石、掌握控制拱斜面、严禁砌缝呈水平。

三、拱架

拱架是支撑拱圈砌筑的临时构造物，对于确保拱圈形状以及施工安全十分重要，拱架有木拱架、钢拱架和土牛拱胎。这里只介绍钢拱架的施工。

1．拱架搭设

主拱圈施工在搭设的拱架上进行，根据拱桥的拱圈自重和相关的施工荷载，按施工要求，以经济合理又安全可靠为首选方案。拱架搭设前，先将所在河床位置的地面整平后，沿支架纵横方向以一定间距（一般为1m）采用手锤将加有铸铁桩尖的钢管打入河床内，以连续锤击无进展为止。再横向靠地面用钢管加扣件将已打入地下的管头连续起来作为支架基础。为保证其稳定和砌拱时具有足够的承载力，可在部分排架的横杆下浇筑一定厚度的混凝土。之后在支架基础上搭设横、纵间距为1m，上下步距为1m的钢管满堂支架。对于大跨度的石拱桥，为保证排架的稳定性，应设置有足够的斜撑、剪刀撑和风缆绳。

2．支架预压

各种支架安装完成并铺设底模后，应通过预压检查各种工况下支架构件的应力，应变与理论值的差异；支架变形是否在容许范围之内，并实测支架各控制点处的挠度；通过预压消除支架构建各部位之间的间隙和非弹性形变，消除支架基础的非弹性形变。

支架预压的载一般按理论值荷载的50%、80%、100%和120%进行逐步加载，加载时在拱顶、拱脚、拱跨1/4和基础顶面等处设置测点进行观测，预压在加载50%和120%理论荷载后停止加载，进行12h的支架沉降、变位的连续观测。在120%理论荷载加上后，连续观测48h的支架沉降、变位，在其均小于1mm时，则认为地基沉降基本稳定。

预压结束后，整理预压中的原始数据，计算出支架的弹性和非弹性形变形量，为修正拱圈底模提供数据，对其进行调整，以便砌筑出的拱圈更进一步的符合设计要求。

四、拱圈

拱圈是拱桥的主要受力部分，其施工应严格按照施工技术程序进行。施工前应按跨径大小选用如下施工方法：

1．施工前的准备工作

拱圈砌筑前，要做的准备工作有：（1）砌筑时的常用工具的混准备：由于拱圈须捣实灰缝和填塞空隙，除使用一般的砌筑工具外，还需增加长插片、长插刀、挡灰板、长插针、撬棍、木夯、木锤等工具。（2）拱石的清理、编号、排列：粗料石拱石要按设计进行纸上配料，再经过实地放样制出样板，然后按样板开出拱石。拱圈一般不等厚，拱石型号很多，每号拱石又常有上、中、下之分，因此，运至现场后，需进行清点，并编号使之有顺序的排列，用铅油将编号标在石面上。（3）石料的清凿和检查：粗料石拱石，均应在安防砌筑前用样板套过，一般可比样板稍小，但偏心不应超过5mm，并不得有扭曲情况。一般拱石可用样板正套或反套，但镶面石的外漏部分必须有一半正套，一半反套。除镶面石及两侧接砌边墙部分的拱石的拱背必须修凿整齐外，其余拱石的拱背部分，厚度符合要求即可，即可以保持原来的粗糙面，不加清凿。（4）在拱模上摊放拱石及灰缝大样:拱圈安砌前在拱模上将每层拱石,包括灰缝的位置用墨线划在模板上,以防拱圈合拢封顶时封顶石放不下去或灰缝过大。放线时,可在桥上游和下游顺拱圈模板量出两端起拱线间的长度,然后分中定出实际拱顶线,因拱架有预留高度,所以实际长度比计算稍大,其差数平均摊入各灰缝内。长度量出后,即可从实际拱顶线向两边按每排拱石尺寸和灰缝宽度划出各排拱石线,并将拱石的层次、号数用红铅油写明。（5）注意立缝的控制:拱圈的立缝须成辐射形,从圆心放射出的辐射线应一致,因此每块拱石均呈上大下小的形状。为掌握砌缝的正确位置和方向,砌筑时须用三角形辐射尺控制。各种跨径和弧形的三角尺形状不相同,在同意拱圈内,拱弧也可能不同。因此,三角辐射尺上应标注明所适用的拱形和排号,不能用错。（6）砌筑时注意错缝的规定:粗料石拱石排与排间石块在底面上错缝须错开10cm以上。拱圈较厚时每排拱石可能有数层石块,此种情况下,排与排向相邻层砌缝也要错开10cm以上。