蔡建国　朱伟军

(浙江丰铎建设有限公司, 浙江 临安　311300)



土牛胎在石拱桥拱圈施工中的应用

蔡建国朱伟军

(浙江丰铎建设有限公司, 浙江 临安311300)

【摘要】主拱圈的施工是控制拱桥施工安全、进度、质量、费用的关键环节，而土牛胎施工方案在景区或城乡小流量河道的石拱桥主拱圈施工中对控制上述4个目标具有天然的优越性，也得到了广泛的应用。本文以临安市天目路桥石拱桥为例对土牛胎在石拱桥主拱圈施工中的应用进行探讨，对拱圈或拱式渡槽的施工均具有一定的借鉴意义。

【关键词】土牛胎； 主拱圈； 施工导流； 拆模

1土牛胎的特点

1.1土牛胎的适用范围

土牛胎因导流量小、土方填筑量大的特点，在园林景区、城乡小流量小跨度不通航河道以及新开挖河道的石拱桥拱圈和渡槽施工中有着一定的优越性。在其他拱桥或渡槽的施工中，应与拱架施工法进行经济性、安全性、进度的比选。

1.2土牛胎的优点

在以前的满堂木架或脚手架的拱架施工案例中，拱架搭设、使用、拆除过程中有着高处作业的特性，且拱架在汛期易受洪水及漂浮物的冲刷，拱架倒覆造成人员伤亡、财产损失的事故时有发生，严重的有2007年8月13日湖南省凤凰县沱江大桥拆除拱架时拱架垮塌而造成的特大安全事故。而土牛胎铺筑、使用、拆除引发的安全事故鲜有见闻。从安全性上来看，拱胎方案远优于拱架方案。

木拱架方案需砍伐大量树木作拱架材料，钢管脚手架方案需对大量的钢管进行切割拼装，木材与钢管的市场采购价也较高，且河道或园林处的原状土难以满足木拱架或钢管脚手架的承载力要求，需对原状土进行压实、硬化以作木拱架或钢管脚手架基础；而土牛胎方案的主要材料为土方，可就地取材，拆除后可作河岸工程回填方，或作园林景区的造景土方。从经济性和环保性来看，拱胎方案优于拱架方案。

拱架方案需雇佣大量的人力搭设、拆除拱架，且拱架承受荷载较小，施工强度不易提升；拱胎方案填筑、拆除采用机械施工，承受荷载力较大，工作面比拱架大，有利于提升施工强度。从进度控制上来看，拱胎方案优于拱架方案。

1.3土牛胎的基本要求和破坏形式

土牛胎兼具模板和基础的作用，其基本要求可参考模板与路基的相应要求，归纳其为强度、整体稳定性、平整度、水稳定性。而土牛胎的破坏形式往往未能与其基本要求保证息息相关。

土牛胎的破坏形式之一为弹簧土和拱胎土局部沉陷，由于填筑材料选择不当造成。填筑方法不合理，压实不足，在荷载、水、温综合作用下，土牛胎胎身向下沉陷造成外观尺寸不能满足设计要求的变形破坏。另一种破坏形式是边坡溜方及滑坡，溜方是水流冲刷边坡，边坡上薄的表层土被水浸泡后，沿边坡向下滑移的破坏现象；滑坡是边坡土体在重力作用下沿某个滑动面发生的剪切破坏，主要成因是边坡过陡、不正确的应用倾斜层次的方法填筑、含水量过大、坡脚被水冲刷。

2施工导流

土牛胎施工因其结构形式及施工方法的特性，只适用全段围堰法导流，主要有两种情况：在农村或郊区河道拱桥施工中，可根据实际地形采用全段围堰法中的明渠导流；在城区或有毗邻建筑物的拱桥施工中采用全段围堰法中的涵管导流并结合已有建筑物过水。另外在新开挖河道或园林拱桥的施工中，因无上游来水，可不做导流，直接堆筑土牛胎。

临安市天目路桥石拱桥跨径布置:9m(桥台)+37m(主跨)+9m(桥台)=55m。桥宽：(2×4)m(人行道)+10m(行车道)=18m，矢跨比为1/8。由于无详细水文资料，根据天目路桥周边居民询问及对锦溪水位实际观测，上游山塘水库都是低水位,一般雨量不会受影响,枯水期水流量不大。桥头两侧均有毗邻建筑物，无法开挖导流明渠。该桥梁导流方法考虑采用涵管导流并结合已有建筑物过水。6排直径1m钢筋混凝土管断面面积4.7m2，两边亲水平台过水断面33m2，枯水期涵管过水，汛期涵管及亲水平台共同过水，该导流方案能满足安全过水要求。铺设前,挖机将河底整平再填砂砾压实,放出轴线。钢筋混凝土管在专业的预制厂购买,由汽车运输到现场,用吊机进行吊运安装,管节由下游开始安装,使接头面向上游,所有管节顺水流方向铺设。管与管之间距离为2.5m左右，中间填土压实，使混凝土管不承受太大压力。

3土牛胎施工

3.1土牛胎的结构型式

土牛胎的结构型式(见下图)与均质土石坝相类似，主要由上游坝坡、下游坝坡、坝体、坝顶等几部分组成。上游坝坡作用是防止上游来水冲刷，增强土牛胎的稳定性，主要包含护脚及护坡两部分。护脚可参照土石坝的齿槽施工方法采用浆砌块石挡墙或混凝土挡墙；护坡可参照土石坝的上游坝坡施工方法采用预制块、土工模袋(可重复利用)，当工期较紧时也可采用混凝土护坡，或在砂砾石护坡表层喷射砂浆成型。下游坝坡的主要作用是降低胎体浸润线，防止胎体渗透变形，保护胎体不受涵管出水的淘刷。可参照土石坝的排水棱体或贴坡排水进行施工。坝体(土牛胎胎体)的主要作用是临时承受上部传递的荷载，包括主拱圈、施工人员、机械设备、材料等各项荷载，并在上游水压力的影响下保持其稳定性。可参照均质土石坝的坝体进行施工。坝顶(胎模)的主要作用是传递上部荷载，以及确保土牛胎的成型稳定。

土牛胎结构图

3.2土牛胎的施工时间

土牛胎的填筑及拆除均宜安排在水流影响小的枯水期，填筑应在桥梁台身强度达到70%后进行，预计7～10d左右土牛胎可完成。待沉降量达到稳定，在土牛胎表面铺设C15混凝土底模，养护7d后即可进行主拱圈砌筑。主拱圈砌筑完成强度稳定后进行土牛胎的拆除。

3.3土牛胎的填筑

土牛胎的填筑首先是选材，以就地取材为原则，一般园林拱桥土牛胎多为黏性土或砂性土填筑，填筑质量的控制指标为压实度；河道拱桥土牛胎多为砂砾料填筑，填筑质量的控制指标为相对密度。临安市天目路桥石拱桥土牛胎就是选用桥台及上下游堤防的开挖料为筑胎材料，桥台及上下游堤防施工时即将开挖料预先往土牛胎方向堆置。

土牛胎填筑前，先清理桥位范围内的河道淤泥杂草，平整基底，用砂砾石先铺筑底层并碾压密实。对上下游护脚进行放样定位，护脚施工时预留导流涵管位置。安放导流涵管后分层填筑砂砾石，涵管间砂砾石采用小型夯实机人工夯实，填筑至管顶上60cm时采用14t振动压路机碾压，采用进退错距法碾压3～4遍，砂砾料相对密度达到0.8以上后再填筑上一层。在容易被水浸泡的外围，填筑砂砾类材料，拱顶部分填筑砂土类材料，不得填筑黄泥。填筑高度超出拱圈设计高度后，进行超载预压，待沉降达到稳定后，重新修平，达到预拱标高。土牛胎上下游边坡坡度为1∶1.5，边坡松土拍打密实，上游设置护坡，下游使用贴坡排水或铺设彩条布防雨水冲刷。顶面宽度要比桥面建筑设计宽度超出2.5～3m，亦可当工作面使用。

土牛胎造形构造依照设计标高、拱矢高度和弧度进行整形，并采用地面放木板做大样，以样板校正圆弧形状。边填边整形，以使尺寸达到设计拱圈底匹配要求，并按设计要求填筑5cm预拱高度。为保证拱底部外观质量，预压后的沉降量在允许范围后，即采用C15混凝土或水稳料在土牛胎上铺设厚度为10cm的底模，并用平板振捣机振捣密实。底模施工时要求按照土牛胎面上的测量放样浇筑，严格控制顶面与弧度保持一致。在混凝土浇筑过程中，运用弧度杆板进行校正，达到弧度标准。在桥两侧加宽1.5m处浇筑混凝土底模，作为拱圈侧线的支撑点。纵向每4m设一条隔离缝，横向也每宽4m设一条隔离缝。此缝主要为拆模用，使底模在土牛胎拆除时能自动脱落。

3.4土牛胎的拆除

在主拱圈及其上横墙全部砌筑完毕，且水泥砂浆强度达到90%后，方可进行土牛胎的拆除。拆除时，先从拱圈的中心开始，上下游两边各用一台挖机，同时进行挖土。两台挖机挖进速度应大致均匀，先将中心部位挖空，要注意刚开始时的挖土量要少，以后逐渐增大，保证其平稳、均匀沉降。中心部位挖空后，待其部位的拱圈石有一段时间的稳定后，再用挖机由中心向左右两侧挖土，两边挖土要均匀。挖机挖至起拱点附近无法工作时，用人工挖除。由于混凝土底模浇筑时已事先设置分隔缝，土牛胎的胎身挖除时，大部分底模会随着土方的挖除自动脱落，个别未脱落底模应安排人工拆除，严禁挖机猛烈敲击拱圈。土牛胎拆除产生土方可用于桥台和上下游堤防的土方填筑，未破损的导流涵管可用于堤防排水设施。

4结语

土牛胎作为拱桥施工时的一种可选方案，根据不同的地理环境和工程特征，在许多地区的拱桥施工中均有应用。在实际应用时，有一些要点需工程参建者注意：

a.在施工过程中应随时观测水文信息，及时清理导流涵管洞口堆积的杂物和树木等漂浮物，过水前拆除上游可能倒塌的电杆、临时排架等构筑物。

b.应严格按照设计要求放样，并填筑预拱高度，预压后的胎面体型、平整度、高程应符合设计要求。

c.在拆土模时，在拱上中心、两边设6～7个点进行沉降观测，若出现不均匀沉降，应马上改变拆除位置进行纠偏。

参考文献

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[2]史钊.公路、桥梁、隧道施工新技术、新工艺与验收规范实务全书[M].北京：金版电子出版公司，2002.

[3]DL/T 5129—2001碾压式土石坝施工规范[S].北京：中华人民共和国国家经济贸易委员会.2001.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.003

中图分类号：TV548

文献标志码：B

文章编号：1005-4774(2016)07- 0009- 03

Application of earth-cattle arch vaulting in the construction of stone arch bridge arch ring

CAI Jianguo, ZHU Weijun

(ZhejiangFengduoConstructionCo.,Ltd.,Lin’an311300,China)

Abstract：The construction of main arch ring is a critical link to control arch bridge construction safety, schedule, quality and cost. Earth-cattle arch vaulting construction method has natural superiority to control the four above objectives in stone arch bridge main arch ring of scenic spot or small flow channel in urban and rural areas. It also has been widely applied. In the paper, stone arch bridge among Tianmu roads and bridges in Lin’an is adopted as an example for discussing the application of earth-cattle arch vaulting in the construction of stone arch bridge main arch ring. It has certain reference significance to the construction of arch ring or arch aqueduct.

Key words：earth-cattle arch vaulting; main arch ring; construction diversion; form removal