現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形拱橋主拱圈施工技術(shù)

1、120m跨現(xiàn)澆鋼筋砼箱形拱橋主拱圈施工技術(shù)1. 工程概況xx 市 xx 大橋位于xx 市 xx 鎮(zhèn)內(nèi)，為xx 水庫建成后原有道路改建工程。該橋位于xx 水庫上游，跨越庫區(qū)，終點(diǎn)與上大線連接。該橋橋長192.8m，其中橋梁主跨為凈跨徑120m上承式懸鏈線箱形拱橋，其矢跨比 1/6 ，拱軸系數(shù)m 1.756 ；拱上結(jié)構(gòu)為全空式三柱排架結(jié)構(gòu)，采用7.8m 先張法預(yù)應(yīng)力空心板作橋面結(jié)構(gòu)，主箱為高2m的等截面單箱雙室，三腹板支承拱上排架柱；拱上結(jié)構(gòu)根據(jù)高度分為橫墻和排架兩種形式；拱座采用8 根 130cm樁承臺(tái)基礎(chǔ)。橋梁設(shè)計(jì)荷載為公路級(jí)，橋面寬度9.5m（ 0.25m 欄桿 1.0m人行道 7.0m 行

2、車道 1.0m 人行道 0.25m 欄桿）。橋面總體布置圖見圖1。中心樁號(hào) K16+294.0004001928040043*120016*7802*12006.418931+660附加墩12 J7 J6 J5 J4 J3 J2 J1 J0 J1 J2 J3J4 J5J6 J7 34511KK點(diǎn)點(diǎn)終起GZOL0=12000GZ1圖 1橋梁總體布置圖2. 支架施工2.1. 支架布置本橋根據(jù)施工條件采用有支架施工。在兩拱腳段根據(jù)原有的地形情況采用在硬化的地面上直接拼裝碗扣式腳手架，中間段采用梁柱式復(fù)合體系：其結(jié)構(gòu)構(gòu)成為：明挖現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)；鋼支架分三層，底層為置于混凝土基礎(chǔ)上鋼管立柱支墩，中層用萬

3、能桿件搭成框架結(jié)構(gòu)形成縱梁，上層為滿布式碗扣式腳手架。拱部利用碗扣式支架調(diào)整成拱型，拱架卸落利用碗扣式支架頂?shù)目烧{(diào)托撐完成。鋼管立柱支墩用 3258 鋼管作為主要支撐柱，在 N 型萬能桿件高度變化處采用雙立柱，其余采用單立柱，各鋼管立柱水平用I12工字鋼連接，且在縱橫設(shè)置剪刀撐；其上用萬能桿件搭成2m框架結(jié)構(gòu)，通過橫向 28a 槽鋼分配梁與立柱連接，在N 型萬能桿件兩側(cè)設(shè)置纜風(fēng)繩；在萬能桿件上布設(shè)縱橫向工字鋼分配梁，其上搭設(shè)碗扣件式腳手架。全橋鋼管立柱布置成11 跨形式，跨度為8 m、 9m、 10m。支架兩拱腳段根據(jù)原有的地形情況采用在硬化的地面上直接拼裝碗扣式腳手架。具體布置見圖2。圖 2

4、支架總體布置圖2.2 支架基礎(chǔ)施工基礎(chǔ)處理時(shí)，先清除橋位地表耕植土，并根據(jù)立柱間距及橋位地形，開挖至含砂質(zhì)粘土卵石層，在清理后的地基上回填厚20cm的碎石，并用手工電動(dòng)夯實(shí)，在夯實(shí)地基上澆注3.0m 9.0m 1.0m 或1.5m9.0m 1.0m 的C25凝土立柱基礎(chǔ)，地基表面用水泥沙漿封閉，基礎(chǔ)承載力不小于160kPa，在混凝土澆注前將預(yù)埋件按照立柱設(shè)計(jì)位置準(zhǔn)確預(yù)埋并固定，防止?jié)沧⑦^程中移位。2.3 支架搭設(shè)2.3.1鋼管立柱按照設(shè)計(jì)長度在陸地上接長或截短，利用吊車輔助立于設(shè)計(jì)位置上，在吊點(diǎn)未放松的情況下將根部焊接在基礎(chǔ)預(yù)埋件上。逐根支立完成后，及時(shí)將縱橫向槽鋼及工字鋼連接，以確保鋼管立柱

5、的穩(wěn)定性。2.3.2 N型萬能桿件拼裝均為人工散拼，為保證支架拼裝質(zhì)量，拼裝過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)有：萬能桿件拼裝之前，應(yīng)組織技術(shù)交底以利于順利拼裝，進(jìn)場材料應(yīng)作全面檢查，必要時(shí)作力學(xué)性能抽驗(yàn)。萬能桿件為螺栓連接，拼裝時(shí)螺栓應(yīng)一次擰緊。萬能桿件支架拼裝前底層應(yīng)固結(jié)，可采用后方支架上掛設(shè)滑輪卷揚(yáng)機(jī)提升安裝散根桿件,支架每拼裝10m應(yīng)進(jìn)行測量檢查并作調(diào)整。萬能桿件支架拼裝過程中應(yīng)及時(shí)拉纜風(fēng)索確保支架施工安全萬能桿件支架拼裝完成后應(yīng)進(jìn)行全面檢查, 其各項(xiàng)誤差應(yīng)符合下列要求:萬能桿件支架頂標(biāo)高: 50mm:20mm萬能桿件 ,萬能桿件支架頂平面高差: 10mm橫梁撓度 : L/1000立柱傾斜 : H/2

6、000拼裝萬能桿件支架屬高空作業(yè)，施工中應(yīng)嚴(yán)格遵守高空作業(yè)有關(guān)的安全技術(shù)規(guī)程。2.3.3 碗扣式腳手架鋼管支架立桿按照縱向間距90cm、橫向 90cm搭設(shè)于置于萬能桿件支架上的縱向I18 工字鋼上，橫桿步距采用 90cm。在縱橫向和水平按照間距300cm 布置剪刀撐，以增強(qiáng)整體的穩(wěn)定性。立桿及大小橫桿連接采用對接方式，而在拱頂立桿單根長度若不足時(shí)則采用搭接方式，且至少用3 個(gè)扣件與 3 根小橫桿連接，立桿對接扣件位置呈交錯(cuò)布置。所有斜撐采用搭接方式，搭接長度不小于50cm，搭接段用扣件連接。在頂部小橫桿與立桿連接的扣件下再增加一個(gè)扣件，以防拱頂小橫桿下滑。由于拱架在拱圈混凝土澆注過程中存在較大

7、的側(cè)向擠壓力，拱腳處立桿、橫桿、斜撐均做了加密處理。拱架搭設(shè)要求嚴(yán)格控制立桿垂直度，但由于拱架較高處，對接立桿軸線難以做到完全重合，對接面也可能是非理想的水平狀態(tài)，鋼管的吊運(yùn)碰撞也可能導(dǎo)致鋼管產(chǎn)生的微彎曲，使用舊鋼管也可能使立桿難以做到理想的直線狀態(tài)。為增加立桿的穩(wěn)定性，對情況嚴(yán)重的立桿通過增設(shè)橫桿或斜撐作了局部加強(qiáng)處理。拱架架設(shè)完后， 對所有扣件進(jìn)行全面檢查。2.3.4 支架預(yù)壓支架預(yù)壓荷載試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)其承載能力和消除非彈性變形，并實(shí)測支架的變形值。根據(jù)支架試壓加載各項(xiàng)測試結(jié)果，繪出支架荷載撓度曲線，為施工監(jiān)控提供可靠依據(jù)。在拱橋結(jié)構(gòu)施工過程中，同時(shí)對支架的應(yīng)力與變形進(jìn)行檢查、測試、確保

8、支架的整體性、剛度、強(qiáng)度與穩(wěn)定性滿足要求。施工支架預(yù)壓荷載試驗(yàn)采用部分荷載對整個(gè)拱圈進(jìn)行預(yù)壓，即預(yù)壓總荷載值為：（拱圈底板重 +拱圈腹板重） 1.2 ，這是根據(jù)主拱圈澆筑順序確定的，加載順序與主拱圈澆筑施工順序相同。加載形式見圖3。加載重量（底版 +腹板）重 *1.2預(yù)壓砂袋圖 3 主拱圈支架預(yù)壓立面圖加載監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集選取順橋向拱跨1/8 、 1/4 、 3/8 、拱頂四個(gè)斷面，橫橋向每個(gè)斷面布三個(gè)：兩邊、中間，用扎絲吊鉛球，上端固結(jié)在拱圈槽鋼上，下端吊鉛球（用鋼筋頭焊接成三角形也行），與地面有50cm 的活動(dòng)空隙，在距地面的1m左右的扎絲上綁1m長精度以mm為單位的尺（用卷尺截成）；后視盡

9、量用水準(zhǔn)點(diǎn)；測點(diǎn)作為整個(gè)橋梁施工全過程的觀測點(diǎn)，因而采取保護(hù)措施。每天于早上6 點(diǎn)左右、晚上5 點(diǎn)左右觀測；分別于加載前、加載載 120%（底板重 +腹板重）時(shí)用水準(zhǔn)儀觀測。100%底板重、加載100%腹板重、滿拱架預(yù)壓加載采用鋪設(shè)砂袋方法實(shí)現(xiàn)，砂袋的搬運(yùn)用兩臺(tái)汽車起重機(jī)來完成。雙向同步對稱加載（布載時(shí)橫向也要對稱進(jìn)行） 。加載過程中全程監(jiān)測拱架變形。當(dāng)?shù)鼗两邓俾市∮?1mm/天時(shí)及 48h 后，開始卸載。預(yù)壓荷載卸除后，通過觀測數(shù)據(jù)對拱底標(biāo)高和線形進(jìn)行重新調(diào)整，并檢查扣件松緊情況。3. 主拱圈施工3.1 主拱圈底模標(biāo)高的確定主拱圈的支架現(xiàn)澆過程中，立模標(biāo)高的合理確定，是關(guān)系到主拱圈的線形是

10、否平順、是否符合設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問題。如果在確定立模標(biāo)高時(shí)考慮的因素比較符合實(shí)際，而且加以正確的控制，則最終主拱圈與橋面系線形較為良好；否則最終主拱圈線形會(huì)與設(shè)計(jì)線形有較大的偏差。立模標(biāo)高并不等于設(shè)計(jì)中橋梁建成后的標(biāo)高， 總要設(shè)一定的預(yù)拋高， 以抵消施工中產(chǎn)生的各種變形 （撓度）。其計(jì)算公式如下：模板定位標(biāo)高設(shè)計(jì)標(biāo)高運(yùn)營預(yù)拋高施工預(yù)拋高支架變形其中支架變形值是根據(jù)支架加載試驗(yàn)，綜合各項(xiàng)測試結(jié)果，最后繪出支架荷載撓度曲線，進(jìn)行內(nèi)插而得。根據(jù)以往上承式拱橋施工及監(jiān)控經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合本橋的具體情況，估計(jì)在施工過程中影響本橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形的因素主要有以下幾方面： 施工臨時(shí)荷載； 支架變形； 日照影響； 主拱

11、圈混凝土澆筑順序和主梁的安裝順序； 混凝土澆筑方量的控制； 混凝土彈性模量和徐變。當(dāng)上述因素與估計(jì)不符，而又不能及時(shí)識(shí)別引起控制目標(biāo)偏離的真正原因時(shí)，必然導(dǎo)致在以后階段施工中采用錯(cuò)誤的糾偏措施，引起誤差累積，因此在施工控制過程中，將通過對應(yīng)力和位移偏差分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別，找出誤差原因，確定出設(shè)計(jì)參數(shù)真實(shí)值，以此為基礎(chǔ)對該橋進(jìn)行有效施工控制。為使拱圈最終成形后符合設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，必須在支架上設(shè)置預(yù)拱度。拱頂預(yù)拱度包括拱圈自重產(chǎn)生的拱頂彈性下沉、拱圈溫度降低與砼收縮產(chǎn)生的拱頂彈性下沉、墩臺(tái)水平位移產(chǎn)生的拱頂彈性撓度值、 拱架在設(shè)計(jì)荷載作用下的彈性及非彈性變形、 支架基礎(chǔ)受載后

12、非彈性下沉。預(yù)拱度 =運(yùn)營預(yù)拋高施工預(yù)拋高支架變形根據(jù)設(shè)計(jì)和監(jiān)控單位提供的數(shù)據(jù)，拱頂處預(yù)拱度按全部預(yù)拱度總值設(shè)置，暫定為 15cm，拱腳處為零，其余各點(diǎn)按二次拋物線分配。即 : x 1-4x2/L2 x任意點(diǎn)（距離拱頂水平距離為x）的預(yù)加高度。 預(yù)拱度總值。x 跨中至拱腳的水平距離。L 拱圈的計(jì)算跨徑。支架預(yù)壓完成后，拱頂下沉18mm，與監(jiān)控單位計(jì)算基本吻合。預(yù)拱度無需再調(diào)整。3.2 主拱圈施工方案的確定拱圈混凝土施工過程是一個(gè)對支架不斷加載的過程?？紤]拱圈澆筑與支架變形之間的相互影響關(guān)系，為防止支架異常變形，破壞主拱軸線，甚至產(chǎn)生混凝土裂縫，同時(shí)遵循“分環(huán)分段灌注順序應(yīng)使支架在混凝土灌注過程

13、中發(fā)生的變形幅度最小”的施工原則，確定了主拱圈澆筑順序見圖4（圖中所標(biāo)數(shù)碼即為混凝土澆筑順序） 。323 3223 312232 31 3 31313121211 11說明：圖中數(shù)字為澆筑順序1120m第三環(huán)頂版第二環(huán)腹版第一環(huán)底版760拱圈混凝土分環(huán)，分段澆筑圖 4主拱圈澆筑順序主拱圈混凝土采用分環(huán)、分段的方法進(jìn)行施工，即：整個(gè)拱圈根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)體系分為3 個(gè)澆筑環(huán)；即底板環(huán)、腹板環(huán)及頂板環(huán)，每環(huán)澆筑時(shí)再分5 段對應(yīng)水平長度分別均為24m，先對稱澆筑拱腳段，再從跨中段向兩拱腳方向澆筑，拱頂段澆筑完后，再澆筑1/4段。段與段之間預(yù)設(shè)間隔槽( 頂板不設(shè)間隔槽 ) ，間隔槽寬1.5m，根據(jù)監(jiān)控單位

14、的施工加載計(jì)算，腹板和底板環(huán)兩環(huán)同時(shí)合龍，使拱圈形成一個(gè)開口箱形結(jié)構(gòu)，這樣對支架和結(jié)構(gòu)比較安全，然后再進(jìn)行頂板環(huán)的分段澆筑及合龍。為了避免支架局部異常變形，采取拱頂兩側(cè)對稱的方法施工。3.3 主拱圈施工工藝主拱圈施工工藝流程見圖5。分段安裝主拱圈底模板及鋼筋分段澆筑主拱圈底板混凝土支架應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測分段綁扎腹板鋼筋及安裝腹板內(nèi)外側(cè)模板分段澆筑主拱圈腹板混凝土支架應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測綁扎各間隔槽底板、腹板鋼筋主拱圈底腹板合龍支架應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、及安裝各間隔槽底板、腹板模板形成開口箱形結(jié)構(gòu)拱圈應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測分段安裝主拱圈頂板底模、外側(cè)模及綁扎鋼筋主拱圈合龍分段澆筑主拱圈頂板混凝土支架應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測成形監(jiān)測卸落架拱

15、圈應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測圖 5 主拱圈施工工藝流程3.3.1模板體系3.3.1.1底模在碗扣式腳手架上的可調(diào)托撐上縱向鋪設(shè)弧形工字鋼，工字鋼與可調(diào)托撐之間的三角形空隙用角鋼焊接三角形墊塊填充。弧形工字鋼上橫向鋪設(shè)10cm10cm 方木，間距30cm，在工字鋼上焊接擋塊以防止其下滑。在方木上鋪設(shè)底模，底模采用厚15mm竹膠板。底模安裝的關(guān)鍵是的定位準(zhǔn)確計(jì)算和測量，該值是根據(jù) AutoCAD 繪圖軟件計(jì)算得出，通過調(diào)整弧形工字鋼和方木可以放樣出理想的拱架底模線形。模板結(jié)構(gòu)是否合適將直接影響梁體的外觀。3.3.1.2外模面板均采用15mm厚竹膠板，外側(cè)用方木做成框架，2.4m 一節(jié)，外模包在底模上，下緣根據(jù)拱

16、圈內(nèi)橫向分布鋼筋的位置布設(shè)拉桿，上緣用圓鋼作拉桿。模板因曲線造成的縫隙，用加工后的木條填塞，再用“即時(shí)貼”貼縫，以防漏漿。3.3.1.3內(nèi)模澆筑底板時(shí)不需要內(nèi)模，待混凝土初凝后人工壓抹成型，底板澆筑后，用扣件式腳手架及可調(diào)托撐拼成框架， 12mm 厚竹膠板作面板或頂板底模形成內(nèi)模，拱箱內(nèi)?？蚣茉O(shè)計(jì)應(yīng)盡量少占凈空，以利于內(nèi)模的拆除。內(nèi)模頂部設(shè)4 道 10cm 10cm方木縱向背肋，每道框架布置5 個(gè)豎向鋼管，分別用托撐頂在底板和頂板方木上，用于支撐頂板模板，內(nèi)側(cè)模每側(cè)設(shè)兩道10cm10cm方木縱向背肋，用于支撐內(nèi)模面板，橫向上下布置二道鋼管，利用托撐頂在順橋向lOcm 1Ocm的方木上。框架縱向

17、間距90cm，用鋼管縱向聯(lián)接，中間部分不加斜撐，這樣，可以減小框架所占空間，便于施工。鋼管間聯(lián)接用扣件固定。拱箱模板結(jié)構(gòu)見圖6。模板的鋪設(shè)順序?yàn)椋旱谝画h(huán)混凝土澆筑時(shí)為：拱圈底模外側(cè)模安裝拉筋及分段隔板設(shè)置橫豎帶木。第二環(huán)混凝土澆筑時(shí)，模板鋪設(shè)順序?yàn)椋簝?nèi)外側(cè)模安裝拉桿及橫豎帶木。第三環(huán)混凝土澆筑時(shí)，模板鋪設(shè)順序?yàn)椋喉敯宓啄?cè)模安裝拉桿及橫豎帶木。 48*5 鋼管15mm竹膠板方木框架10*10方木底板混凝土圖 6 模板結(jié)構(gòu)圖3.3.2鋼筋拱圈底模鋪好后，測設(shè)中線、邊線、標(biāo)高，標(biāo)出各分段點(diǎn)及橫隔板的位置，作為安裝其它模板及綁扎鋼筋的依據(jù)。拱圈鋼筋安裝采用在橋下加工彎制，汽車吊吊運(yùn)至拱架上就地綁扎施

18、工。鋼筋綁扎順序按拱腳至拱跨 1/4 段，先安箍筋后穿主筋的辦法；拱跨 1/4 處至拱頂段先穿主筋后套箍筋，以利施工。主鋼筋接頭、箍筋及橫隔板鋼筋連接采用焊接；間隔槽鋼筋和箍筋在澆筑前綁扎，注意在間隔槽位置鋼筋的錯(cuò)開長度應(yīng)滿足規(guī)范要求。鋼筋在綁扎中和骨架成型后，要做好支撐架避免變形，上層鋼筋網(wǎng)采用鋼管臨時(shí)定位，保護(hù)層墊塊按 80cm間距梅花型布置，與主鋼筋綁扎牢固。鋼筋在澆筑前要保證其無銹蝕現(xiàn)象，如有則除銹后才能澆筑混凝土。3.3.3混凝土澆筑混凝土澆筑時(shí)采取水平移動(dòng)，向拱頂方向推進(jìn)，腹板澆筑時(shí)上下分層的方法澆筑，斜向分層（澆筑拱腳混凝土前，要將其與拱座的新舊混凝土接合處鑿毛，混凝土表面應(yīng)鑿毛

19、至露出集料并沖刷干凈，再將接茬面用水濕潤再布薄薄的一層1 1 水泥砂漿。分段澆筑長度取4m6m,分段澆筑時(shí)必須在前一段混凝土初凝前開始下段混凝土，以保證澆筑連續(xù)性。混凝土澆筑進(jìn)行中不得任意中斷，因故必須間歇時(shí)，間歇最長時(shí)間應(yīng)按所用水泥凝結(jié)時(shí)間、混凝土的水灰比及混凝土硬化條件確定。拱圈預(yù)留間隔槽中混凝土，應(yīng)待所有各分段混凝土均灌注完畢，且其相鄰段混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后方可澆筑，澆筑前要將分段混凝土表面鑿毛沖凈，殘留混凝土清理干凈后綁扎鋼筋，立好模板。澆筑過程中為防止混凝土外流，在底板、腹板和頂板拱腳位置設(shè)蓋板防護(hù)。澆筑拱腳混凝土?xí)r，應(yīng)控制好混凝土的坍落度，防止混凝土向拱腳處滑落。3.3.4間隔槽

20、砼施工及養(yǎng)護(hù)各段均澆筑完成后焊接暫時(shí)斷開的縱向鋼筋進(jìn)行間隔槽的施工，先進(jìn)行拱腳段與中間段間隔槽的施工，再進(jìn)行拱頂段與中間段間隔槽的施工，最后完成拱腳處間隔槽的施工，實(shí)現(xiàn)整個(gè)拱圈合龍。在拱頂混凝土強(qiáng)度達(dá) 30MPa 且氣溫達(dá)到 8時(shí)澆注間隔槽混凝土。按施工組織安排，主拱箱間隔槽合龍作業(yè)將在十二月份進(jìn)行。結(jié)合該地區(qū)的氣溫實(shí)際情況，采取以下措施來嚴(yán)格控制間隔槽的合龍溫度。一是科學(xué)安排作業(yè)時(shí)間， 在自然溫度最低的凌晨零時(shí)至 6 時(shí)合龍； 二是集中人力、 物力， 最大限度地縮短合龍的澆注時(shí)間，一般控制在 4h 之內(nèi)完工；通過采取上述措施，有效地控制合龍溫度。4 主拱圈落架落架作業(yè)是主拱圈現(xiàn)澆的最后一道工序，也是很關(guān)鍵的一道工序，要在主拱圈裸拱形成后，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后落架，落架時(shí)要嚴(yán)格按程序圖進(jìn)行。卸落無須安裝專門的卸架設(shè)備，只需有序地?cái)Q松緊固于頂部小橫桿的扣件即可方便地完成拱架卸落工作。主拱圈混凝土最低強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的90%后，即進(jìn)行主拱圈脫架。由于拱架設(shè)計(jì)中采用可調(diào)托撐來調(diào)整標(biāo)高和落架， 落架點(diǎn)多， 落架施工技術(shù)難度大。 根據(jù)