120米跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法介绍

一百二十米跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法1前言余姚双溪口水库大桥为净跨径120m上承式悬链线箱形拱桥，该桥为集团公司同类桥的最大跨径，其支架部分及主拱圈施工不仅难度大，而且存在着很大的施工安全风险。我公司结合以往施工经验，针对大跨上承式钢筋混凝土箱形拱桥技术进行了科技攻关，充分利用该型拱桥结构特点制定科学合理的施工工艺，解决了施工技术难题，经总结形成本工法。以本工法为核心的“120m跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工技术”获得集团公司优秀论文一等奖。2工法特点本桥主拱圈采用支架现浇施工法，其中支架部分为在两拱脚段根据原有的地形情况采用在硬化的地面上直接拼装碗扣式脚手架，中间段采用梁柱式复合体系：其结构构成为：明挖现浇混凝土基础;钢支架分三层，底层为置于混凝土基础上钢管立柱支墩;中层用万能杆件搭成框架结构形成纵梁;上层为满布式碗扣式脚手架。拱部利用碗扣式支架调整成拱型，拱架卸落利用碗扣式支架顶的可调托撑完成。而主拱圈混凝土则采用分环、分段的方法进行施工，即：整个拱圈根据支架的结构体系分为3个浇筑环；即底板环、腹板环及顶板环，每环浇筑时再分5段对应水平长度分别均为24m，先对称浇筑拱脚段，再从跨中段向两拱脚方向浇筑，拱顶段浇筑完后，再浇筑1/4段。段与段之间预设间隔槽(顶板不设间隔槽)，间隔槽宽1.5m，根据监控单位的施工加载计算，腹板和底板环两环同时合拢，使拱圈形成一个开口箱形结构，然后再进行顶板环的分段浇筑及合拢。3适用范围本桥施工方法可适用于大跨径现浇钢筋砼拱桥的施工。4工艺原理4.1主拱圈施工技术4.1.1主拱圈底模标高的确定主拱圈的支架现浇过程中，立模标高的合理确定，是关系到主拱圈的线形是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终主拱圈与桥面系线形较为良好；否则最终主拱圈线形会与设计线形有较大的偏差。立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，总要设一定的预抛高，以抵消施工中产生的各种变形（挠度）。其计算公式如下：模板定位标高设计标高运营预抛高施工预抛高支架变形其中支架变形值是根据支架加载试验，综合各项测试结果，最后绘出支架荷载挠度曲线，进行内插而得。根据以往上承式拱桥施工及监控经验，并结合本桥的具体情况，估计在施工过程中影响本桥结构内力和线形的因素主要有以下几方面：(1)施工临时荷载。(2)支架变形。(3)日照影响。(4)主拱圈混凝土浇筑顺序和主梁的安装顺序。(5)混凝土浇筑方量的控制。(6)混凝土弹性模量和徐变。当上述因素与估计不符，而又不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时，必然导致在以后阶段施工中采用错误的纠偏措施，引起误差累积，因此在施工控制过程中，将通过对应力和位移偏差分析、结构参数敏感性分析、结构参数识别，找出误差原因，确定出设计参数真实值，以此为基础对该桥进行有效施工控制。为使拱圈最终成形后符合设计和规范的要求，必须在支架上设置预拱度。拱顶预拱度包括拱圈自重产生的拱顶弹性下沉、拱圈温度降低与砼收缩产生的拱顶弹性下沉、墩台水平位移产生的拱顶弹性挠度值、拱架在设计荷载作用下的弹性及非弹性变形、支架基础受载后非弹性下沉。预拱度=运营预抛高施工预抛高支架变形根据设计和监控单位提供的数据， 拱顶处预拱度按全部预拱度总值设置，暂定为15cm，拱脚处为零，其余各点按二次抛物线分配。即:x1-4x2/L2x 任意点（距离拱顶水平距离为x）的预加高度。 预拱度总值。x 跨中至拱脚的水平距离。 L 拱圈的计算跨径。支架预压完成后，拱顶下沉18mm，与监控单位计算基本吻合。预拱度无需再调整。4.1.2主拱圈施工方案的确定拱圈混凝土施工过程是一个对支架不断加载的过程。考虑拱圈浇筑与支架变形之间的相互影响关系，为防止支架异常变形，破坏主拱轴线，甚至产生混凝土裂缝，同时遵循“分环分段灌注顺序应使支架在混凝土灌注过程中发生的变形幅度最小”的施工原则，确定了主拱圈浇筑顺序。见图1（图中所标数码即为混凝土浇筑顺序）主拱圈混凝土采用分环、分段的方法进行施工，即：整个拱圈根据支架的结构体系分为3个浇筑环；即底板环、腹板环及顶板环，每环浇筑时再分5段对应水平长度分别均为24m，先对称浇筑拱脚段，再从跨中段向两拱脚方向浇筑，拱顶段浇筑完后，再浇筑1/4段。段与段之间预设间隔槽(顶板不设间隔槽)，间隔槽宽1.5m，根据监控单位的施工加载计算，腹板和底板环两环同时合拢，使拱圈形成一个开口箱形结构，这样对支架和结构比较安全，然后再进行顶板环的分段浇筑及合拢。为了避免支架局部异常变形，采取拱顶两侧对称的方法施工。图1：主拱圈浇筑顺序4.1.3模板体系4.1.3.1 底模在碗扣式脚手架上的可调托撑上纵向铺设弧形工字钢，工字钢与可调托撑之间的三角形空隙用角钢焊接三角形垫块填充。弧形工字钢上横向铺设1010 cm 方木，间距30cm，在工字钢上焊接挡块以防止其下滑。在方木上铺设底模，底模采用厚15mm竹胶板。底模安装的关键是的定位准确计算和测量，该值是根据AutoCAD 绘图软件计算得出，通过调整弧形工字钢和方木可以放样出理想的拱架底模线形。模板结构是否合适将直接影响梁体的外观。4.1.3.2 外模面板均采用15mm厚竹胶板，外侧用方木做成框架，2.4m一节，外模包在底模上，下缘根据拱圈内横向分布钢筋的位置布设拉杆，上缘用圆钢作拉杆。模板因曲线造成的缝隙，用加工后的木条填塞，再用“即时贴”贴缝，以防漏浆。4.1.3.3 内模浇筑底板时不需要内模，待混凝土初凝后人工压抹成型，底板浇筑后，用扣件式脚手架及可调托撑拼成框架，12mm 厚竹胶板作面板或顶板底模形成内模，拱箱内模框架设计应尽量少占净空，以利于内模的拆除。内模顶部设4道10cm10cm方木纵向背肋，每道框架布置5个竖向钢管，分别用托撑顶在底板和顶板方木上，用于支撑顶板模板，内侧模每侧设两道10cm10cm方木纵向背肋，用于支撑内模面板，横向上下布置二道钢管，利用托撑顶在顺桥向lOcm1Ocm的方木上。框架纵向间距90cm，用钢管纵向联接，中间部分不加斜撑，这样，可以减小框架所占空间，便于施工。钢管间联接用扣件固定。拱箱模板结构见图2：模板的铺设顺序为：第一环混凝土浇筑时为：拱圈底模外侧模安装拉筋及分段隔板设置横竖带木；第二环混凝土浇筑时，模板铺设顺序为：内外侧模安装拉杆及横竖带木。第三环混凝土浇筑时，模板铺设顺序为：顶板底模侧模安装拉杆及横竖带木。图2：模板结构图4.1.4钢筋拱圈底模铺好后，测设中线、边线、标高，标出各分段点及横隔板的位置，作为安装其它模板及绑扎钢筋的依据。拱圈钢筋安装采用在桥下加工弯制，汽车吊吊运至拱架上就地绑扎施工。钢筋绑扎顺序按拱脚至拱跨1/4段，先安箍筋后穿主筋的办法;拱跨1/4处至拱顶段先穿主筋后套箍筋，以利施工。主钢筋接头、箍筋及横隔板钢筋连接采用焊接；间隔槽钢筋和箍筋在浇筑前绑扎，注意在间隔槽位置钢筋的错开长度应满足规范要求。钢筋在绑扎中和骨架成型后，要做好支撑架避免变形，上层钢筋网采用钢管临时定位，保护层垫块按80cm间距梅花型布置，与主钢筋绑扎牢固。钢筋在浇筑前要保证其无锈蚀现象，如有则除锈后才能浇筑混凝土。4.1.5混凝土浇筑混凝土浇筑时采取水平移动，向拱顶方向推进，腹板浇筑时上下分层的方法浇筑，斜向分层（浇筑拱脚混凝土前，要将其与拱座的新旧混凝土接合处凿毛，混凝土表面应凿毛至露出集料并冲刷干净，再将接茬面用水湿润再布薄薄的一层1：1 水泥砂浆。分段浇筑长度取4m6m,分段浇筑时必须在前一段混凝土初凝前开始下段混凝土，以保证浇筑连续性。混凝土浇筑进行中不得任意中断，因故必须间歇时，间歇最长时间应按所用水泥凝结时间、混凝土的水灰比及混凝土硬化条件确定。拱圈预留间隔槽中混凝土，应待所有各分段混凝土均灌注完毕，且其相邻段混凝土强度达到70%后方可浇筑，浇筑前要将分段混凝土表面凿毛冲净，残留混凝土清理干净后绑扎钢筋，立好模板。浇筑过程中为防止混凝土外流，在底板、腹板和顶板拱脚位置设盖板防护。浇筑拱脚混凝土时，应控制好混凝土的坍落度，防止混凝土向拱脚处滑落。4.1.6主拱圈落架落架作业是主拱圈现浇的最后一道工序，也是很关键的一道工序，要在主拱圈裸拱形成后，待混凝土达到设计强度后落架，落架时要严格按程序图进行。卸落无须安装专门的卸架设备，只需有序地拧松紧固于顶部小横杆的扣件即可方便地完成拱架卸落工作。主拱圈混凝土最低强度达到设计的90%后，即进行主拱圈脱架。由于拱架设计中采用可调托撑来调整标高和落架，落架点多，落架施工技术难度大。根据计算分析，确定卸架原则：横桥向必须同时均匀卸落，在纵桥向从拱顶向拱脚逐排卸落，最后使拱圈下底模全部脱离混凝土面为止，形成裸拱主拱圈完全受力。4.1.6.1各落架点卸落总量计算各落架点卸落总量由两部分组成即主拱圈裸拱的弹性变形g与拱架的弹性变形量e之和，即 = g + e ，由监控单位提供计算数据可得，拱顶最大卸落量达3.6。4.1.6.2落架步骤支架设计中采用了碗扣式支架顶端设可调托撑，用以调整标高和落架，拱圈落架点各多达1500个点（每排横向11个可调托撑，纵向共139排），对于如此多的落架点，就不可能达到各点同步均匀地卸落。为了获得一种合理的卸架顺序，我们将拱架与主拱圈组成的复合体系用多种方法进行计算比较，确定了落架方案。支架卸落在横桥向必须同时均匀卸落，在纵桥向从拱顶向拱脚逐排卸落，并保持左右两侧同步对称进行。5主拱圈施工工艺流程及主要施工工艺操作要点5.1主拱圈施工工艺流程主拱圈施工工艺详见下图3图3：主拱圈施工工艺流程图5.2主要施工工艺操作要点5.2.1间隔槽的施工主拱圈各段均浇筑完成后焊接暂时断开的纵向钢筋进行间隔槽的施工，先进行拱脚段与中间段间隔槽的施工，再进行拱顶段与中间段间隔槽的施工，最后完成拱脚处间隔槽的施工，实现整个拱圈合龙。在拱顶混凝土强度达30Mpa 且气温达到8时浇注间隔槽混凝土。按施工组织安排，由于主拱箱间隔槽合龙作业将在十二月份进行。结合该地区的气温实际情况，采取以下措施来严格控制间隔槽的合龙温度。一是科学安排作业时间，在自然温度最低的凌晨零时至6时合龙;二是集中人力、物力，最大限度地缩短合龙的浇注时间，一般控制在4h之内完工;通过采取上述措施，有效地控制合龙温度。5.2.2主拱圈落架主拱圈落架采取如下程序（分三步进行，见图4）第一步：卸落拱顶第5号钢管支墩至第7号钢管支墩范围内的支架，6384号杆卸落量2cm。卸落第2 号（第10号）钢管支墩至第4 号（第8号）钢管支墩范围内的支架，5263、8494号杆卸落量为1cm。第二步：再次卸落拱顶第5号至第7 钢管支墩范围内的支架，6384 号杆卸落量1cm。再次卸落第5263、8494号杆卸落量0.5cm。第三步：从拱顶开始到拱脚全部卸落各立杆,卸落量均大于1cm。要求模板与主拱圈求模板与主拱圈完全脱离。图4：主拱圈支架卸落程序示意图主拱圈脱架后，即进行支架拆卸，支架拆卸与拼装过程逆向，所用方法和设备一致。6材料与设备6.1主要材料钢材：采用宁波新丰钢铁有限公司的钢材，（支架除单位自有部分，另部分租赁）水泥：采用宁波舜江水泥厂42.5级水泥，黄砂：采用福建闽江的优质中砂，碎石：采用余姚当地碎石厂生产的5-31.5规格级配碎石，外加剂：选用江苏博特新材料有限公司生产JM-10泵送剂。6.2主要机具设备表1 主要机具设备表序号设备名称规格型号单位数量备注1砼搅拌机JS500500L2自有2空压机VY12/712m33自有3电焊机DD83525kw10自有4切筋机GQ-6010kw5自有5弯筋机GW-4010kw4自有6装载机ZL303m31自有7吊车浦元QY2525吨1租赁8汽车输送泵1租赁9变压器S9-M-200200KVA1自有10发电机120kw120kw1自有11水准仪S3台1自有12全站仪徕卡702台1自有6.3劳力组织本项目主要人员有：支架拼装工30人、钢筋工10人、木工10人、混凝土工30人等特种操作工：电工、金属焊接工、吊车工、汽车输送泵工等。图5 劳动力动态分布图7质量控制7.1质量控制标准 余姚双溪口水库大桥在建设过程中严格执行公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)、公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)、公路路基施工技术规范(JTJ033-95)、钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）、公路工程技术标准(JTG B01-2003)、公路工程水泥混凝土试验规程(JTJ051-93)、公路工程金属试验规程(JTJ055-83)、公路工程质量检验评定标准（土建工程）(JTGF080/1-2004)、公路工程施工安全技术规程(GBJ017-88)等技术规范，使质量达到以下标准。120m现浇钢筋混凝土拱圈实测项目项次检 查 项 目规定值或允许偏差1混凝土强度(MPa)在合格标准内2轴线偏位(mm)板拱10肋拱53内弧线偏离设计弧跨径30m20跨径30m跨经/15004断面尺寸(mm)高度5顶、底、腹板+10，-05拱宽(mm)板拱207.2 质量保证措施施工中除执行上述标准外，强调如下措施：(1)混凝土浇筑时采取水平移动，向拱顶方向推进，腹板浇筑时上下分层的方法浇筑，斜向分层（浇筑拱脚混凝土前，要将其与拱座的新旧混凝土接合处凿毛，混凝土表面应凿毛至露出集料并冲刷干净，再将接茬面用水湿润再布薄薄的一层1：1 水泥砂浆。分段浇筑长度取4m6m,分段浇筑时必须在前一段混凝土初凝前开始下段混凝土，以保证浇筑连续性。(2)混凝土浇筑进行中不得任意中断，因故必须间歇时，间歇最长时间应按所用水泥凝结时间、混凝土的水灰比及混凝土硬化条件确定。(3)浇筑拱脚混凝土时，应控制好混凝土的坍落度，防止混凝土向拱脚处滑落。(4)拱圈预留间隔槽中混凝土，应待所有各分段混凝土均灌注完毕，且其相邻段混凝土强度达到70%后方可浇筑，浇筑前要将分段混凝土表面凿毛冲净，残留混凝土清理干净后绑扎钢筋，立好模板。浇筑过程中为防止混凝土外流，在底板、腹板和顶板拱脚位置设盖板防护。8安全措施由于余姚双溪口水库大桥主拱圈的施工属于高工作业，针对本项目的特殊性，工程伊始就成立以项目经理为组长，项目总工程师为副组长的安全领导小组，按照“管生产必须管安全”、“谁主管谁负责”的原则逐级签订安全生产包保责任状。由于桥位区属亚热带季风气候区，濒临东海，受海洋的调节湿润多雨、多台风、季节变化明显。因此，我项目部针对各种不同的情况制定不同的安全技术措施、管理措施、现场应急措施等；如：防洪应急预案、防台应急预案。9环保措施余姚双溪口水库大桥在建设施工过程中特别注重绿色施工，就是针对影响工程施工的“人、机、料、环、法”进行优化，尽量减小建筑施工过程对周边环境的影响，做到环保施工。项目经理部上场初期就成立环境保护领导小组，由项目经理部主管生产副经理任组长，负责组织做好工地环保工作；由项目经理部总工程师任副组长，负责环保技术措施的制定、交底工作；现场设环保监督员，负责施工现场日常环保监督检查工作，发现问题及时解决。首先，在人员管理方面，应加强施工企业的自身建设，使管理水平不断提高，不断趋于科学合理，并加强企业管理人员的培训，提高他们的综合素质和环境保护意识。制定有效的现场管理措施，如在施工机械及工地办公室的电器等闲置时关掉电源；安装适当小流量的设备和器具，采用节水型器具等措施以降低用水量。有效利用基础施工阶段的地下水。总之在施工过程中，把绿色环保管理与全面质量管理和安全管理等过程有机地结合起来，做到既注重质量安全，又重视绿色环保，质量绿色两不误。其次，在施工机具方面，应重视设备的选择和放置位置。在施工过程中，大部分的噪声污染都是由施工机具产生的，如搅拌机、空压机、振捣棒等等。选择科技含量高的环保施工机具，不但能提高效率，保证工程质量，更能减小产生的噪声污染。在总图布置的选择上，应将产生较大污染的设备尽量远离临时生活区和周边的住宅，以免给周边居民带来影响，给工程施工造成不必要的麻烦。第三，在施工材料的选择上，应多采用节能环保的材料。如在非承重的结构墙，可以采用轻集材料及轻集混凝土，减少自重，节省原材料。对于主体混凝土结构，可以采用高强、高性能的材料，如绿色高性能混凝土，减少水泥和混凝土的用量，利用大量工业废渣（如粉煤灰等），减少固体废弃物污染，还可以采用商品混凝土，减少水泥浪费和粉尘污染。第四，在施工现场，主要的污染源包括噪声和其他建筑垃圾。从保护周边环境的角度来说，就应该尽量减少这些污染的产生。在控制施工噪音方面，除了从机具和施工方法上考虑外，还应使用隔声屏障、使用机械隔声罩等，确保外界噪声等效声级达到环保相关要求；所有施工机械、车辆必须定期保养维修