120m跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工技术

120m 跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工技术中铁十三局集团第一工程有限公司 李春跃内容提要：详细介绍了双溪口水库大桥施工方案选择、支架搭设、支架预压、主拱圈等施工工艺。

关 键 词：大跨径拱桥 支架 主拱圈 现浇 施工监控1.工程概况余姚市双溪口水库大桥位于余姚市大隐镇内，为双溪口水库建成后原有道路改建工程。

该桥位于双溪口水库上游，跨越库区，终点与上大线连接。

该桥桥长192.8m ，其中桥梁主跨为净跨径120m 上承式悬链线箱形拱桥，其矢跨比1/6，拱轴系数m ＝1.756；拱上结构为全空式三柱排架结构，采用7.8m 先张法预应力空心板作桥面结构，主箱为高2m 的等截面单箱双室，三腹板支承拱上排架柱；拱上结构根据高度分为横墙和排架两种形式；拱座采用8根φ130cm 桩承台基础。

桥梁设计荷载为公路Ⅱ级，桥面宽度9.5m （0.25m 栏杆＋1.0m 人行道＋7.0m 行车道＋1.0m 人行道＋0.25m 栏杆）。

桥面总体布置图见图1。

附加墩543J7'J6'J5'J4'J3'J2'J1'J0J1J2J3J4J5J6J7120L0=12000GZO GZ13*12004001928016*7802*1200400中心桩号 K16+294.00起点K 16+191.60 终点K 16+384.4图1 桥梁总体布置图2.支架施工2.1.支架布置本桥根据施工条件采用有支架施工。

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。

钢管立柱支墩用φ325×8㎜钢管作为主要支撑柱，在N 型万能杆件高度变化处采用双立柱，其余采用单立柱，各钢管立柱水平用I12工字钢连接，且在纵横设置剪刀撑；其上用万能杆件搭成2m 框架结构，通过横向［28a 槽钢分配梁与立柱连接，在N 型万能杆件两侧设置缆风绳；在万能杆件上布设纵横向工字钢分配梁，其上搭设碗扣件式脚手架。

全桥钢管立柱布置成11跨形式，跨度为8 m 、9m 、10m 。

支架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。

具体布置见图2。

图2 支架总体布置图2.2支架基础施工基础处理时，先清除桥位地表耕植土，并根据立柱间距及桥位地形，开挖至含砂质粘土卵石层，在清理后的地基上回填厚20cm 的碎石，并用手工电动夯实，在夯实地基上浇注3.0m×9.0m×1.0m或1.5m×9.0m×1.0m的C25凝土立柱基础，地基表面用水泥沙浆封闭，基础承载力不小于160kPa，在混凝土浇注前将预埋件按照立柱设计位置准确预埋并固定，防止浇注过程中移位。

2.3支架搭设2.3.1钢管立柱按照设计长度在陆地上接长或截短，利用吊车辅助立于设计位置上，在吊点未放松的情况下将根部焊接在基础预埋件上。

逐根支立完成后，及时将纵横向槽钢及工字钢连接，以确保钢管立柱的稳定性。

2.3.2 N型万能杆件拼装均为人工散拼，为保证支架拼装质量，拼装过程中应注意的事项有：⑴万能杆件拼装之前，应组织技术交底以利于顺利拼装，进场材料应作全面检查，必要时作力学性能抽验。

⑵万能杆件为螺栓连接，拼装时螺栓应一次拧紧。

⑶万能杆件支架拼装前底层应固结，可采用后方支架上挂设滑轮卷扬机提升安装散根杆件, 万能杆件支架每拼装10m应进行测量检查并作调整。

万能杆件支架拼装过程中应及时拉缆风索确保支架施工安全, 万能杆件支架拼装完成后应进行全面检查,其各项误差应符合下列要求:万能杆件支架顶标高:≯50mm万能杆件支架顶位移:≯20mm万能杆件支架顶平面高差:≯10mm横梁挠度:＜L/1000立柱倾斜:＜H/2000⑷拼装万能杆件支架属高空作业，施工中应严格遵守高空作业有关的安全技术规程。

2.3.3碗扣式脚手架钢管支架立杆按照纵向间距90cm、横向90cm搭设于置于万能杆件支架上的纵向I18工字钢上，横杆步距采用90cm。

在纵横向和水平按照间距300cm布置剪刀撑，以增强整体的稳定性。

立杆及大小横杆连接采用对接方式，而在拱顶立杆单根长度若不足时则采用搭接方式，且至少用3个扣件与3根小横杆连接，立杆对接扣件位置呈交错布置。

所有斜撑采用搭接方式，搭接长度不小于50cm，搭接段用扣件连接。

在顶部小横杆与立杆连接的扣件下再增加一个扣件，以防拱顶小横杆下滑。

由于拱架在拱圈混凝土浇注过程中存在较大的侧向挤压力，拱脚处立杆、横杆、斜撑均做了加密处理。

拱架搭设要求严格控制立杆垂直度，但由于拱架较高处，对接立杆轴线难以做到完全重合，对接面也可能是非理想的水平状态，钢管的吊运碰撞也可能导致钢管产生的微弯曲，使用旧钢管也可能使立杆难以做到理想的直线状态。

为增加立杆的稳定性，对情况严重的立杆通过增设横杆或斜撑作了局部加强处理。

拱架架设完后，对所有扣件进行全面检查。

2.3.4支架预压支架预压荷载试验的目的是检验其承载能力和消除非弹性变形，并实测支架的变形值。

根据支架试压加载各项测试结果，绘出支架荷载—挠度曲线，为施工监控提供可靠依据。

在拱桥结构施工过程中，同时对支架的应力与变形进行检查、测试、确保支架的整体性、刚度、强度与稳定性满足要求。

施工支架预压荷载试验采用部分荷载对整个拱圈进行预压，即预压总荷载值为：（拱圈底板重+拱圈腹板重）×1.2，这是根据主拱圈浇筑顺序确定的，加载顺序与主拱圈浇筑施工顺序相同。

加载形式见图3。

加载重量（底版+腹板）重*1.2预压砂袋图3 主拱圈支架预压立面图加载监控及数据采集选取顺桥向拱跨1/8、1/4、3/8、拱顶四个断面，横桥向每个断面布三个：两边、中间，用扎丝吊铅球，上端固结在拱圈槽钢上，下端吊铅球（用钢筋头焊接成三角形也行），与地面有50cm 的活动空隙，在距地面的1m左右的扎丝上绑1m长精度以mm为单位的尺（用卷尺截成）；后视尽量用水准点；测点作为整个桥梁施工全过程的观测点，因而采取保护措施。

每天于早上6点左右、晚上5点左右观测；分别于加载前、加载100%底板重、加载100%腹板重、满载120%（底板重+腹板重）时用水准仪观测。

拱架预压加载采用铺设砂袋方法实现，砂袋的搬运用两台汽车起重机来完成。

双向同步对称加载（布载时横向也要对称进行）。

加载过程中全程监测拱架变形。

当地基沉降速率小于1mm/天时及48h后，开始卸载。

预压荷载卸除后，通过观测数据对拱底标高和线形进行重新调整，并检查扣件松紧情况。

3.主拱圈施工3.1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：⑴施工临时荷载；⑵支架变形；⑶日照影响；⑷主拱圈混凝土浇筑顺序和主梁的安装顺序；⑸混凝土浇筑方量的控制；⑹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δ=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:δx ＝δ[1-4x2/L2]δx ——任意点（距离拱顶水平距离为x ）的预加高度。

δ——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。

3.2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4（图中所标数码即为混凝土浇筑顺序）。

1－1说明：图中数字为浇筑顺序拱圈混凝土分环，分段浇筑120m 2－13－11－32－33－31－22－23－21－12－13－11－32－33－3第一环底版第二环腹版第三环顶版760图4 主拱圈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龙，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龙。

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。

3.3主拱圈施工工艺主拱圈施工工艺流程见图5。

图5 主拱圈施工工艺流程3.3.1模板体系3.3.1.1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10cm×10cm 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。