某景觀橋現(xiàn)澆拱形箱梁施工技術(shù)

杜建文

(太原市市政建設(shè)開發(fā)中心，山西太原 030012)

1 工程概況

該橋橫跨某公園景觀水系，為景觀性人行橋。在橋位處的規(guī)劃景觀河道寬度約為21 m，主跨跨度采用22 m，邊跨懸臂端配重跨度采用7.5 m。

本文將論述該橋型現(xiàn)澆拱形箱梁施工的技術(shù)特點(diǎn)和施工管理技術(shù)。

2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

結(jié)構(gòu)剛度大。地基承載力要求低，造型簡潔大方，主梁曲線流暢，腹拱的通透性與拱橋的柔美性兼而有之，視覺上高低錯(cuò)落接合平順，景觀效果良好。

上部結(jié)構(gòu)采用雙懸臂簡支拱形箱梁形式，跨徑布置為7.5 m+22 m+7.5 m，橋?qū)? m，邊跨懸臂端梁高為1.341 m，支點(diǎn)梁高2.5 m，中跨跨中梁高1.2 m;箱梁下緣由直線、圓弧線(半徑為19.875 m)組成，上緣由三段圓弧組成(半徑分別為24.844 m和36.438 m);箱梁立面于中跨跨中對(duì)稱;在距離支點(diǎn)2 m和3.8 m的位置各設(shè)一個(gè)腹孔，腹孔在橫橋向通透;箱梁橫斷面為單箱單室截面，總寬度為4 m，腹板厚度由60 cm變化至40 cm，頂?shù)装搴穸葹?0 cm。懸臂端橫梁厚度為1.2 m，支點(diǎn)處橫梁厚1 m，每個(gè)腹孔兩側(cè)設(shè)有30 cm厚的橫隔梁。

下部構(gòu)造采用外尺寸4 m×8 m中空墩柱結(jié)構(gòu)接6 m×10 m×1.5 m擴(kuò)大基礎(chǔ)，墩柱中空部分采用二八灰土填充夯實(shí)。

3 施工方法

結(jié)合設(shè)計(jì)特點(diǎn)、現(xiàn)場實(shí)際情況，現(xiàn)澆拱形箱梁施工重點(diǎn)、難點(diǎn)主要體現(xiàn)在:

1)支架下擴(kuò)大基礎(chǔ)的選擇及地基處理方式的選擇。

2)梁底線形的控制，包括預(yù)拱度的預(yù)設(shè)、支架卸落后梁底標(biāo)高的變化。

3)內(nèi)模的固定安裝及防止?jié)仓^程中上浮需采取的施工措施。

4)澆筑方式及澆筑順序的確定。

3.1 地基處理

在填土筑島的圍堰上開挖支架地基處理作業(yè)面。清理淤泥粉土挖除清理至粉土層上。采用換填砂礫及下部干插片石等措施提高原地基的承載力。在土基頂面干插80 cm厚干插片石剛性換填層，分層填筑70 cm厚級(jí)配碎石墊層振動(dòng)壓實(shí)，級(jí)配碎石頂面施作30 cm厚C30混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)。

3.2 碗扣式腳手架支架搭設(shè)

支架設(shè)計(jì)的合理性將直接影響梁體質(zhì)量。經(jīng)計(jì)算主跨支架支撐體系按橫橋向間距90 cm、順橋向間距90 cm(一般地段)/60 cm(拱腳實(shí)體段)控制，橫桿上下層步距均按60 cm布置。

為保證支架系統(tǒng)的水平剛度和整體穩(wěn)定性，設(shè)置縱、橫向剪刀撐。順橋向及橫橋向均按3.6 m桿件平距布置。在立桿底部、頂部設(shè)置可調(diào)底座、頂撐，調(diào)整高度控制在30 cm內(nèi)以確保整體立桿自由端的穩(wěn)定。縱橫向掃地桿固定在距墊鐵塊表面不大于50 cm處的立桿上。

受拱腳線形構(gòu)造影響，混凝土在初凝前、主拱跨未合龍狀態(tài)下，存在縱、橫向水平推力現(xiàn)象。通過布設(shè)腳手管水平支撐與主體結(jié)構(gòu)空心墩牢固定位、在立桿上下端口平面處用腳手管水平縱橫向連接固定、布設(shè)支架橫橋向滿面剪刀撐(順橋向每隔3個(gè)橫桿布置)、布設(shè)支架順橋向滿面剪刀撐(橫橋向上按270 cm間距布置)等措施，增強(qiáng)支架整體縱橫向剛度。剪刀撐在腳手架外側(cè)交叉成十字形的雙桿，并與地面成45°～60°夾角。

3.3 底模安裝、預(yù)拱度設(shè)置、支架預(yù)壓

懸臂端梁底與中空墩柱頂面11 cm空隙，底模采用1.5 cm厚膠合板+8.5 cm～9.5 cm厚細(xì)砂底模，外側(cè)模包砂底模防止砂外漏。經(jīng)檢算砂底模的最大承壓應(yīng)力僅為65.5 kPa，砂底模承載能力完全滿足均布荷載要求。

碗扣式支架立桿頂托上配木楔縱向鋪設(shè)10 cm×15 cm方木粗調(diào)拱底線形。為適應(yīng)拱底線形，拱底圓弧線形部分采用10 cm×15 cm方木彈線及分段下料后組拼、細(xì)部調(diào)整而成。在縱向方木上以20 cm間距橫向鋪設(shè)10 cm×10 cm方木，采用15 mm厚木膠合板作現(xiàn)澆梁底模、腹板的內(nèi)外側(cè)模?？v橫方木、拱底調(diào)整木楔間用扒釘釘牢，木膠合板與橫向方木之間均用木螺絲固定。用原子灰堵塞底?？p隙、在拼縫下設(shè)置方木以確保拼縫質(zhì)量。

在支架、模板施工時(shí)設(shè)置預(yù)拱度包括:

1)結(jié)構(gòu)本身需要的預(yù)拱度δ0，設(shè)計(jì)圖中，箱梁中跨預(yù)拱度采用二次拋物線向上設(shè)置，其中，中跨跨中向上設(shè)置1.5 cm;懸臂跨預(yù)拱度采用二次拋物線向下設(shè)置，懸臂端向下設(shè)置1 cm。

2)施工需要的預(yù)拱度分:模板、支架承受施工荷載引起的彈性變形δ1;受載后由桿件接頭的擠壓和卸落裝置壓縮引起的非彈性變形δ2;地基在受載后的沉降變形δ3。經(jīng)計(jì)算，中跨跨中向上設(shè)置1.8 cm;懸臂跨預(yù)拱度采用二次拋物線向上設(shè)置，懸臂端向上設(shè)置0.5 cm。

將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)拱度與施工預(yù)拱度進(jìn)行疊加，中跨跨中向上設(shè)置3.3 cm，采用二次拋物線設(shè)置;懸臂端向下設(shè)置0.5 cm，按向下的拋物線計(jì)算確定。每點(diǎn)預(yù)拱度設(shè)置按下式分配:

其中，δx為任意點(diǎn)(距離x)的預(yù)加高度;δ為總預(yù)加高度;L為拱橋跨徑;xv為跨中至任意點(diǎn)的水平距離。因此對(duì)于梁底任意一點(diǎn)，其施工控制高程:

其中，H為考慮所有預(yù)拱度的拱底標(biāo)高;H0為未設(shè)預(yù)拱度的拱底標(biāo)高。

本橋砂底模及滿堂支架預(yù)壓荷載為460 t，按預(yù)壓荷載的60%，80%，100%分級(jí)加載。預(yù)壓材料選用防水礦物袋，利用小型挖掘機(jī)人工配合裝入河砂，每袋1 t，利用16 t吊車上的電腦計(jì)量控制砂袋重量為1 t，用16 t吊車直接吊裝至拱形箱梁底模上。適當(dāng)布設(shè)小袋裝砂袋(每袋70 kg)，保證上層擺放的預(yù)壓砂袋堆碼整齊、穩(wěn)定。

預(yù)壓加載順序與混凝土澆筑順序一致，將砂袋計(jì)量后標(biāo)識(shí)并均勻堆碼，預(yù)壓砂袋的高度、寬度及堆放的緊密性及預(yù)壓荷載重量符合不同部位荷載要求。當(dāng)順橋向加載時(shí)，從橋梁懸臂端及拱腳處開始向跨中對(duì)稱進(jìn)行布載。配備防雨塑料布，將雨水及時(shí)引出預(yù)壓堆載區(qū)域防止浸水增重。預(yù)壓袋人工配合吊車吊裝擺放要穩(wěn)定牢靠，防止多層加載受壓后側(cè)向傾斜傷人。

順橋向在箱梁懸臂跨的端頭及跨中、主拱跨跨中、半跨中、拱腳位置處，橫橋向底模橫向布3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行觀測。水準(zhǔn)測量控制點(diǎn)設(shè)置在無沉降的結(jié)構(gòu)物上。

依據(jù)分級(jí)加載程序，每級(jí)布載完成后應(yīng)每間隔12 h對(duì)支架的沉降量進(jìn)行一次測量，并做好相應(yīng)的記錄。當(dāng)各測量點(diǎn)12 h的沉降量的平均值小于2 mm時(shí)，進(jìn)行下一級(jí)的加載。當(dāng)各測量點(diǎn)24 h的沉降量平均值小于1 mm或最初72 h的沉降量平均值小于5 mm時(shí)，可認(rèn)為支架預(yù)壓合格。根據(jù)測量變形值，在底模上調(diào)整預(yù)拱度使梁體線形滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 拱形箱梁支座安裝、鋼筋制安、內(nèi)外模制安

復(fù)測支座下鋼板高程，合格后彈線標(biāo)注支座中心線。安裝支座并復(fù)測高程，保持支座水平。

鋼筋制安分底板、縱向腹板、橫梁、腹拱、頂板等部位鋼筋按順序施工。綁扎前先對(duì)軸線控制位置進(jìn)行復(fù)核校正。鋼筋接頭采用搭接電弧焊，接頭長度區(qū)段內(nèi)受力鋼筋接頭符合規(guī)范要求。

縱橫梁骨架施焊順序由中到邊對(duì)稱進(jìn)行，相鄰焊縫采用分區(qū)對(duì)焊跳焊。對(duì)于后續(xù)安裝相互交叉影響的部位，將產(chǎn)生影響的鋼筋安排在后期現(xiàn)場成型前安裝。

腹板豎肋及頂板橫肋采用10 cm×10 cm方木，分段通長布置，間距30 cm。橫肋采用腳手管通長布置，橫肋與內(nèi)模通過Φ16拉筋固定，拉筋間距按45 cm設(shè)置。頂板采用腳手管內(nèi)支撐撐頂牢固。內(nèi)模制作不得存在負(fù)誤差。

箱體腹拱面板后內(nèi)模橫帶采用4 cm×7 cm方木@10 cm，拱頂部分細(xì)部劃圓弧形線形成圓拱。內(nèi)模橫帶內(nèi)支撐采用Φ28鋼筋加工成閉合支撐架間距20 cm順橋向擺放。將通長腳手管穿入鋼筋支撐架內(nèi)對(duì)腹拱內(nèi)模進(jìn)行限位與固定。

內(nèi)模通過分節(jié)預(yù)制成型后進(jìn)行吊裝組合而成，安裝前四周包裹塑料布以利拆模。內(nèi)模緊固采用φ16對(duì)拉螺栓及腳手架加固支撐，在底模上布置馬凳筋并縱橫向鋪設(shè)方木，腳手架立桿底托安置其上，用鋼管加固以保證模板整體穩(wěn)定性。底模為敞開式布置，隨拱腳混凝土向跨中澆筑及時(shí)封閉固定內(nèi)模底模。在兩側(cè)底梗角加設(shè)15 cm的木膠板壓板，用限位鋼筋鉤頭固定壓板，另一端焊接在底板鋼筋上，以減少混凝土對(duì)內(nèi)模產(chǎn)生的上浮壓力。同時(shí)通過在外模頂拉桿上設(shè)置豎向壓桿(每道頂拉桿上布置2個(gè)豎向壓桿)，防止內(nèi)模在澆筑過程中移位。

4 拱形箱梁現(xiàn)澆混凝土施工

采用泵車泵送混凝土進(jìn)行澆筑。拱形箱梁豎向采用一次性分層澆筑，混凝土分層澆筑厚度按30 cm～35 cm控制下料速度，澆筑時(shí)分底板、腹板、頂板按分層、逐層、對(duì)稱的原則施工。豎向先澆筑底板，從每箱的腹板下料，在底板初凝前澆筑腹板下梗角、腹板，最后按序澆筑頂板。合理控制分層下料、振搗，混凝土澆筑應(yīng)按照次序，逐層連續(xù)澆筑振搗。

以兩個(gè)懸臂端及拱腳地段作為起始端同步展開，橫橋向按對(duì)稱、平衡、均勻的原則進(jìn)行全斷面的混凝土澆筑。順橋向則按縱向分段、水平分層、對(duì)稱的方式由兩端墩頂懸臂端、拱腳地段同時(shí)對(duì)稱向跨中拱頂方向澆筑，在跨中主拱拱頂處合龍澆筑完成。

在振搗過程中，對(duì)內(nèi)外模板支撐情況檢查，安排專人負(fù)責(zé)觀察模板、鋼筋、預(yù)埋件，用小錘敲擊內(nèi)外模板、底梗角模板，聽聲確認(rèn)混凝土的密實(shí)情況，對(duì)存在空響的部位加強(qiáng)振搗，確保混凝土的密實(shí)性。設(shè)專人對(duì)支架變形、沉降等情況進(jìn)行監(jiān)測記錄，有異常變形隨時(shí)預(yù)警，監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置同支架預(yù)壓時(shí)測量點(diǎn)的布置相同。當(dāng)發(fā)現(xiàn)豎向桿件跨中彎曲值大于3 mm、沉降值大于3mm、異常聲響等情況時(shí)，撤離現(xiàn)場所有施工人員，停止混凝土澆筑，檢查支架，分析原因，在未危及支架穩(wěn)定和人員安全的情況下，對(duì)支架采取加固措施;存在支架失穩(wěn)的可能情況下，想辦法對(duì)支架進(jìn)行卸載。

根據(jù)頂板標(biāo)高控制點(diǎn)拉線進(jìn)行收面，刮尺收平、鏝刀收光。外露頂板混凝土接近初凝時(shí)，人工二次收面。初凝后混凝土表面覆蓋塑料薄膜。

5 拆除卸架

混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%、彈性模量不低于90%時(shí)方可落架拆卸。落架前先行拆除懸臂端1.5 cm厚覆膜光面膠合板+8.5 cm～9.5 cm厚細(xì)砂底模，保證梁底11 cm凈空。拆除卸架應(yīng)按以跨中為中心，對(duì)稱、緩慢、均勻進(jìn)行，先拆卸跨中拱頂部分，后從跨中向拱腳處自上而下依次逐漸卸架。支架拆除程序由上而下，按層按步拆除。

6 結(jié)語

該景觀橋梁突破了傳統(tǒng)的實(shí)腹式拱構(gòu)造形式，采用近年來廣泛應(yīng)用的簡支箱形截面構(gòu)造，較好地突破了一般拱橋水平推力大、地基承載要求高導(dǎo)致工程造價(jià)較大的缺點(diǎn)，造型比較新穎、美觀，具有良好的受力性能和合理的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，并具有廣闊的應(yīng)用前景。