高速鐵路大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁—拱橋拱腳分段澆筑施工關(guān)鍵技術(shù)

蘇陵云

(中鐵十二局集團(tuán)第七工程有限公司, 湖南長(zhǎng)沙 410004)

1 工程概況

徐鹽鐵路后馬莊特大橋跨淮徐高速公路(100+200+100) m連續(xù)梁-拱橋全長(zhǎng)401.8 m，主梁采用單箱雙室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬14.2 m，箱梁底寬12 m，0號(hào)段中支點(diǎn)處梁高12 m，長(zhǎng)度為20 m，懸臂澆筑節(jié)段長(zhǎng)度為2.75 m、3 m、3.5 m、4 m，全梁共計(jì)22個(gè)懸臂澆筑節(jié)段。

拱腳長(zhǎng)度為16 m，高度為6 m，拱腳中跨端與0號(hào)段梁段平齊，邊跨端距0號(hào)段梁端4 m。掛籃軌道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度6.75 m，1號(hào)段長(zhǎng)度2.75 m，只有2.75 m的掛籃軌道安裝空間，為便于懸臂澆筑2號(hào)段，尚需從0號(hào)段拱腳部位騰出4 m空間。

2 解決方案

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，拱腳原則上不允許與0號(hào)塊分開澆筑，若要分開澆筑，則澆筑斷面須設(shè)置在與拱軸線垂直的斷面上。

根據(jù)掛籃安裝需要的空間，在垂直于拱肋軸線的前提下，在預(yù)埋拱肋底部位置確定一個(gè)合理的拱腳第一期混凝土分段澆筑面(圖1)，連續(xù)梁施工時(shí)，只需要先施工第一澆筑區(qū)域的拱腳，待1號(hào)節(jié)段支架現(xiàn)澆完成后，在拱腳未施工部分安裝掛籃，依次澆筑剩下節(jié)段。拱腳第二次澆筑區(qū)域待連續(xù)梁合龍后，再擇時(shí)安排施工。

圖1 連續(xù)梁-拱橋拱腳分段施工及掛籃安裝示意

3 施工工藝流程及施工方法

3.1 施工工藝流程

連續(xù)梁-拱橋拱腳分段澆筑施工工藝流程如圖2。

圖2 拱腳分段澆筑施工工藝流程

3.2 施工方法

3.2.1 拱腳分段澆筑面確定

拱腳分段澆筑面既要滿足不影響鋼管拱整體受力，避開預(yù)埋段拱肋安裝，又要兼顧滿足2號(hào)段掛籃安裝的要求。

根據(jù)實(shí)際情況，掛籃軌道安裝總長(zhǎng)度為6.75 m，連續(xù)梁1號(hào)塊長(zhǎng)度為2.75 m，則混凝土分段澆筑斷面確定為從0號(hào)塊梁端往墩中心4 m(6.75 m-2.75 m)位置。該位置距預(yù)埋段拱肋底部10 cm，可避開在施工0號(hào)塊時(shí)就預(yù)埋鋼管拱。分段澆筑面按拱肋軸線垂直方向設(shè)置(圖1)。

3.2.2 拱腳施工前的準(zhǔn)備工作

拱腳施工前，主要準(zhǔn)備以下兩個(gè)方面內(nèi)容。

3.2.2.1 機(jī)具、材料準(zhǔn)備

要準(zhǔn)備的機(jī)械設(shè)備主要有鑿毛混凝土用的電鎬、電焊機(jī)、氧割槍，其它機(jī)具與連續(xù)梁0號(hào)塊施工的機(jī)具共用，不需要另外準(zhǔn)備。

要準(zhǔn)備的材料主要包括：加工好的鋼筋半成品、模板、用于模板加固的背帶、拉桿等。

3.2.2.2 技術(shù)交底

拱腳部位鋼筋、管道密集，預(yù)埋件錯(cuò)綜復(fù)雜，技術(shù)交底的主要目的是讓施工人員明確作業(yè)意圖和作業(yè)規(guī)范。技術(shù)交底重點(diǎn)體現(xiàn)在3個(gè)方面：

(1)外露于第一次澆筑斷面外的鋼筋接頭間距要滿足35 d或500 mm要求，要準(zhǔn)確根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼筋下料長(zhǎng)度、安裝順序、傾斜角度、安裝偏差進(jìn)行交底。

(2)繪制出掛籃軌道、預(yù)埋的拱腳預(yù)向預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼、拱腳定位角鋼、掛籃后錨精軋鋼、軌道錨固精軋螺紋鋼、掛籃后鉤座位置等與拱腳預(yù)埋鋼筋的位置關(guān)系圖，在不影響掛籃預(yù)埋件的前提下，提出合理的鋼筋避讓方案。

(3)對(duì)拱腳澆筑斷面位置、高程、斷面變化尺寸進(jìn)行交底，方便測(cè)量人員或現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員測(cè)量放樣。

3.2.3 封端模板的制做、定位

3.2.3.1 封端模板制做

封端模板采用鋼模，尺寸與拱腳寬度一致。模板面板采用6 mm厚鋼板，背面沿端模長(zhǎng)度方向均勻布置4道10#槽鋼次龍骨，其中2道設(shè)置于端模兩側(cè)邊緣。模板制做完成后，按需要穿過(guò)端模的鋼筋設(shè)計(jì)位置，用氧割切割比鋼筋直徑大5 mm圓孔，便于鋼筋定位和穿入預(yù)埋(圖3)。

圖3 封端模板加工示意

3.2.3.2 封端模板定位

封端模板數(shù)量為3塊，其中垂直于拱肋軸線的2塊，平行于拱軸線的1塊。封端模板搭設(shè)最高高度為3.5 m，傾斜角度為54°，封端模板定位需搭設(shè)扣件式鋼管腳手架，搭設(shè)扣件式鋼管腳手架的目的在于方便封端模板準(zhǔn)確定位并兼做施工作業(yè)平臺(tái)。腳手架按常規(guī)方案搭設(shè)，支撐端模板定位處的關(guān)鍵橫向水平桿位置必須設(shè)置準(zhǔn)確，可先用全站儀測(cè)量定位后，再安裝橫向水平桿，將封端模板牢固固定在水平桿上(圖4)。

圖4 封端模板定位示意

3.2.4 拱腳鋼筋、預(yù)埋件預(yù)埋

3.2.4.1 拱腳鋼筋預(yù)埋

拱腳預(yù)埋鋼筋與梁面交角54°，混凝土澆筑面呈線性變化，各根鋼筋長(zhǎng)度不盡相同。施工時(shí)要根據(jù)技術(shù)交底所標(biāo)示的鋼筋序號(hào)和對(duì)應(yīng)的鋼筋長(zhǎng)度準(zhǔn)確預(yù)埋(圖5)。對(duì)應(yīng)編號(hào)的鋼筋長(zhǎng)度經(jīng)圖上測(cè)量后，再以表格的形式逐根列示，便于作業(yè)人員對(duì)號(hào)入座。

圖5 預(yù)埋接茬鋼筋編號(hào)標(biāo)示

拱腳預(yù)埋鋼筋要通過(guò)封端模板預(yù)留孔，按設(shè)計(jì)角度從外向里穿入0號(hào)塊頂板鋼筋之間的空隙，每根鋼筋預(yù)埋時(shí)，要通過(guò)其外露封端模板的長(zhǎng)度，推算出其嵌入0號(hào)塊頂板的鋼筋長(zhǎng)度，以保證符合設(shè)計(jì)要求。預(yù)埋過(guò)程中，要長(zhǎng)短交錯(cuò)，注意安裝順序，以保證在拱腳一期下一次施工時(shí)，鋼筋的同一斷面接頭率符合50 %規(guī)范要求。

3.2.4.2 拱腳預(yù)埋件

拱腳處的預(yù)埋件復(fù)雜，其位置不允許調(diào)整，特別是掛籃后錨精軋螺紋鋼、錨固掛籃行走軌道的精軋鋼、拱肋定位角鋼以及后續(xù)掛籃施工需要安裝軌道和已經(jīng)安裝的豎向預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋與拱腳鋼筋位置存在沖突。在施工過(guò)程中，部分鋼筋需要適當(dāng)調(diào)整其位置，要提前準(zhǔn)備，確定方案。施工時(shí)，帶線放樣，標(biāo)注預(yù)埋件位置和影響范圍，以便在鋼筋安裝時(shí)，避開各預(yù)埋件的干擾。

拱腳鋼筋、預(yù)埋件安裝完成后，澆筑連續(xù)梁0號(hào)塊混凝土。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到10 MPa后，人工用電鎬將拱腳混凝土與梁混凝土接觸面進(jìn)行鑿毛處理。鑿毛的范圍以超出拱腳尺寸外1～2 cm為宜，鑿毛面積不小于混凝土接觸面積的75 %。

3.2.5 拱腳剩余鋼筋安裝

拱腳剩余鋼筋主要是連系筋和拱腳箍筋。連系筋按設(shè)計(jì)要求下料，按設(shè)計(jì)位置和數(shù)量安裝。單個(gè)拱腳箍筋在加工時(shí)已截?cái)酁?部分(圖6)。其中①、②部分在拱腳鋼筋預(yù)埋時(shí)已安裝，第③部分在0號(hào)段混凝土澆筑后安裝。在安裝第③部位拱腳箍筋時(shí)，因受豎向預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼錨具影響，要注意避讓，保證豎向預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋張拉槽口位置，適當(dāng)留出足夠的張拉空間，同時(shí)要調(diào)整好豎向預(yù)應(yīng)力張拉槽口的高低。為防止在混凝土澆筑時(shí)，豎向預(yù)應(yīng)力鐵皮管通入張拉槽口進(jìn)入水泥漿堵塞鐵皮管，需要用棉絮或土工布將豎向預(yù)應(yīng)力槽口密封。

圖6 拱腳箍筋加工示意

3.2.6 拱腳模板安裝及加固

3.2.6.1 外側(cè)模加工

(1)外側(cè)模選用木?；蜾撃＞伞Ｄ灸８鶕?jù)拱腳形狀加工，面板選用15 mm厚橋梁專用竹膠模板，次龍骨選用10 cm×10 cm木方，按20 cm豎向等間距布置，用鐵釘與面板釘牢。主龍骨選用10#槽鋼背靠背為1組按100 cm間距橫向布置，槽鋼之間預(yù)留3 cm空間，用來(lái)穿入Φ25 mm精軋螺紋鋼拉桿。竹膠板模板面板需要事先根據(jù)主龍骨布置位置，用電鉆按100 cm×100 cm間距鉆好拉桿穿入孔。

(2)鋼模在工廠加工，面板選用6 mm鋼板，橫筋、豎筋先用100 mm×6 mm鋼帶，布置間距為40 cm，模板加工成單元板，單塊尺寸1.5 m×2 m，模板與模板之間采用M16螺栓連接。鋼模背帶選用10#槽鋼背靠背為1組按120 cm間距橫向布置，中間預(yù)留空間以便于穿入Φ25 mm精軋螺紋鋼拉桿。鋼模板面板需要根據(jù)主龍骨布置位置，用氧割切割出100 cm×100 cm間距的拉桿孔。鋼模不需要按拱腳外形加工，只需其高度和長(zhǎng)度超出拱腳尺寸范圍即可。

3.2.6.2 外側(cè)模安裝及加固

(1)外側(cè)模用塔式起重機(jī)或汽車吊安裝，人工配合定位,按從下至上的順序依次安裝。底節(jié)模板安裝時(shí)，要嚴(yán)格控制其平面位置和垂直度。平面位置利用吊車，人工配合調(diào)整。

(2)安裝第二層模板、第三層模板時(shí)，要特別注意模板縫間隙及模板縫錯(cuò)臺(tái)情況。當(dāng)模板與模板之間不密貼，存在縫隙時(shí)，用在模板接觸面貼雙面膠的辦法封堵。當(dāng)模板與模板之間層在錯(cuò)臺(tái)時(shí)，要采取妥善措施消除錯(cuò)臺(tái)。

(3)每安裝好一層模板，檢查合格后，對(duì)于鋼模，則要將連接螺栓全部擰緊，待模板安裝完成后，再安裝槽鋼背帶和對(duì)拉精軋螺紋鋼筋，擰緊拉桿螺母；對(duì)于木模，則同步安裝槽鋼背帶，穿入精軋螺紋鋼拉桿，并擰緊精軋螺紋鋼螺母。精軋螺紋鋼應(yīng)用PVC套管包裹，便于混凝土澆筑完成抽出。

3.2.7 澆筑混凝土及養(yǎng)護(hù)

(1)夏季選擇在氣溫較低的夜間澆筑混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)與0號(hào)段梁體混凝土相同。澆筑前先用砂漿打1～2 cm底，澆筑時(shí)水平按30～50 cm分層，準(zhǔn)確判斷好振搗時(shí)間，保證混凝土振搗密實(shí)。混凝土快澆筑至頂面時(shí)，因拱腳頂面為斜面，混凝土坍落度不能過(guò)大，要控制在140～160 cm，現(xiàn)場(chǎng)要做好混凝土工作性能試驗(yàn)，否則因流動(dòng)性太強(qiáng)，導(dǎo)致拱腳頂部無(wú)法收面。

(2)混凝土在初凝后終凝前，應(yīng)噴灑少許養(yǎng)護(hù)水，并蓋好塑料薄膜，以防止混凝土面出現(xiàn)干縮裂縫?；炷两K凝后，撤去塑料薄膜，改用土工布覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)14 d。

3.2.8 拱腳一期混凝土第二次施工時(shí)間

拱腳一期混凝土第二次施工時(shí)間可選擇在掛籃施工至不影響拱腳施工且預(yù)埋拱肋支撐胎架柱可滿足直接直撐在梁面后開始施工，也可選擇在連續(xù)梁合龍之后，鋼管拱安裝結(jié)構(gòu)施工之前施工。

4 施工控制要點(diǎn)

(1) 所有用于拱腳實(shí)體結(jié)構(gòu)的原材料，須提供質(zhì)量合格證明文件，并安排專職試驗(yàn)人員按規(guī)范要求抽樣試驗(yàn)或委托第三方有資質(zhì)的單位檢測(cè)，檢測(cè)合格后方可使用。

(2) 預(yù)埋鋼筋下料長(zhǎng)度要準(zhǔn)確，并預(yù)留鋼筋接茬長(zhǎng)度。加工完成后，對(duì)每根鋼筋編號(hào)，預(yù)埋前要核對(duì)編號(hào)，確定其位置。預(yù)埋時(shí)要調(diào)整好其傾斜角度，保證鋼筋嵌入梁體的長(zhǎng)度，并合理處理其與其它預(yù)埋件相沖突的問(wèn)題。

(3) 梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到10 MPa后，對(duì)梁面與拱腳接觸面鑿毛，鑿毛范圍要超出接觸面1～2 cm，必要時(shí)先用切割機(jī)切好鑿毛的邊線，再用電鎬進(jìn)行鑿毛。鑿毛面積不小于75 %。

(4) 模板設(shè)計(jì)時(shí)，要保證其強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。模板制做時(shí)，準(zhǔn)確預(yù)留好鋼筋穿入孔洞位置。堵頭模板支立時(shí)，利用鋼管腳手架，通過(guò)測(cè)量?jī)x器對(duì)其標(biāo)高、平面位置、傾斜角度準(zhǔn)確定位，保證斷面位置嚴(yán)格與拱軸線垂直。外側(cè)模板安裝時(shí)，要保證其垂直度和接縫的嚴(yán)密性，并及時(shí)用精軋螺紋對(duì)拉桿加固。

(5) 混凝土嚴(yán)格按照配合比拌制，其坍落度、含氣量、溫度等指標(biāo)要滿足要求才可運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土由專職試驗(yàn)員抽取其坍落度、含氣量、擴(kuò)展度等指標(biāo)，并實(shí)測(cè)其入模溫度，以保證混凝土質(zhì)量?；炷琳駬v時(shí)，要派專職技術(shù)人員旁站監(jiān)控，重點(diǎn)控制其分層澆筑厚度、振搗效果，并觀察混凝土的工作性能，及時(shí)溝通。混凝土澆筑完成后，要及時(shí)收光、抹面、養(yǎng)護(hù)。

5 結(jié)論

本文對(duì)連續(xù)梁-拱橋拱腳施工時(shí)與掛籃安裝相沖突的情況提出了一種有效的解決方案，有以下三方面顯著優(yōu)點(diǎn)，適用于其它類似工況下的連續(xù)梁-拱橋施工。

5.1 縮短工期

縮短了連續(xù)梁-拱橋0號(hào)段及拱腳施工時(shí)間，為后續(xù)在0號(hào)段、1號(hào)段安裝掛籃創(chuàng)造了較好條件。原設(shè)計(jì)要求拱腳與0號(hào)段同時(shí)澆筑，若拱腳不采取分段澆筑措施，則必須要等到拱腳及預(yù)埋段拱肋和拱絞全部施工完成后，方可施工。此期間既要施做預(yù)埋段拱肋支撐基礎(chǔ)，又要搭設(shè)支撐拱肋的胎架柱，至少需要20 d時(shí)間。采用此施工技術(shù)，不占用關(guān)鍵線路時(shí)間，剩下部分拱腳和預(yù)埋件鋼管拱可在連續(xù)梁掛籃施工過(guò)程中或連續(xù)梁合龍之后擇時(shí)施工。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益明顯

通過(guò)與原施工方案對(duì)比，省去了拱腳預(yù)埋段拱肋支撐基礎(chǔ)和胎架柱施工工序(圖7)。后續(xù)施工時(shí)只需在梁面直接搭設(shè)胎架柱，而取消拱腳拱肋預(yù)埋又有利于整合資源，便于集中組織施工，加強(qiáng)鋼管拱制作、安裝的銜接，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

圖7 原施工措施

5.3 節(jié)約成本

掛籃可在1號(hào)段支架現(xiàn)澆完成后立即安裝，不需要將2號(hào)段、3號(hào)段(1號(hào)段(2.75 m)+2號(hào)段(2.75 m)+3號(hào)段(2.75 m)=8.25 m>7 m(軌道長(zhǎng)度))都搭設(shè)支架現(xiàn)澆，不需要占用高速公路，基本省去了與高速公路管理部門溝通協(xié)調(diào)的程序；不需要進(jìn)行交通管制，明顯節(jié)約了連續(xù)搭設(shè)支架的成本及與高速公路管理部門協(xié)調(diào)的時(shí)間，縮短了施工工期。

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