觀音巖引水工程大跨徑拱橋主拱圈施工技術(shù)

劉 波

(廣東水電二局股份有限公司，廣州，511340)

在國(guó)內(nèi)，20世紀(jì)70年代上承式鋼筋混凝土箱形拱橋開始發(fā)展，主要分布在云貴川三省地區(qū)，主要是山區(qū)、深谷等地形特點(diǎn)所決定的。目前，我國(guó)大部分跨徑在120m以內(nèi)的上承式鋼筋混凝土箱形拱橋采用主拱圈現(xiàn)澆施工，本項(xiàng)目主跨徑達(dá)到了145m，水利工程中像這種橫跨大江大河的大跨徑拱橋采用鋼拱架現(xiàn)澆主拱圈并不多，因此，大跨徑拱橋主拱圈混凝土澆筑施工技術(shù)要點(diǎn)的研究很有必要。

1 工程概況

觀音巖引水工程陶家渡管橋主拱設(shè)計(jì)為單跨等截面懸鏈線整體現(xiàn)澆箱型拱，拱橋設(shè)計(jì)全長(zhǎng)276m，跨越沿江快速路和金沙江，主拱矢高29m，跨徑145m，矢跨比1/5，拱軸系數(shù)m=1.347，主拱圈厚2.8m，橫斷面單箱雙室斷面，拱軸線為懸鏈線線型，拱上建筑為梁式結(jié)構(gòu)。橋面板設(shè)計(jì)跨徑分別為14m、16m、20m、30m，跨徑為14m和20m的橋面采用預(yù)應(yīng)力空心梁結(jié)構(gòu)；跨徑為16m和30m的橋面采用預(yù)應(yīng)力T梁結(jié)構(gòu)。橋梁設(shè)計(jì)全寬6.4m，橋梁坡度設(shè)計(jì)為雙向縱坡，坡度0.3%。

主拱圈為鋼筋混凝土等截面箱型拱，拱軸線為懸鏈線線型，主拱結(jié)構(gòu)主拱圈高度280cm，單箱雙室斷面，主拱圈斷面寬600cm，中、邊部位腹板厚度為50cm，跨中段主拱圈頂、底板厚度25cm，兩端拱腳部位采用鋼筋混凝土的實(shí)心結(jié)構(gòu)，主拱圈內(nèi)部設(shè)置8片30cm厚的垂直橫隔板(如圖1所示)，橫隔板設(shè)置在拱上立柱對(duì)應(yīng)位置[1]。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程采用鋼拱架模板現(xiàn)澆主跨145m的鋼筋混凝土主拱圈。

圖1 主拱圈橫斷面

2 主拱圈模板安裝

鋼拱架拼裝完成后，需要對(duì)鋼拱架進(jìn)行預(yù)壓處理，預(yù)壓處理的目的是檢查鋼拱架的承載能力、穩(wěn)定性及消除鋼拱架的非彈性變形，并根據(jù)預(yù)壓后的鋼拱架實(shí)測(cè)變形值，確定預(yù)拱度，以便于確定主拱圈底模的標(biāo)高。

鋼拱架安裝調(diào)試完成后，制作安裝木拱盔，在鋼拱架上弦上采用12號(hào)鍍鋅鐵絲固定縱向木墩(長(zhǎng)40cm，寬8cm，高5cm～23.5cm)，按鋼拱架實(shí)際高度與拱架預(yù)壓預(yù)拱度的主拱圈線型差值設(shè)置。在木墩上橫橋向鋪設(shè)長(zhǎng)800cm、寬8cm、高12cm的木方，木方可用鐵絲或八字抓釘固定，間距按60cm布置；在木方上縱橋向鋪高8cm、寬4cm的木楞，長(zhǎng)度可根據(jù)弓弧線形現(xiàn)場(chǎng)確定；現(xiàn)場(chǎng)可邊鋪木條邊用3寸釘子固定拱盔底15mm竹膠板的模板，以形成底模。

側(cè)模采用15mm厚竹膠板，模具外側(cè)采用方木加固，并根據(jù)主拱圈內(nèi)橫向鋼筋的位置安設(shè)圓鋼拉桿。內(nèi)側(cè)模板支撐系統(tǒng)主要在主拱圈拱箱內(nèi)設(shè)置豎向鋼管，分別利用托撐頂在底板和頂板上，并用以支撐頂板模板，上下布置2條橫向鋼管，用可調(diào)托撐頂在內(nèi)側(cè)模板上，并采用型鋼和大直徑鋼筋加斜撐保證拱箱的穩(wěn)定，型鋼或鋼管間連接固定。底板混凝土澆筑完工并達(dá)到一定強(qiáng)度后，用可調(diào)托撐和鋼管拼成支撐架支撐內(nèi)部空間模板，拼接而成的支撐架要盡量少占拱箱內(nèi)部空間，以便于方便施工和模板拆除。因木拱盔曲線造成的模板縫隙，用加工后的木條填塞，再用膠帶貼縫，以防混凝土澆筑過程漏漿。

主拱圈鋼筋混凝土現(xiàn)澆的兩側(cè)端模采用15mm厚竹膠板，在縱向鋼筋處的模板上預(yù)留孔洞，并與側(cè)模緊密連接，防止漏漿。分段澆筑過程中澆筑相鄰段混凝土?xí)r，采用拉桿內(nèi)拉，外側(cè)采用鋼管支撐加固，以避免模板的移位和變形。

頂模在澆筑混凝土?xí)r同步安裝，先在主鋼筋上點(diǎn)焊上鋼筋頭來控制頂模的安裝高程，澆筑混凝土?xí)r，直接把模板鋪上，進(jìn)行加固處理。

3 主拱圈鋼筋施工

主拱圈底模按照預(yù)壓預(yù)拱度調(diào)整完成后形成木拱盔，在木拱盔上放線定位，標(biāo)注好底模標(biāo)高，將各間隔槽及分段的位置標(biāo)識(shí)出來，以便于主拱圈后續(xù)鋼筋綁扎施工和模板安裝施工。

在鋼筋場(chǎng)地內(nèi)將主拱圈鋼筋制作成半成品，采用纜索吊裝系統(tǒng)運(yùn)至鋼拱架上進(jìn)行綁扎施工。按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行鋼筋綁扎施工，間隔槽處鋼筋斷開，在混凝土澆筑前綁扎好間隔槽鋼筋，在間隔槽位置斷開鋼筋的搭接率符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。主拱圈鋼筋連接采用單面焊接，焊接長(zhǎng)度滿足規(guī)范要求；鋼筋在綁扎過程中和成型后均要采用支撐固定，保護(hù)層采用混凝土墊塊，以80cm×80cm間距梅花形布置混凝土墊塊，內(nèi)側(cè)與主筋綁扎牢固，以避免鋼筋在混凝土澆筑過程中的形變過大。

混凝土澆筑前要檢查確保鋼筋無銹蝕，確保鋼筋搭接率及搭接長(zhǎng)度，在間隔槽處的鋼筋斷開，接頭暫不進(jìn)行焊接，焊接前確保該部位鋼筋內(nèi)應(yīng)力完全釋放，待主拱圈各個(gè)分段混凝土澆筑完畢且混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，再對(duì)該部位鋼筋進(jìn)行焊接；頂板鋼筋在綁扎時(shí)，主拱圈拱箱頂預(yù)留直徑1.2m×0.8m的矩形人孔，入口不得留在同一截面，拱箱中模板拆除后，用懸吊支模法進(jìn)行矩形人孔混凝土澆筑施工。

4 主拱圈混凝土澆筑施工

拱橋主拱圈現(xiàn)澆按縱向分段、豎向分層的施工程序進(jìn)行施工，澆筑過程遵循橫向、縱向?qū)ΨQ、澆筑荷載均衡的施工順序。主拱圈混凝土施工豎向分為三層：第1層為現(xiàn)澆底板和下馬蹄；第2層為現(xiàn)澆腹板和橫隔板；第3層為現(xiàn)澆頂板和上馬蹄[2]。

為了使鋼拱架能夠充分全面地受力，主拱圈縱向分為合理長(zhǎng)度的九大段進(jìn)行混凝土澆筑，在混凝土澆筑過程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，最終確定主拱圈混凝土澆筑順序?yàn)楣澳_段、拱頂段、L/4段、L/8段、3L/8段，各段間隔槽均寬1m。主拱圈拱頂段混凝土澆筑方向?yàn)閺膬砂锻绊敺较蛲瑫r(shí)對(duì)稱澆筑；拱腳段混凝土澆筑方向?yàn)閺牡滋幫咛巸蓚?cè)同時(shí)對(duì)稱澆筑；L/4段、L/8段、3L/8段混凝土澆筑方向從拱腳往拱頂方向兩岸同時(shí)對(duì)稱澆筑。

4.1 現(xiàn)澆底板和下馬蹄

主拱圈底板和下馬蹄混凝土從拱橋最低處兩側(cè)對(duì)稱開始同時(shí)澆筑，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，最終確定主拱圈底板和下馬蹄混凝土澆筑順序?yàn)楣绊敹?、L/4段、L/8段、3L/8段，混凝土澆筑完工后且混凝土強(qiáng)度達(dá)到85%設(shè)計(jì)強(qiáng)度，將間隔槽的混凝土接合面鑿毛、清除浮漿、清洗干凈后，鋼筋按照規(guī)范要求焊接完成，由拱腳向拱頂同時(shí)對(duì)稱澆筑間隔槽，最后封拱時(shí)的拱頂兩側(cè)間隔槽混凝土選擇氣溫較低時(shí)段施工。

4.2 現(xiàn)澆腹板和橫隔板

主拱圈混凝土采用豎向分層澆筑，主拱圈底板和下馬蹄混凝土澆筑時(shí)由鋼拱架單獨(dú)承受上部施工荷載，當(dāng)主拱圈底板合龍且有一定強(qiáng)度后，主拱圈底板與鋼拱架開始聯(lián)合受力，鋼拱架不再單獨(dú)承受上部腹板和橫隔板混凝土澆筑施工時(shí)的全部施工重量，而是由主拱圈底板和鋼拱架共同承擔(dān)上部腹板和橫隔板的施工荷載，采用有限元分析表明主拱圈腹板澆筑底板承受了50%以上的重量，也就是說主拱圈的后續(xù)混凝土澆筑施工過程鋼拱架更加地穩(wěn)定和安全可靠[3]。

主拱圈底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到95%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，才能進(jìn)行第二層腹板和橫隔板的混凝土澆筑。首先現(xiàn)澆中腹板；然后對(duì)稱澆筑兩側(cè)的邊腹板和部分橫隔板；最后現(xiàn)澆其他的所有橫隔板。主拱圈腹板澆筑順序與底板澆筑順序基本一致。

4.3 現(xiàn)澆頂板和上馬蹄

主拱圈現(xiàn)澆腹板和橫隔板后，形成“山”形開口箱，澆筑頂板和上馬蹄過程中開口箱主拱圈與鋼拱架共同受力，其中開口箱主拱圈承擔(dān)了大部分上部混凝土重量，鋼拱架承受荷載較小，澆筑過程鋼拱架結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定可靠。

主拱圈腹板混凝土強(qiáng)度達(dá)到85%設(shè)計(jì)強(qiáng)度以上后，才能進(jìn)行主拱圈頂部的頂板和上馬蹄混凝土澆筑，主拱圈頂板澆筑順序與底板澆筑順序基本一致。

5 主拱圈施工注意事項(xiàng)

5.1 主拱圈施工監(jiān)測(cè)

鋼拱架結(jié)構(gòu)在主拱圈施工過程的穩(wěn)定關(guān)系到主拱圈現(xiàn)澆施工的安全，與橋梁線性有著同等重要的意義，因此，施工過程監(jiān)測(cè)是很有必要的。通過對(duì)橋梁的變形監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確掌握在主拱圈施工過程中鋼拱架的變形量，以便于及時(shí)調(diào)整分段澆筑順序及施工荷載分布，確保主拱圈施工的安全和橋梁線形。主拱圈施工必須進(jìn)行混凝土澆筑過程監(jiān)測(cè)與控制，第三方監(jiān)測(cè)單位對(duì)主拱圈各階段混凝土澆筑前后進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并出具了管橋施工階段性報(bào)告，第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?。

表1 主拱圈各階段混凝土澆筑前后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

依據(jù)表1第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及報(bào)告結(jié)論，陶家渡管橋各階段混凝土澆筑過程中，鋼拱架變形與計(jì)算基本吻合，符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

5.2 混凝土澆筑控制要點(diǎn)

主拱圈每段混凝土澆筑必須遵循橫向、縱向?qū)ΨQ、澆筑荷載均衡的原則，主拱圈混凝土澆筑必須兩岸同步進(jìn)行，上下游對(duì)稱澆筑，確保鋼拱架受力均衡對(duì)稱。

主拱圈澆筑過程不得中斷，因故中斷最長(zhǎng)間歇時(shí)間不得超過規(guī)范要求的時(shí)間，具體按照現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的初凝時(shí)間確定。拱腳處斜率較大部位混凝土澆筑施工中，設(shè)頂模板防護(hù)，固定在主筋上，并控制好混凝土的坍落度等各項(xiàng)性能指標(biāo)，控制好混凝土澆筑速度，避免混凝土向外滑落。

6 實(shí)施效果

鋼拱架拆除完成，且橋梁上部結(jié)構(gòu)施工完成后，第三方監(jiān)測(cè)單位對(duì)橋梁線性進(jìn)行實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及線性圖如表2和圖2所示。

表2 完工后實(shí)測(cè)橋梁線性數(shù)據(jù)

圖2 完工后實(shí)測(cè)橋梁線形

主拱圈施工過程中，未出現(xiàn)吊裝系統(tǒng)、鋼拱架等支撐結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和過度變形的現(xiàn)象，橋梁線形與設(shè)計(jì)線形吻合，達(dá)到了預(yù)期的混凝土澆筑效果。第三方檢測(cè)單位對(duì)橋梁實(shí)體進(jìn)行了檢測(cè)，混凝土外觀光滑、橋梁線形、強(qiáng)度等級(jí)等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，且已正常運(yùn)行兩年，橋梁無搖晃、無位移、無裂縫，陶家渡管橋施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和使用的要求。

7 結(jié)論

鋼筋混凝土現(xiàn)澆拱橋具有跨越能力大、應(yīng)力分布均勻、整體穩(wěn)定性較好、施工條件要求低等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)西南山區(qū)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛應(yīng)用。本文主要介紹了陶家渡管橋主拱圈混凝土澆筑的主要施工技術(shù)及一些控制要點(diǎn)，可為其他類似水利工程的大跨徑拱橋主拱圈現(xiàn)澆施工提供一些參考。