混凝土拱箱長線法立式預(yù)制施工技術(shù)研究

王承亮 牙韓勝

作者簡介：王承亮 （1982—），高級工程師，主要從事橋梁工程、結(jié)構(gòu)工程等方面研究工作。

文章結(jié)合防城港市國門大道某大橋擴(kuò)建工程施工的實(shí)踐，研究混凝土拱箱長線法立式預(yù)制施工技術(shù)，從混凝土拱箱預(yù)制的地胎設(shè)置優(yōu)化、泡沫內(nèi)膜使用及澆筑工藝優(yōu)化等方面進(jìn)行突破，解決了混凝土拱箱預(yù)制工期長、成本高的難點(diǎn)，以期為同類工程提供參考借鑒。

混凝土拱箱；立式長線法；泡沫內(nèi)模；整體吊裝；兩次澆筑；案例分析

U448.22+3A491734

0?引言

在國家“一帶一路”和西部陸海新通道的政策引領(lǐng)下，我國的交通路網(wǎng)得到快速完善，橋梁建設(shè)技術(shù)也得到快速提升，在橋梁建設(shè)中，我們更應(yīng)該從技術(shù)創(chuàng)新、成本控制等方面尋找突破，以推動我國橋梁事業(yè)進(jìn)一步高質(zhì)量發(fā)展。

鋼筋混凝土箱形拱橋具有造價(jià)低、剛度好、抗震性能好、經(jīng)久耐用、外形美觀、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此在城市公路及高速公路等地方得到廣泛應(yīng)用［1］。鋼筋混凝土箱形拱橋拱圈的施工方法有現(xiàn)澆法和預(yù)制吊裝法兩種，現(xiàn)澆法受地形、水流、跨度等條件限制較多，一般只適合現(xiàn)場施工場地平緩、水流較小等施工環(huán)境較好的小跨徑拱橋的施工，對于中大跨徑鋼筋混凝土拱橋施工多為拱箱分段預(yù)制后采用無支架纜索吊裝施工拱圈成拱法或搭設(shè)支架吊裝拱圈成拱的施工方法，拱箱節(jié)段預(yù)制可以提升工程的施工質(zhì)量，能發(fā)揮更好的經(jīng)濟(jì)效益［2］。鋼筋混凝土拱箱一般由底板、橫隔板、腹板、組裝接頭和頂板組成，一般包括分部預(yù)制、組裝、現(xiàn)澆成節(jié)段等施工工藝，施工步驟較為繁瑣，工期較長。

本次研究結(jié)合防城港市國門大道某大橋擴(kuò)建工程施工的實(shí)踐，研究混凝土拱箱長線法立式預(yù)制施工技術(shù)，并結(jié)合必要的檢測手段，盡可能研究出一套經(jīng)濟(jì)成本低、施工快捷、質(zhì)量可控的鋼筋混凝土拱箱預(yù)制施工技術(shù)，以期對同類工程提供參考借鑒。

1?工程概況

本文以防城港國門大道某擴(kuò)建橋梁為實(shí)例展開分析，該橋?yàn)楝F(xiàn)狀舊橋加寬，為了美觀及通航要求，新建橋采用與舊橋一致的橋梁結(jié)構(gòu)和跨度形式，如圖1所示，全橋橋長141.04 m，主跨為一孔凈跨80 m鋼筋混凝土箱肋式無鉸拱，凈高為10 m，凈矢跨比為1/8，其拱上建筑為14×5.9 m鋼筋混凝土簡支實(shí)心板。左右幅各加寬14 m，每幅8條拱箱，每條拱箱由9個節(jié)段組成，全橋共144節(jié)拱箱，最大節(jié)段混凝土量為8.58 m3，最大重量約為29.9 t，拱箱斷面外尺寸為1.5 m×1.5 m，內(nèi)腔空間尺寸約為1.2 m×1.1 m，隔板人行洞尺寸約為0.8 m×0.7 m。

根據(jù)項(xiàng)目施工組織計(jì)劃，該橋全橋施工工期10個月，拱箱預(yù)制工期4個月，施工工期較短，現(xiàn)場拱箱預(yù)制的場地為約70 m×50 m的棄土場整平利用，經(jīng)研究，該橋拱箱各節(jié)段在預(yù)制場進(jìn)行預(yù)制后采用平板車運(yùn)輸至橋位吊裝拼接成拱（表1）。

2?預(yù)制方案比選

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，拱箱節(jié)段預(yù)制主要的方法有：臥式短線法、臥式長線法、立式短線法及立式長線法4種，如表2所示。

臥式短線法預(yù)制順序靈活，施工周期短，場地利用率高，但接頭不易擬合，拱肋轉(zhuǎn)移需要翻身。臥式長線法全拱預(yù)制合龍精度高，地胎高度低，但占地面積大、拱肋成品轉(zhuǎn)移需要翻身。立式短線法預(yù)制順序靈活，施工進(jìn)度快，無須翻身，但接頭連接質(zhì)量不好控制，安裝精度差。立式長線法擬合精度較高，施工便利，無須翻身，但占地面積大。

由表2各方案對比分析，在施工安全和質(zhì)量前提下，應(yīng)選擇立式長線法進(jìn)行施工，但應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性及施工進(jìn)度方面對該方法進(jìn)行優(yōu)化。

3?設(shè)計(jì)優(yōu)化

傳統(tǒng)的混凝土拱箱采用分部預(yù)制、組裝、現(xiàn)澆成節(jié)段等施工工藝，施工步驟較為繁瑣，工期較長。為了提高拱箱預(yù)制速度及施工便捷性，對拱箱斷面進(jìn)行優(yōu)化，拱箱截面采用類似小箱梁形式，拱箱節(jié)段預(yù)制由原先的預(yù)制組裝變成一次或兩次澆筑成型，大大縮短了拱箱預(yù)制時(shí)間。如圖2、圖3所示。

4?施工方案及優(yōu)化

為了保證拱箱長線法立式預(yù)制的施工滿足質(zhì)量、工期及經(jīng)濟(jì)要求，結(jié)合現(xiàn)場施工條件，對施工工藝進(jìn)行優(yōu)化：（1）優(yōu)化預(yù)制地胎布置；（2）優(yōu)化內(nèi)模，采用泡沫內(nèi)模代替木模；（3）優(yōu)化鋼筋綁扎安裝，加快鋼筋安裝速度及精度；（4）優(yōu)化混凝土澆筑順序，在保證泡沫內(nèi)模安裝固定及施工縫質(zhì)量的前提下采用兩次澆筑工藝。

4.1?工藝流程（圖4）

4.2?預(yù)制地胎的施工

該橋跨度達(dá)80 m，凈矢高達(dá)10 m，采用全拱立式地胎的高度很高，地胎基礎(chǔ)施工壓實(shí)難度大；地胎需要修筑高擋墻以保證地胎的穩(wěn)定，施工成本高，場地長度需＞80 m，現(xiàn)場場地?zé)o法滿足施工條件。因此將全拱立式地胎優(yōu)化成兩個半拱立式地胎。具體方法是將地胎由原先的一個1#～9#節(jié)全拱立式地胎變成兩個半拱地胎，即一個地胎包含1#～5#節(jié)段，另一個地胎包含5#～9#節(jié)段，多出的一個5#節(jié)段地胎可以將已預(yù)制的5#節(jié)段進(jìn)行調(diào)頭后作為6#節(jié)段的端頭模，保證了拱箱各節(jié)段預(yù)制時(shí)提前進(jìn)行預(yù)拼，達(dá)到了全拱立式預(yù)制的相同效果。

此外，將地胎改成半拱立式地胎后，地胎長度變成40 m，高度變成3.7 m，地胎高度仍然較高，填土方量大，填土壓實(shí)所需的壓路機(jī)對擋墻沖擊較大，需增大擋墻厚度及深度，施工成本仍然較高。此外，目前龍門吊的高度一般為11 m，電機(jī)吊鉤到地面的距離一般只有8.5 m，如地胎過高，地胎上方垂直空間變小，會侵占龍門吊垂直方向的工作空間，對模板吊裝及預(yù)制節(jié)段的成品移運(yùn)造成影響，導(dǎo)致龍門吊無法正常使用。如圖5所示。

在拱箱預(yù)制模板、節(jié)段成品移運(yùn)吊裝等多方面的影響下，地胎高度需進(jìn)一步降低，因此將立式半拱地胎改成半埋式立式半拱地胎，地胎相對地面高度降低一半，同時(shí)地胎施工時(shí)可將挖出的土填筑高出地面部分的地胎（圖6），無須進(jìn)行土方外運(yùn)，地胎基礎(chǔ)擋墻厚度和高度均得到減少，大大降低了地胎施工成本，此外，在地胎兩端設(shè)置集水井，可為拱箱養(yǎng)護(hù)用水循環(huán)利用，如圖7所示。

4.3?內(nèi)模的施工

為了滿足受力要求，根據(jù)設(shè)計(jì)，拱箱每節(jié)段每3～4 m設(shè)一個加強(qiáng)隔板，隔板設(shè)有尺寸約為0.8 m×0.7 m的人行洞，傳統(tǒng)施工工藝內(nèi)模采用小塊竹膠板和方木組拼而成，拱箱節(jié)段混凝土全部澆筑完成后需要工人通過人行洞進(jìn)到內(nèi)腔拆除內(nèi)模，因內(nèi)腔空間有限，拆除非常不方便，拆除時(shí)間長，因此經(jīng)過計(jì)算及試驗(yàn)，采用永久高密度泡沫內(nèi)模代替木內(nèi)模，泡沫內(nèi)模留在拱箱內(nèi)，無須拆除，施工工藝簡潔，可進(jìn)行流水作業(yè)，施工效率高［3］。同時(shí)為了方便泡沫內(nèi)模安裝，避免泡沫內(nèi)模與腹板鋼筋彎鉤碰撞破壞，泡沫內(nèi)模采用分塊安裝方式，將每個腔室的泡沫內(nèi)模沿橫向分成3塊，先安裝兩側(cè)兩塊泡沫內(nèi)模，再安裝中間泡沫內(nèi)膜。因?yàn)榕菽瓋?nèi)模密度較輕，一般≤20 kg/m3，泡沫內(nèi)模增加的自重相對于拱箱混凝土自重增加≤1%，拱箱自重增加不會影響其受力要求。泡沫內(nèi)模的選擇要根據(jù)腹板及頂板澆筑時(shí)新澆筑混凝土對高密度泡沫內(nèi)模的壓力大小確定，一般選擇泡沫內(nèi)模的抗壓強(qiáng)度大于混凝土最大側(cè)壓力的1.2倍即可。因拱箱腹板厚度較小，澆筑混凝土?xí)r坍落度一般取180～200 mm，新澆筑混凝土側(cè)壓力按式（1）計(jì)算：

混凝土重力密度取γC=24 kN/m3，新澆筑拱箱混凝土對泡沫內(nèi)模最大壓力為腹板最底部倒角處，即H=1.3 m。由此可得F=24×1.3=31.2（kN/m2），因此只要選用的泡沫內(nèi)?？箟毫Γ?.2×31.2=37.4（kN/m2）=37.4 kPa，泡沫內(nèi)模就不會被壓壞。目前市場的高密度泡沫內(nèi)?？箟簭?qiáng)度一般＞100 kPa，因此具體選擇多大密度的泡沫內(nèi)模需進(jìn)一步做試驗(yàn)檢測其變形量是否滿足腹板尺寸偏差（圖8）。

為了檢測不同泡沫內(nèi)模的變形量，安裝拱箱結(jié)構(gòu)尺寸做2 m長的試驗(yàn)段，并采用不同密度的泡沫內(nèi)模分別進(jìn)行多次試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

經(jīng)試驗(yàn)，高密度泡沫內(nèi)模變形量和表面平整度合格率更高，應(yīng)選擇高密度泡沫作為預(yù)制拱箱的永久性內(nèi)模。

4.4?鋼筋加工安裝施工

為了拱箱鋼筋加工及安裝同步進(jìn)行，拱箱加工及綁扎在胎架上提前加工綁扎，拱箱節(jié)段鋼筋分兩部分進(jìn)行綁扎吊裝，底部及腹板鋼筋在胎架上綁扎成整體后采用吊裝桁架整體吊裝至地胎，頂板鋼筋也在鋼筋胎架上提前綁扎成整體后采用吊裝桁架吊裝至拱箱節(jié)段進(jìn)行安裝，這樣可以大大縮短鋼筋安裝時(shí)間，提高拱箱預(yù)制速度。因鋼筋整體吊裝最大重量約為1.5 t，吊裝桁架主梁可采用14#工字鋼，橫梁采用10#工字鋼加工而成，工字鋼橫梁間采用12 mm鋼絲繩或5#槽鋼加固，吊架使用的材料規(guī)格要根據(jù)最大吊重進(jìn)行受力驗(yàn)算滿足要求后使用。同時(shí)為了防止拱箱鋼筋變形，保證拱箱保持綁扎時(shí)的弧度線形，通過調(diào)節(jié)吊架下方垂直起吊鋼絲長度達(dá)到，且垂直吊繩吊點(diǎn)宜兩排，保證吊點(diǎn)對稱，吊點(diǎn)縱向間距應(yīng)≤50 cm。

頂板鋼筋整體吊裝在泡沫內(nèi)模安裝完成后進(jìn)行，為了避免頂板鋼筋與腹板鋼筋彎鉤的碰撞，頂板鋼筋和腹板主筋彎鉤接觸部分主筋先采用扎絲和臨近主筋臨時(shí)固定，待頂部鋼筋整體落位后再將頂板主筋移到設(shè)計(jì)位置固定，如圖10所示。

4.5?混凝土澆筑施工

混凝土澆筑施工可采用一次澆筑和兩次澆筑施工工藝（圖11）。拱箱節(jié)段采用一次澆筑混凝土工藝，拱箱無施工縫，拱箱混凝土外觀美觀，施工周期短，但容易造成泡沫內(nèi)膜偏位，拱箱腹板厚度無法保證，影響拱箱受力。拱箱節(jié)段采用兩次澆筑混凝土工藝，即第一次澆筑拱箱底板及腹板底部倒角往上10 cm部分，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后拆除腹板底部模板，并對施工縫進(jìn)行鑿毛處理，用水清洗鑿毛面后安裝泡沫內(nèi)膜，泡沫內(nèi)膜可以利用腹板底部混凝土進(jìn)行定位，不會發(fā)生偏位，保證了腹板厚度滿足設(shè)計(jì)要求。

5?施工成效

該橋全橋拱箱節(jié)段共144節(jié)，原先計(jì)劃工期達(dá)6個月，在進(jìn)行地胎優(yōu)化、泡沫內(nèi)模使用及澆筑順序優(yōu)化后，拱箱預(yù)制可以高效地進(jìn)行流水施工，保證了2 d 3節(jié)甚至1 d 2節(jié)的拱箱預(yù)制速度，拱箱預(yù)制工期縮短至3個月，大幅度地提高了施工效率，施工成本也得到大幅度降低。該拱箱預(yù)制施工巧妙地利用了長線法的優(yōu)點(diǎn)，確保了合攏的精度，同時(shí)在大量試驗(yàn)及檢測基礎(chǔ)上，大膽嘗試泡沫內(nèi)模和兩次澆筑等工藝，保證了拱箱預(yù)制的質(zhì)量。該橋按照建設(shè)單位的工期提前順利完成，也證明了該施工方法是可行的，該施工技術(shù)取得良好的成效。

6?結(jié)語

本文通過對實(shí)際案例的分析，介紹了混凝土拱箱長線法立式預(yù)制的施工工藝。該施工工藝能在保證拱箱預(yù)制質(zhì)量的前提下，簡化了施工步驟，降低了施工成本，提高了施工速度，解決了混凝土箱型拱橋在預(yù)制環(huán)節(jié)的難點(diǎn)。該施工工藝的關(guān)鍵首先是要優(yōu)化地胎結(jié)構(gòu)，保證其在有限場地及龍門吊有限垂直空間下的使用；其次是要解決泡沫內(nèi)模的安裝加固困難的問題，采用分塊安裝方式可以有效提高安裝速度及避免泡沫內(nèi)模破壞；再次是要優(yōu)化鋼筋綁扎及吊裝方法，采用整體吊裝工藝可以保證鋼筋綁扎安裝同步流水作業(yè)，提高施工速度；最后是一次整體澆筑容易使輕質(zhì)泡沫內(nèi)模發(fā)生偏位和上浮，澆筑下料困難，振搗無法保證，通過兩次澆筑工藝及施工縫處理的方式可以得到很好解決。該施工技術(shù)經(jīng)過實(shí)踐取得了良好的效果，可為同類工程施工提供很好的參考借鑒。

參考文獻(xiàn)

［1］謝云億.上承式鋼筋混凝土箱型拱橋上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.西部交通科技，2018（9）：144-146，165.

［2］徐?領(lǐng)，徐焱明.節(jié)段預(yù)制拼裝施工工藝及要點(diǎn)［J］.交通世界，2019（29）：116-117.

［3］喬文庭，張經(jīng)統(tǒng)，劉?磊，等. EPS內(nèi)模裝配式PC小箱梁施工技術(shù)研究［J］.施工技術(shù)，2021，50（4）：6-8.