大跨度鋼管拱外包混凝土施工技術(shù)

程曉剛

摘要：通過對夜郎河雙線特大橋大跨度鋼管拱外包混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)研究，得出對于大跨度鋼管拱外包混凝土施工最合理施工控制工藝，其鋼管拱外包混凝土施工工藝步驟簡單、設(shè)計合理、投入成本低、現(xiàn)場操作簡便，能夠?qū)崿F(xiàn)其外包混凝土快速順利澆筑，為其他同類型鋼管拱外包混凝土施工提供可靠參考價值。

Abstract： Through the research on the key technology of the outsourcing concrete construction of the large-span steel pipe arch of the Yelang River double-line super bridge， the most reasonable construction control technology is obtained. The steel pipe arched concrete construction process has the advantages of simple process， reasonable design， low cost and simple on-site operation， and it can realize the rapid and smooth pouring of the outsourced concrete and provide a reliable reference value for the outsourcing concrete construction of other steel pipe arches.

關(guān)鍵詞：大跨度;鋼管拱;外包;施工技術(shù)

Key words： large span;steel pipe arch;outsourcing;construction technology

中圖分類號：U445.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）09-0111-04

1 ?工程概況

主橋設(shè)計采用1-370m上承式鋼筋混凝土X型（提籃）鋼管勁性骨架拱橋，從拱腳到拱圈分叉處由兩肢單箱單室拱肋組成，拱頂合并為單箱三室截面。

拱圈由勁性鋼管骨架骨架外包C55混凝土構(gòu)成。主拱肋橫向變寬，箱體橫向?qū)挾葟墓澳_處9m過渡到拱頂38號截面處的6m（拱頂38-40號截面為等寬），按1.2次拋物線關(guān)系變化，主拱肋箱體縱向變高度，拱箱外邊緣高度由拱腳13.3m變至跨中7.3m，對應(yīng)的勁性骨架高度從拱腳處12.1m過渡到拱頂38號截面處的6.1m，按1.5次拋物線變化。拱圈頂?shù)装搴穸炔捎茫汗澳_到1號墩處——頂?shù)装搴?.4m，腹板厚1.2m;1號墩到2號墩處——頂?shù)装搴?.2m，腹板厚1m;2號墩到3號墩處——頂?shù)装搴?m，腹板厚0.8m;拱頂合并段——頂?shù)装搴?.8m，腹板厚0.6m。

2 ?總體施工思路

由于外包混凝土截面為變截面而且按懸鏈線變化這樣給模板設(shè)計與安裝帶來很大難度?？紤]模板安裝精度要求高，模板截面變化頻繁因此底模板選用2[16槽鋼、木工字梁、竹膠板組合，此種組合便于線型調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡單自重小。同時考慮到在空中無法安裝底模板這一問題，鋼管拱在安裝前，解決鋼管拱外包混凝土施工底模的安裝，設(shè)計了整體移動式底模鋪設(shè)平臺，解決了場地狹小，多個平臺無法布置的難題，底模先采用懸掛法，減少高空安裝底模的難度，在地面上順利實(shí)現(xiàn)。在鋼管拱吊裝前將底模吊在鋼管拱下弦桿，隨拱架一起吊裝方式解決。利用此種吊架法施工，解決了高空施工支架的投入，降低了成本，提前安裝底模，降低了高空作業(yè)的安全風(fēng)險，提高效率，為工程快速高效進(jìn)行提供有力保證。

3 ?鋼管拱外包混凝土施工技術(shù)

3.1 外包混凝土施工順序

主拱圈縱向分6個工作面同步作業(yè)向跨中逐段澆筑混凝土，澆筑完拱腳先澆段底、腹、頂板混凝土后再逐段澆筑完底板混凝土待強(qiáng)度達(dá)到90%以上后再依次對稱澆筑腹板、頂板混凝土，其中每個工作面分1-6不等長度段從拱腳向拱頂方向進(jìn)行節(jié)段對稱澆筑，使拱架的變形和內(nèi)力基本均勻，保證澆筑過程中勁性骨架內(nèi)力合理，保證施工安全;具體施工順序如下：

3.1.1 第一步：拱腳先澆段施工

勁性骨架節(jié)段吊裝前安裝完拱腳先澆筑段底板支架，拱腳先澆段（水平投影長13m）施工分為三部分（圖2示紅、綠、黑）：第一次澆筑高度在實(shí)心段為拱軸線向下1m的位置，變化段和空心段的底板位置;第二次澆筑實(shí)心段、變化段和空心段剩余部分，在張拉處斷開;第三次澆筑剩余的部分。在內(nèi)壓砼施工過程中分四個班組同步綁扎四個拱腳先澆段實(shí)心段鋼筋;綁扎順序?yàn)榈装?、腹板、頂板，筋綁扎完成后安裝此段底、腹、頂模板澆筑混，凝土;待混凝土強(qiáng)度到達(dá)75%以后安裝空心段內(nèi)模鋼管支架，綁扎底、腹板鋼筋，安裝腹板、頂板內(nèi)模，接下來綁扎頂板鋼筋，安裝頂板模板加固，澆筑空心段一混凝土。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的90%以上方拆除側(cè)模、內(nèi)模板、頂板模板，張拉對應(yīng)縱向鋼束，壓漿封錨，按此工藝澆筑第二段空心段混凝土完成拱腳段施工;支架示意圖如圖2。

3.1.2 第二步：全拱底板施工

全拱剩余段分為六個工作面，半拱工作面編號為一、二、三，每個工作面底板分為1-5個節(jié)段，節(jié)段最大長度14.26m，最小長度12m;半拱在拱腳先澆段綁扎鋼筋同時同步安排6個班組綁扎六個工作面底板鋼筋，待每個工作面1#節(jié)段鋼筋綁扎完成后順序綁扎后面節(jié)段鋼筋，1#節(jié)段利用纜索吊機(jī)將底板側(cè)面倒角鋼模板吊裝至相應(yīng)位置，然后利用導(dǎo)鏈安裝就位模板（此處底模板已經(jīng)在拱肋吊裝時附著就位），對稱澆筑第一個工作面1#節(jié)段底板混凝土，依此類推澆筑完成第二、三工作面1#節(jié)段底板混凝土，完成全拱1#節(jié)段底板混凝土澆筑，按此施工工藝順序完成工作面一至三底板剩余節(jié)段混凝土澆筑，完成底板混凝土施工。

3.1.3 第三步：全拱腹板施工

同上全拱腹板半拱工作面編號為一、二、三，對應(yīng)每個工作面節(jié)段數(shù)量為：6、5、5，節(jié)段最大長度14.08m，最小長度6.01m;在全部底板鋼筋綁扎完畢后6個班組綁扎六個工作面腹板鋼筋，待每個工作面1#節(jié)段鋼筋綁扎完成后順序綁扎后面節(jié)段鋼筋，1#節(jié)段外側(cè)腹板模板利用纜索吊機(jī)將鋼管與方木、竹膠板組合模板吊裝至相應(yīng)位置，然后利用導(dǎo)鏈安裝就位模板，內(nèi)模板采用木模，利用人工安裝就位，加固模板對稱澆筑第一個工作面1#節(jié)段腹板混凝土，依此類推澆筑完成第二、三工作面1#節(jié)段腹板混凝土，完成全拱1#節(jié)段腹板混凝土澆筑，按此施工工藝順序完成工作面一至三腹板剩余節(jié)段混凝土澆筑，完成腹板混凝土施工。為保證拱圈混凝土施工縱逢的影響，底板及腹板的施工縱逢錯開一定的距離，同時新舊混凝土接觸應(yīng)進(jìn)行鑿毛處理。

3.1.4 第四步：全拱頂板施工

同上全拱頂板半拱工作面編號為一、二、三，對應(yīng)每個工作面節(jié)段數(shù)量為：6、6、5，節(jié)段最大長度12m，最小長度4.99m;在全部腹板鋼筋綁扎完畢后6個班組搭設(shè)頂板內(nèi)模鋼管支架，待每個工作面1#節(jié)段內(nèi)模支架搭設(shè)完成后安裝頂板內(nèi)模，內(nèi)模安裝完成后開始綁扎頂板鋼筋，此段鋼筋綁扎完成后按此工藝順序完成后面節(jié)段鋼筋綁扎，1#節(jié)段鋼筋綁扎完成后安裝頂板木模板，加固模板對稱澆筑第一個工作面1#節(jié)段頂板混凝土，依此類推澆筑完成第二、三工作面1#節(jié)段頂板混凝土，完成全拱1#節(jié)段頂板混凝土澆筑，按此施工工藝順序完成工作面一至三頂板剩余節(jié)段混凝土澆筑，完成頂板混凝土施工。為保證拱圈混凝土施工縱逢的影響，頂板及腹板的施工縱逢錯開一定的距離，同時新舊混凝土接觸應(yīng)進(jìn)行鑿毛處理。

3.1.5 橫撐施工

分叉段橫撐混凝土滯后于拱圈混凝土澆筑。即拱圈底板澆筑完再澆筑對應(yīng)段橫撐混凝土，依此類推。其混凝土施工流程同分叉段拱圈混凝土施工流程，但沿橫撐縱向是一次澆筑完成，不設(shè)多個工作面。

3.2 模板工程

3.2.1 底模支架布置

在拱座基礎(chǔ)最后一次澆筑前安裝拱腳現(xiàn)澆段混凝土現(xiàn)澆支架預(yù)埋件，在拱座澆筑完成后利用預(yù)埋件安裝現(xiàn)澆支架。（圖3）

底模支架系統(tǒng)立柱采用直徑630mm，壁厚16mm，鋼管加工而成，立柱與立柱之間采用[20a型鋼進(jìn)行連接。支架主縱梁采用3I40a，長20m，主縱梁與預(yù)埋件1采用銷接，主縱梁通過墊座與立柱支撐連接。

此段底模由承重梁、分配梁、背肋、面板組成：承重梁采用3 I40a，間距1.2m，分配梁采用2[16a槽鋼分配梁，間距為35cm，分配梁頂部鋪設(shè)背肋;背肋15*方木，間距30cm，面板采用1.8cm竹膠板制作而成。

①拱圈分叉段空心段底模系統(tǒng)設(shè)計。

底模1：主拱圈拱底模板，采用I20木工字梁，間距25cm布置;面板采用厚18mm竹膠板;橫向分配梁采用2[16制作而成，間距80cm，拉桿采用Φ25鋼筋加工而成，拉筋橫向間距140-180cm，兩邊拉桿采用U型焊接固定于主鋼管上，其余中間三至四道拉桿采用固定于縱向2I36b型鋼上，型鋼下設(shè)橫向2I28b分配梁，分配梁下用對包[20a槽鋼做支撐柱，其焊接固定在橫向主鋼管上。

底模2：主拱圈拱底模頂板，采用10*10cm方木，為間距30cm布置;面板采用厚12mm竹膠板;方木背后背帶采用雙拼？準(zhǔn)48mm鋼管，間距60cm，拉桿采用Φ20鋼筋加工而成。側(cè)面倒角模板采用鋼模板，模板面板采用5mm鋼板，縱向分配梁采用[8間距30cm布置，豎向背帶采用2[12a間距50cm。（圖4）

②拱圈合并段空心段底模系統(tǒng)設(shè)計。

模板為全橋滿鋪。在底模與下弦鋼管接觸處現(xiàn)場增設(shè)混凝土墊塊進(jìn)行定位，定位完成后對U型螺栓和吊桿進(jìn)行預(yù)緊;吊桿頂部錨固在縱向2I36b分配梁上，縱向分配梁支撐于橫向2I28b分配梁上，橫向分配梁通過型鋼立柱支撐于主鋼管上;U型螺栓和吊桿采用Φ25鋼筋加工而成;底板上下層模板之間采用拉桿進(jìn)行連接，拉桿間距按照170-180cm一道進(jìn)行布置。底模外側(cè)行人通道寬度1.5m，采用鋼板、角鋼及花紋鋼板焊接，與底模分配梁焊接牢固。底側(cè)模頂部采用拉桿固定，底部采用齒板頂死，底側(cè)模采用坐模形式固定在底模上。（圖5）

底板模板由底分配梁、背肋、面板組成，底模寬度由現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定。底分配梁采用2[16槽鋼制成，間距80cm;背肋為I20木工字梁，間距25cm布置;面板采用厚18mm竹膠板。側(cè)面倒角模板采用鋼模板，模板面板采用5mm鋼板，縱向分配梁采用[8間距30cm布置，豎向背帶采用2[12a間距50cm。底模頂板模板由背肋、面板組成，模板寬度由現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定，長度按照2.4m/塊制作。頂分配梁采用10*10cm方木制成，間距30cm;方木上背帶采用雙拼？準(zhǔn)48mm鋼管，鋼管背帶間距為60cm，拉條采用Φ20鋼筋加工，間距0.6m，面板采用厚12mm竹膠板。

3.2.2 側(cè)模及頂模支架布置

3.2.2.1 側(cè)模系統(tǒng)

側(cè)模：主拱圈上、下游側(cè)模。側(cè)面上下倒角模板采用鋼模板，模板面板采用5mm鋼板，縱向分配梁采用[8間距30cm布置，豎向背帶采用2[12a間距50cm，設(shè)置五層拉條，單塊模板尺寸1.5*2.35m;中間部分側(cè)模采用木模，豎肋采用10*10cm方木，間距25cm布置，面板采用厚12mm竹膠板;方木背后背帶采用雙？準(zhǔn)48mm鋼管，背帶間距為50cm，側(cè)模拉桿采用Φ20鋼筋加工而成，拉桿橫豎向間距50*50cm。（圖6）

3.2.2.2 頂模系統(tǒng)

先澆段頂板模板，頂板頂部、底部內(nèi)模板采用10*10cm方木，間距30cm布置;面板采用厚12mm竹膠板;方木背后背帶采用兩層雙？準(zhǔn)48mm鋼管，鋼管背帶間距為60cm，其中內(nèi)模板依托？準(zhǔn)48mm鋼管支架進(jìn)行支撐，支架橫桿步距1.2m，立桿縱橫間距0.6m;模板拉桿采用Φ20鋼筋加工而成，拉桿橫縱向間距60*60cm;側(cè)面倒角模板采用鋼模板，模板面板采用5mm鋼板，縱向分配梁采用[8間距30cm布置，豎向背帶采用2[12a間距50cm，結(jié)構(gòu)示意圖如圖7。

3.2.3 拱肋外包混凝土底模安裝

高空安裝底模不僅效率低下，而且安全風(fēng)險極高，在綜合考慮施工工期及施工安全后采用了在吊裝節(jié)段時帶上底模的方案。在底模板胎架（位于設(shè)計軸線上）上拼裝底模，胎架設(shè)置縱梁便于底模橫向槽鋼分配梁安放，再按設(shè)計間距鋪設(shè)方木，每根方木與槽鋼分配梁之間采用鐵絲綁扎緊固，在方木上方鋪設(shè)1.8cm厚竹膠板，竹膠板與方木之間采用水泥釘釘緊;利用兩臺龍門及轉(zhuǎn)向裝置將勁性骨架節(jié)段吊裝至預(yù)拼好模板位置將骨架安放在胎架周邊四根立柱上，利用導(dǎo)鏈將底模提升至設(shè)計高度并用提前焊接與鋼管上U型螺栓連接固定，鋼管與底模板之間采用同標(biāo)號砼墊塊固定，對應(yīng)底模板中間拉條一次安裝附著;每節(jié)段底模板鋪裝兩端頭預(yù)留40cm空間保證接頭部分主鋼管焊接，分配梁2[16距離鋼管端頭40cm，方木與槽鋼齊平，待節(jié)段焊接完成后鋪設(shè)1m長方木、竹膠板，將模板缺口補(bǔ)上。分叉段底模板安裝按照上述方法單側(cè)安裝，對于合并段底模板安裝采用單側(cè)安裝，但橫向槽鋼分配梁懸臂超出橋梁中心線50cm，左右兩側(cè)勁性骨架槽鋼同一位置交錯布置，最后中間利用下弦頂縱梁掛設(shè)拉桿固定模板。

3.3 混凝土工程

重慶側(cè)設(shè)置兩臺地泵、兩套泵管，地泵分別安放在1#便道靠近拱腳基礎(chǔ)左側(cè)彎道處、1#拱腳左側(cè)平臺處，單個拱腳對應(yīng)安裝一套泵管，泵管安裝在拱肋上弦主鋼管人行走道支架上，彎道處地泵接出泵管沿著左側(cè)拱上人行道布設(shè)，提供左側(cè)外包混凝土澆筑通道，1#拱腳處地泵通過山體上人行通道、拱上通道布置于右側(cè)拱頂，提供右側(cè)外包混凝土澆筑通道，兩臺泵管出料口先接至工作面一第1節(jié)段處，接長至工作面二、三第1節(jié)段處泵管提前布置，預(yù)留與工作面一接口，保證及時轉(zhuǎn)換澆筑砼。兩臺地泵對稱布置，方便上、下游兩邊對稱澆筑。

4 ?結(jié)論

①通過二級注漿孔的設(shè)計、高壓泵車的選擇、混凝土配合比的優(yōu)化等措施保證了鋼管拱肋內(nèi)壓混凝土的對稱連續(xù)施工，同時保證了其密實(shí)度滿足設(shè)計要求;

②勁性骨架吊裝前將外面混凝土底模懸吊，保證了高空作業(yè)的平臺設(shè)置，避免了模板的高空懸拼，保證了施工作業(yè)的安全及各工序的有序推進(jìn)，優(yōu)質(zhì)高效的完成了外包混凝土的施工;

③外包混凝土施工時，通過高壓泵車的選擇、混凝土配合比的優(yōu)化，保證了外包混凝土澆筑的連續(xù)性，提升了外觀;

④施工時外側(cè)全懸掛白色安全網(wǎng)，增加作業(yè)安全性，保證了施工安全可控;

⑤嚴(yán)格按照施工監(jiān)控數(shù)據(jù)分析，控制混凝土的澆筑時間、澆筑速度，并及時分析澆筑后的成橋線性、應(yīng)力與理論值得差別，做好下一階段的施工，總結(jié)同類型橋梁施工的經(jīng)驗(yàn)。

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