沙特裝配式拱橋拱圈預(yù)制拼裝工藝及綜合成本分析

穆文飛

（中鐵十八局集團(tuán)天津國際分公司，天津300222）

為了通行和既有管道需要，高速公路沿線會(huì)設(shè)置一定的橋梁、涵洞。目前高速公路建設(shè)中，拱橋結(jié)構(gòu)形式常規(guī)做法是采用現(xiàn)澆施工，但現(xiàn)澆施工的工序比較復(fù)雜，施工速度慢，模板制作安裝及人工費(fèi)成本高，這些都不利于安全質(zhì)量管控，也容易制約工期[1]。

為秉承高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化要求，一些高速公路項(xiàng)目提出標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、裝配式預(yù)制、裝配式安裝新理念，將全線拱橋進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)集約化管理，對拱橋拱圈等構(gòu)件集中預(yù)制，然后依據(jù)工程實(shí)際，將裝配式拱橋拱圈運(yùn)輸至項(xiàng)目現(xiàn)場后安裝成型。裝配式拱橋拱圈能有效解決現(xiàn)澆拱橋存在的通病[2]。

在沙特朱拜爾TS-8高速公路拱橋拱圈施工中，通過裝配式拱橋拱圈施工，取得了提高涵洞工程質(zhì)量、縮短拱橋施工工期、降低工程投入等成效，對于高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化起到了很好的示范作用。

1 工程概況

沙特朱拜爾TS-8 高速公路項(xiàng)目地處沙特東部城市朱拜爾范圍內(nèi)，是沿著朱拜爾工業(yè)區(qū)東西方向施工的一條城市主干線。該高速公路項(xiàng)目起始里程位于K10+000，終點(diǎn)里程位于K26+800。項(xiàng)目共有8 座預(yù)制拱橋，跨鐵路線3 座、跨既有公路1座、跨既有管道4 座,總長587.25 m。預(yù)制拱橋最大跨徑達(dá)25 m，最大徑高10 m；最小跨徑為10 m，最小徑高3 m。預(yù)制拱橋?qū)嵕耙妶D1。

圖1 預(yù)制拱橋?qū)嵕?/p>

2 拱橋預(yù)制場建設(shè)方案

2.1 場地規(guī)劃

預(yù)制場呈長方形布置，依次為鋼筋加工區(qū)、拱圈預(yù)制區(qū)、拱圈存放區(qū)。鋼筋加工和存放區(qū)面積為120 m2，拱圈預(yù)制區(qū)和養(yǎng)護(hù)區(qū)面積為4 215 m2，拱圈存放區(qū)面積為2 688 m2,存放區(qū)可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行增加。

2.2 場地布置

鋼筋加工區(qū)一個(gè)，長15 m，寬8 m。靠圍網(wǎng)一側(cè)設(shè)置拱圈預(yù)制區(qū)、養(yǎng)護(hù)區(qū)和鋼筋存儲(chǔ)區(qū)，預(yù)制區(qū)、養(yǎng)護(hù)區(qū)長分別為154 m 和166 m，寬均為 13.8 m。中部設(shè)有養(yǎng)護(hù)水罐、集水罐及沉淀池。同時(shí)預(yù)制S4、S5、S6、S14、S7、S15 拱圈和涵洞的側(cè)墻、蓋板。存放區(qū)靠梁預(yù)制區(qū)一側(cè)布置，長為336 m，寬均為8 m，能存放83 片拱圈和所有的涵洞。預(yù)制區(qū)和存放區(qū)之間設(shè)有6 m 寬道路,庫房一側(cè)設(shè)有20 m寬入口。

2.3 預(yù)制場養(yǎng)護(hù)和排水系統(tǒng)

預(yù)制場中部設(shè)置2 個(gè)20 m3的養(yǎng)護(hù)水罐，養(yǎng)護(hù)管沿圍網(wǎng)布置，在預(yù)制區(qū)和養(yǎng)護(hù)區(qū)設(shè)置4 個(gè)管道接口，給水主管采用1 寸PVC 管，支管采用1/2寸PVC 管。預(yù)制場邊緣、不同結(jié)構(gòu)預(yù)制區(qū)及養(yǎng)護(hù)區(qū)設(shè)置寬約5 cm 的排水溝，用于收集養(yǎng)護(hù)時(shí)剩余的水，排水溝縱坡為0.2%，靠近預(yù)制區(qū)中部設(shè)置有沉淀池和20 m3集水罐。

2.4 場地建設(shè)

預(yù)制場地基礎(chǔ)均采用C20 商品混凝土澆筑，澆筑時(shí)四周放置方木，澆筑厚度最小10 cm，要求場地水平高差±3 mm。鋼筋加工棚的立柱和橫梁用槽鋼搭建，棚頂橫向支撐采用鋼管，間距1.5 m左右,屋頂坡度為2%。養(yǎng)護(hù)水罐平臺(tái)用3 m 的腳手架搭建，長9.9 m，寬4.4 m，腳手架間距60 cm，平臺(tái)四周采用鋼管進(jìn)行防護(hù)。底部基礎(chǔ)在原地面上澆筑10 cm 厚混凝土。

3 拱圈節(jié)段標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制施工

通過拱圈節(jié)段進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化施工，以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)。單個(gè)預(yù)制構(gòu)件吊裝重量小于34 t，外形尺寸滿足公路運(yùn)輸條件。

3.1 預(yù)制拱圈工程量

預(yù)制拱圈共有1.5 m 和2 m 兩種寬度。單片混凝土方量最小約為6.3 m3，最大約為13.5 m3。單片總量最小約為16 t，最大約為34 t。拱圈總預(yù)制數(shù)量為622 片，混凝土總方量預(yù)計(jì)6005 m3，鋼筋總重量預(yù)計(jì)824 t。

3.2 預(yù)制計(jì)劃

拱橋S2 和S5 計(jì)劃各采用2 套鋼模預(yù)制，每周計(jì)劃各完成3 片，其余拱橋用1 套鋼模預(yù)制，其中S7 和S15 共用1 套模板。每周計(jì)劃各完成3 片。

根據(jù)拱圈和模板數(shù)量以及拱圈預(yù)制場地大小，計(jì)劃每周預(yù)制S4 拱圈3 片，S5 拱圈6 片，S6 拱圈3 片，S7 或S15 拱圈3 片，S14 拱圈3 片，共計(jì)18 片/每周。S17A 和S17B 最后生產(chǎn)，預(yù)計(jì)最短生產(chǎn)時(shí)間為七個(gè)半月。

3.3 拱圈移動(dòng)設(shè)備

因單片拱圈最大重量34 t，為滿足規(guī)范要求和現(xiàn)場吊裝需要，擬采用120 t 吊車和平板車進(jìn)行移動(dòng)拱圈。預(yù)制拱圈數(shù)量和重量統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 預(yù)制拱圈數(shù)量和重量統(tǒng)計(jì)

3.4 拱圈預(yù)制

（1）模板安裝:首先在澆筑區(qū)域的混凝土基礎(chǔ)上進(jìn)行全尺寸標(biāo)記，然后進(jìn)行底板安裝。在提前繪制的輪廓內(nèi)將底板模塊組裝到位。當(dāng)每個(gè)底板模塊均處于正確位置時(shí)，將其固定在混凝土底板上，并使其水平。以上均沒有問題，可對底板下方的空隙進(jìn)行灌漿。

（2）內(nèi)模板安裝：將最靠近拱冠部分內(nèi)模面模塊抬起，如有必要，進(jìn)行調(diào)整，驗(yàn)證模具模塊表面的垂直性，并將其與止動(dòng)端（頂）連接，依次放置下一個(gè)模塊。當(dāng)所有模塊都正確安裝在底部放線上時(shí)，在垂直位置和連接中間，沿頂部從一端（支腿）向另一端（冠）拉一根繩子。根據(jù)圖紙，沿管柱標(biāo)記點(diǎn)，并驗(yàn)證所有相應(yīng)的長度（與混凝土底板頂部下方繪制的長度相同），必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整。如無異常，將內(nèi)表面模塊錨入混凝土底板[3]。

（3）端模安裝:繼續(xù)將支腿平止端固定在內(nèi)模面上，確保其垂直性，之后將端模連接在內(nèi)模板上。

（4）外模板安裝：將最靠近拱冠部分外模面模塊抬起，如有必要，進(jìn)行調(diào)整，驗(yàn)證模具模塊表面的垂直性，并將其與制動(dòng)端（頂）連接，依次放置下一個(gè)模塊。把止動(dòng)端（支腿）和最后一個(gè)模塊有效連接。檢查內(nèi)外模面頂部是否處于同一水平線。模板類型見圖2。

圖2 模板類型

3.5 鋼筋綁扎

根據(jù)批復(fù)的圖紙進(jìn)行鋼筋綁扎，鋼筋的搭接長度和間距應(yīng)滿足規(guī)范要求，鋼筋表面防銹漆無損壞，如有損壞需噴漆修復(fù)。綁扎完后的鋼筋通過報(bào)檢后，用吊車調(diào)入模板內(nèi)，調(diào)整鋼筋位置，保證所有面保護(hù)層厚度與圖紙相符，最后合上模板準(zhǔn)備混凝土澆筑[4]。

3.6 混凝土澆筑

按照如下方式振搗：當(dāng)混凝土澆筑時(shí)，需要立即進(jìn)行振搗；振動(dòng)棒進(jìn)行垂直角度插入和撤出，切不可在混凝土中來回移動(dòng)；在5 秒內(nèi)插入和撤回振動(dòng)棒；根據(jù)振動(dòng)棒的規(guī)格，振搗距離應(yīng)隔1.5 R（見圖3），同時(shí)確保振搗影響整個(gè)區(qū)域。分層澆筑時(shí)，要求振動(dòng)器的頭部穿過下一層（見圖4）。振搗時(shí)振搗棒盡量避免接觸鋼筋和模板[5]。

圖3 振搗距離示意

圖4 振搗深度示意

3.7 拱圈養(yǎng)護(hù)和存放

拱圈澆筑完成后，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到16 MPa時(shí)，移動(dòng)拱圈到養(yǎng)護(hù)區(qū)，同時(shí)進(jìn)行下一片拱圈鋼筋安裝。在拱圈頂部放置滴管，用土工布及塑料薄膜進(jìn)行細(xì)致而密實(shí)的包裹，并用細(xì)繩扎緊。養(yǎng)護(hù)7 天或者強(qiáng)度滿足4/5，再移動(dòng)到儲(chǔ)存區(qū)域[6]。

養(yǎng)護(hù)后的拱圈移至存放區(qū)時(shí)在底部墊上10 cm的方木或槽鋼，槽鋼頂部鋪上廢棄的竹膠板，拱圈按縱向間距1 m，橫向間距0.5 m 存放。

4 拱圈安裝計(jì)劃

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，結(jié)構(gòu)安裝順序?yàn)椋篠4 →S14 →S5 →S7 →S6 →S17A →S17B →S15。安裝計(jì)劃見表2。

表2 拱圈安裝計(jì)劃

4.1 拱圈運(yùn)輸

用吊裝工具固定在拱圈上，同時(shí)在拖車上放置2 m 間距的方木或者用間距1 m、厚至少15 mm的橡膠墊板代替，再用龍門吊將拱圈吊至拖車上。拱圈運(yùn)送示意見圖5。

圖5 拱圈運(yùn)送示意

4.2 標(biāo)記

確認(rèn)兩側(cè)基礎(chǔ)標(biāo)高差小于5 mm 后，在基礎(chǔ)槽內(nèi)畫出中心線（見圖6），同樣預(yù)制拱圈的底部也做好中心線標(biāo)記（見圖7）。

圖6 基礎(chǔ)槽中心線示意

圖7 預(yù)制拱圈底部中心線試

4.3 墊板安裝

在拱圈基礎(chǔ)槽內(nèi)放置厚30 mm、長0.4 m 的墊板，板的位置位于相鄰拱圈中間。

4.4 拱圈吊裝

拱圈放置地上后，安裝好吊裝工具，將拱圈慢慢翻轉(zhuǎn)。把吊裝錨板錨固在預(yù)制拱圈預(yù)留孔上，兩根鋼絲繩連接在吊裝錨板上，用吊車把半拱圈吊裝到基礎(chǔ)凹槽水平板上，拱圈底部中心線與基礎(chǔ)槽中心線基本對齊。依據(jù)同樣方式，通過另一臺(tái)吊車將半拱圈小心吊裝至基礎(chǔ)槽內(nèi)，同樣對好中心線（見圖8）。拱圈對齊調(diào)整時(shí)吊車保持吊著50%的拱圈自重，在拱圈兩側(cè)打入木楔對拱圈進(jìn)行調(diào)整，直到拱圈基礎(chǔ)的中心線與基礎(chǔ)槽的中心線對齊（見圖9）。對齊中心線后用16 mm 拉桿穿過拱圈上預(yù)留孔進(jìn)行錨固（僅S4 和S6），按照同樣方法進(jìn)行剩余拱圈吊裝。完成吊裝和檢查后在木楔兩邊插入泡沫塑料，灌入強(qiáng)度不少于40 MPa非收縮砂漿，直到砂漿達(dá)到強(qiáng)度后移除木楔，再用同樣的砂漿填充[7]。

圖8 拱圈吊裝

圖9 中心線對齊示意

4.5 拱圈防水安裝

相鄰拱圈的縫隙用直徑25 mm 的泡沫圓棒填充，再貼上寬25 cm 的防水材料。拱圈冠梁澆筑完成后也用直徑25 mm 的泡沫圓棒填充，冠梁之間用20 mm 厚可壓縮填充板填充。拱圈與土接觸面先涂上底漆，再貼上1.5 mm 厚防水膜，防水膜搭接長度不小于7.5 cm，保證與拱圈表面緊貼，最后在防水膜外部貼上保護(hù)板。需要安裝MSE 墻的拱圈待其安裝完成后再做防水[8]。

4.6 冠梁澆筑

待兩側(cè)回填與拱頂相平時(shí)開始冠梁鋼筋綁扎，用300 mm 高的鋼模進(jìn)行混凝土澆筑?；炷琉B(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行冠梁的防水（參考拱圈細(xì)部圖）。

4.7 拱圈區(qū)域回填

拱圈回填區(qū)域劃分見圖10，第一個(gè)區(qū)域距離拱圈1 m，第二區(qū)域是離拱腳1-2 m、離拱頂1 m的垂直區(qū)域，其余為第三區(qū)域。

圖10 拱圈回填區(qū)域劃分示意

第一區(qū)域回填材料要求: 容重，18 kN/m3≤G ≤20 kN/m3 ；內(nèi)摩擦角，ψ ≥ 36°；NP非塑性材料，通過篩75 mm 處的=100%，通過0.075 mm 篩的≤5% ；均勻系數(shù)，Cu=D60/D10 ≥4；壓實(shí)設(shè)備重量不超1.5 t，回填厚度按規(guī)范要求，壓實(shí)度要求達(dá)到95%。第二區(qū)域回填材料要求:容重，18 kN/m3 ≤ G ≤20 kN/m3 ；內(nèi)摩擦角，ψ ≥ 36°；塑性指數(shù)≤ 6% ；通過篩75 mm 處的材料=100%，通過0.075 mm 篩的≤15%，均勻系數(shù)，Cu=D60/D10 ≥4，靜態(tài)滾筒輥進(jìn)行壓實(shí)。第三區(qū)域回填材料要求:容重，18 kN/m3≤G ≤20 kN/m3 ；內(nèi)摩擦角，ψ ≥32°，振動(dòng)滾筒式壓路機(jī)壓實(shí)[9]。

5 現(xiàn)澆工藝與裝配式綜合對比

5.1 成本對比

相同工況下，對相同跨度、相同長度的拱橋（涵長25 m）現(xiàn)澆工藝和裝配式建筑安裝直接費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（見表3）。其中材料費(fèi)和人工費(fèi)明顯降低，盡管機(jī)械費(fèi)有所提高，但總費(fèi)用節(jié)省757636.39-676207.84=81428.55 元（按照2018 年材料和人工單價(jià)編制，匯率1.75，1 里亞爾≈1.75 元），工程投資可節(jié)約10.75%左右。

表3 S17A 拱橋拱圈現(xiàn)澆工藝與預(yù)制裝配式涵洞費(fèi)用對比

5.2 質(zhì)量對比

常規(guī)拱橋施工技術(shù)涉及區(qū)域較廣，為提高施工效率，通常把不同施工區(qū)的拱橋交給不同施工組進(jìn)行同時(shí)施工。各個(gè)施工組的經(jīng)驗(yàn)和水平存在差異，而且線路點(diǎn)多分散，管理難度大，模板、腳手架、施工人員均由各組解決，如果模板質(zhì)量良莠不齊，就會(huì)影響工程整體質(zhì)量[10]。

沙特朱拜爾TS-8 高速公路拱橋是集約化施工，預(yù)制拱圈的模板、鋼筋和混凝土均通過標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、流程化統(tǒng)一集中加工預(yù)制，構(gòu)造物保護(hù)層、混凝土澆筑養(yǎng)生都通過標(biāo)準(zhǔn)化施工管理，確保了工程的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等符合要求。此外，拱橋預(yù)制拱圈通過集中施工，確保了內(nèi)外質(zhì)量和線型，特別是外觀質(zhì)量色澤統(tǒng)一，沒有蜂窩麻面和變形鼓包等質(zhì)量通病，保證拱橋內(nèi)實(shí)外美，有效規(guī)避了現(xiàn)澆拱橋施工面廣分散等問題。

5.3 進(jìn)度對比

拱橋拱圈的傳統(tǒng)施工方法是將拱圈分成若干段依次進(jìn)行施工，需要搭設(shè)腳手架、拱圈模板施工、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等，周期一般在1 個(gè)月以上。

而拱橋拱圈裝配式施工是將拱圈在加工預(yù)制區(qū)集中預(yù)制，施工只做拱橋基礎(chǔ)。拱橋基礎(chǔ)施工完成后，裝配式構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場，最快3 日可完成一座拱橋的拼裝施工，大大提高了施工效率。

通過綜合對比分析，拱橋拱圈施工工效明顯提升，極大節(jié)約施工工期，在特殊地形氣候施工條件下具有較強(qiáng)優(yōu)勢，具備全天候預(yù)制施工能力，且快速施工可減少對路基施工的干擾。

6 結(jié)語

沙特朱拜爾TS-8 高速公路拱橋工廠化、 集成化、規(guī)?；难b配式施工，在特定加工預(yù)制區(qū)通過標(biāo)準(zhǔn)的施工流程集中統(tǒng)一預(yù)制成品后，再運(yùn)送到施工一線進(jìn)行組合拼裝，形成流水化、標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化施工模式，具有質(zhì)量穩(wěn)定有保障、節(jié)約施工周期、工藝先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，提高了施工效率和工程質(zhì)量，體現(xiàn)了集約化優(yōu)越性。