120米跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工工法介绍

一百二十米跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工

工法

1．前言

余姚双溪口水库大桥为净跨径120m 上承式悬链线箱形拱桥，该桥为集团公司同类桥的最大跨径，其

支架部分及主拱圈施工不仅难度大，而且存在着很大的施工安全风险。

我公司结合以往施工经验，针对大跨上承式钢筋混凝土箱形拱桥技术进行了科技攻关，充分利用该型拱桥结构特点制定科学合理的施工工艺，解决了施工技术难题，经总结形成本工法。

以本工法为核心的“ 120m跨现浇钢筋砼箱形拱桥主拱圈施工技术”获得集团公司优秀论文一等奖。2．工法特点

本桥主拱圈采用支架现浇施工法，其中支架部分为在两拱脚段根据原有的地形情况采用在硬化的地面上直接拼装碗扣式脚手架，中间段采用梁柱式复合体系：其结构构成为：明挖现浇混凝土基础; 钢支架分三层，底层为置于混凝土基础上钢管立柱支墩; 中层用万能杆件搭成框架结构形成纵梁;上层为满布式碗扣式脚手架。拱部利用碗扣式支架调整成拱型，拱架卸落利用碗扣式支架顶的可调托撑完成。而主拱圈混凝土则采用分环、分段的方法进行施工，即：整个拱圈根据支架的结构体系分为3个浇筑环；即底板

环、腹板环及顶板环，每环浇筑时再分5段对应水平长度分别均为24m，先对称浇筑拱脚段，再从跨中段

向两拱脚方向浇筑，拱顶段浇筑完后，再浇筑1/4 段。段与段之间预设间隔槽（顶板不设间隔槽），间隔槽

宽1.5m，根据监控单位的施工加载计算，腹板和底板环两环同时合拢，使拱圈形成一个开口箱形结构，然后再进行顶板环的分段浇筑及合拢。

3．适用范围

本桥施工方法可适用于大跨径现浇钢筋砼拱桥的施工。

4．工艺原理

4.1 主拱圈施工技术

4.1.1 主拱圈底模标高的确定

主拱圈的支架现浇过程中，立模标高的合理确定，是关系到主拱圈的线形是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终主拱圈与桥面系线形较为良好；否则最终主拱圈线形会与设计线形有较大的偏差。

立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，总要设一定的预抛高，以抵消施工中产生的各种变形挠度)。其计算公式如下：模板定位标高＝设计标高＋运营预抛高＋施工预抛高＋支架变形其中支架变形值是根据支架加载试验，综合各项测试结果，最后绘出支架荷载—挠度曲线，进行内插而得。

根据以往上承式拱桥施工及监控经验，并结合本桥的具体情况，估计在施工过程中影响本桥结构内力和线形的因素主要有以下几方面：

(1) 施工临时荷载。

(2) 支架变形。

(3) 日照影响。

(4) 主拱圈混凝土浇筑顺序和主梁的安装顺序。

(5) 混凝土浇筑方量的控制。

(6) 混凝土弹性模量和徐变。

当上述因素与估计不符，而又不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时，必然导致在以后阶段施工中采用错误的纠偏措施，引起误差累积，因此在施工控制过程中，将通过对应力和位移偏差分析、结构参数敏感性分析、结构参数识别，找出误差原因，确定出设计参数真实值，以此为基础对该桥进行有效施工控制。

为使拱圈最终成形后符合设计和规范的要求，必须在支架上设置预拱度。拱顶预拱度包括拱圈自重产生的拱顶弹性下沉、拱圈温度降低与砼收缩产生的拱顶弹性下沉、墩台水平位移产生的拱顶弹性挠度值、拱架在设计荷载作用下的弹性及非弹性变形、支架基础受载后非弹性下沉。

预拱度δ=运营预抛高＋施工预抛高＋支架变形

根据设计和监控单位提供的数据，拱顶处预拱度按全部预拱度总值设置，暂定为15cm，拱脚处为零，

其余各点按二次抛物线分配。即:

22

δx＝δ[1-4x 2/L 2]

δx ——任意点（距离拱顶水平距离为x）的预加高度。

δ——预拱度总值。

x ——跨中至拱脚的水平距离。

L ——拱圈的计算跨径。

支架预压完成后，拱顶下沉18mm，与监控单位计算基本吻合。预拱度无需再调整。

4.1.2 主拱圈施工方案的确定

拱圈混凝土施工过程是一个对支架不断加载的过程。考虑拱圈浇筑与支架变形之间的相互影响关系，为防止支架异常变形，破坏主拱轴线，甚至产生混凝土裂缝，同时遵循“分环分段灌注顺序应使支架在混凝土灌注过程中发生的变形幅度最小”的施工原则，确定了主拱圈浇筑顺序。见图1（图中所标数码即

为混凝土浇筑顺序）

主拱圈混凝土采用分环、分段的方法进行施工，即：整个拱圈根据支架的结构体系分为3 个浇筑环；即底板环、腹板环及顶板环，每环浇筑时再分5 段对应水平长度分别均为24m，先对称浇筑拱脚段，再从跨中段向两拱脚方向浇筑，拱顶段浇筑完后，再浇筑1/4 段。段与段之间预设间隔槽（顶板不设间隔槽），间隔槽宽1.5m ，根据监控单位的施工加载计算，腹板和底板环两环同时合拢，使拱圈形成一个开口箱形结构，这样对支架和结构比较安全，然后再进行顶板环的分段浇筑及合拢。为了避免支架局部异常变形，采取拱顶两侧对称的方法施工。

拱圈混凝土分环，分段浇筑

图1：主拱圈浇筑顺序

4.1.3 模板体系

4.1.3.1 底模 在碗扣式脚手架上的可调托撑上纵向铺设弧形工字钢，工字钢与可调托撑之间的三角形空隙用角钢

焊接三角形垫块填充。弧形工字钢上横向铺设

10×10 cm 方木，间距 30cm ，在工字钢上焊接挡块以防止 其下滑。在方木上铺设底模，底模采用厚 15mm 竹胶板。底模安装的关键是的定位准确计算和测量，该值

是根据 AutoCAD 绘图软件计算得出，通过调整弧形工字钢和方木可以放样出理想的拱架底模线形。模板 结构是否合适将直接影响梁体的外观。

4.1.3.2 外模

面板均采用 15mm 厚竹胶板，外侧用方木做成框架， 2.4m 一节，外模包在底模上，下缘根据拱圈内横

向分布钢筋的位置布设拉杆，上缘用圆钢作拉杆。模板因曲线造成的缝隙，用加工后的木条填塞，再用 “即时贴”贴缝，以防漏浆。

4.1.3.3 内模 浇筑底板时不需要内模，待混凝土初凝后人工压抹成型，底板浇筑后，用扣件式脚手架及可调托撑 拼成框架， 12mm 厚竹胶板作面板或顶板底模形成内模，拱箱内模框架设计应尽量少占净空，以利于内模 的拆除。内模顶部设 4道10cm × 10cm 方木纵向背肋，每道框架布置 5个竖向钢管，分别用托撑顶在底板和

向上下布置二道钢管，利用托撑顶在顺桥向 lOcm × 1Ocm 的方木上。框架纵向间距 90cm ，用钢管纵向联接，

中间部分不加斜撑，这样，可以减小框架所占空间，便于施工。钢管间联接用扣件固定。

1

3－

1

2－

－1 1－

第三环顶版

第二环腹版

第一环底版

顶板方木上，用于支撑顶板模板，内侧模每侧设两道 10cm ×10cm 方木纵向背肋，用于支撑内模面板，横 说明：图中数字为浇筑顺序

120m

拱箱模板结构见图2：

模板的铺设顺序为：第一环混凝土浇筑时为：拱圈底模→外侧模→安装拉筋及分段隔板→设置横竖

带木；

第二环混凝土浇筑时，模板铺设顺序为：内外侧模→安装拉杆及横竖带木。

第三环混凝土浇筑时，模板铺设顺序为：顶板底模→侧模→安装拉杆及横竖带木。

Φ48*5钢管

15mm竹胶板方木框架

底板混凝土

图2：模板结构图

4.1.4 钢筋拱圈底模铺好后，测设中线、边线、标高，标出各分段点及横隔板的位置，作为安装其它模板及绑

扎钢筋的依据。拱圈钢筋安装采用在桥下加工弯制，汽车吊吊运至拱架上就地绑扎施工。钢筋绑扎顺序按拱脚至拱跨1/4 段，先安箍筋后穿主筋的办法; 拱跨1/4 处至拱顶段先穿主筋后套箍筋，以利施工。主钢筋接头、箍筋及横隔板钢筋连接采用焊接；间隔槽钢筋和箍筋在浇筑前绑扎，注意在间隔槽位置钢筋的错开长度应满足规范要求。钢筋在绑扎中和骨架成型后，要做好支撑架避免变形，上层钢筋网采用钢管临时定位，保护层垫块按80cm 间距梅花型布置，与主钢筋绑扎牢固。钢筋在浇筑前要保证其无锈蚀现

象，如有则除锈后才能浇筑混凝土。

4.1.5 混凝土浇筑混凝土浇筑时采取水平移动，向拱顶方向推进，腹板浇筑时上下分层的方法浇筑，斜向分层（浇筑

拱脚混凝土前，要将其与拱座的新旧混凝土接合处凿毛，混凝土表面应凿毛至露出集料并冲刷干净，再将接茬面用水湿润再布薄薄的一层1：1 水泥砂浆。分段浇筑长度取4m～6m,分段浇筑时必须在前一段混

凝土初凝前开始下段混凝土，以保证浇筑连续性。混凝土浇筑进行中不得任意中断，因故必须间歇时，

间歇最长时间应按所用水泥凝结时间、混凝土的水灰比及混凝土硬化条件确定。拱圈预留间隔槽中混凝

土，应待所有各分段混凝土均灌注完毕，且其相邻段混凝土强度达到70%后方可浇筑，浇筑前要将分段混

凝土表面凿毛冲净，残留混凝土清理干净后绑扎钢筋，立好模板。浇筑过程中为防止混凝土外流，在底板、腹板和顶板拱脚位置设盖板防护。浇筑拱脚混凝土时，应控制好混凝土的坍落度，防止混凝土向拱脚处滑落。

4.1.6 主拱圈落架落架作业是主拱圈现浇的最后一道工序，也是很关键的一道工序，要在主拱圈裸拱形成后，待混凝土达到设计强度后落架，落架时要严格按程序图进行。卸落无须安装专门的卸架设备，只需有序地拧松紧固于顶部小横杆的扣件即可方便地完成拱架卸落工作。

主拱圈混凝土最低强度达到设计的90%后，即进行主拱圈脱架。由于拱架设计中采用可调托撑来调整标高和落架，落架点多，落架施工技术难度大。根据计算分析，确定卸架原则：横桥向必须同时均匀卸落，在纵桥向从拱顶向拱脚逐排卸落，最后使拱圈下底模全部脱离混凝土面为止，形成裸拱主拱圈完全受力。

4.1.6.1 各落架点卸落总量计算

各落架点卸落总量由两部分组成即主拱圈裸拱的弹性变形gΔ与拱架的弹性变形量eΔ之和，即Δ= g

Δ+ eΔ，由监控单位提供计算数据可得，拱顶最大卸落量达3.6 ㎝。

4.1.6.2 落架步骤

支架设计中采用了碗扣式支架顶端设可调托撑，用以调整标高和落架，拱圈落架点各多达1500个点（每排横向11个可调托撑，纵向共139 排），对于如此多的落架点，就不可能达到各点同步均匀地卸落。为了获得一种合理的卸架顺序，我们将拱架与主拱圈组成的复合体系用多种方法进行计算比较，确定了落架方案。支架卸落在横桥向必须同时均匀卸落，在纵桥向从拱顶向拱脚逐排卸落，并保持左右两侧同步对称进行。

5．主拱圈施工工艺流程及主要施工工艺操作要点

5.1 主拱圈施工工艺流程

主拱圈施工工艺详见下图3

卸落架拱圈应力应变监测

图3：主拱圈施工工艺流程图

5.2 主要施工工艺操作要点

5.2.1 间隔槽的施工主拱圈各段均浇筑完成后焊接暂时断开的纵向钢筋进行间隔槽的施工，先进行拱脚段与中间段间隔槽的施工，再进行拱顶段与中间段间隔槽的施工，最后完成拱脚处间隔槽的施工，实现整个拱圈合龙。在拱顶混凝土强度达30Mpa 且气温达到8℃时浇注间隔槽混凝土。按施工组织安排，由于主拱箱间隔槽合龙作业将在十二月份进行。结合该地区的气温实际情况，采取以下措施来严格控制间隔槽的合龙温度。一是科学安排作业时间，在自然温度最低的凌晨零时至6时合龙; 二是集中人力、物力，最大限度地缩短合龙的浇注时间，一般控制在4h之内完工; 通过采取上述措施，有效地控制合龙温度。

5.2.2 主拱圈落架

主拱圈落架采取如下程序（分三步进行，见图4）

第一步：卸落拱顶第5号钢管支墩至第7号钢管支墩范围内的支架，63～84号杆卸落量2cm。卸落第2 号（第10号）钢管支墩至第4 号（第8号）钢管支墩范围内的支架，52～63、84～94号杆卸落量为1cm。

第二步：再次卸落拱顶第5号至第7 钢管支墩范围内的支架，63～84 号杆卸落量1cm。再次卸落第52～63、84～94号杆卸落量0.5cm