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大跨度钢管拱外包混凝土施工技术

范文

程晓刚

摘要：通过对夜郎河双线特大桥大跨度钢管拱外包混凝土施工关键技术研究，得出对于大跨度钢管拱外包混凝土施工最合理施工控制工艺，其钢管拱外包混凝土施工工艺步骤简单、设计合理、投入成本低、现场操作简便，能够实现其外包混凝土快速顺利浇筑，为其他同类型钢管拱外包混凝土施工提供可靠参考价值。

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.

关键词：大跨度;钢管拱;外包;施工技术

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

中图分类号：U445.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2019）09-0111-04

1 ?工程概况

主桥设计采用1-370m上承式钢筋混凝土X型（提篮）钢管劲性骨架拱桥，从拱脚到拱圈分叉处由两肢单箱单室拱肋组成，拱顶合并为单箱三室截面。

拱圈由劲性钢管骨架骨架外包C55混凝土构成。主拱肋横向变宽，箱体横向宽度从拱脚处9m过渡到拱顶38号截面处的6m（拱顶38-40号截面为等宽），按1.2次抛物线关系变化，主拱肋箱体纵向变高度，拱箱外边缘高度由拱脚13.3m变至跨中7.3m，对应的劲性骨架高度从拱脚处12.1m过渡到拱顶38号截面处的6.1m，按1.5次抛物线变化。拱圈顶底板厚度采用：拱脚到1号墩处——顶底板厚1.4m，腹板厚1.2m;1号墩到2号墩处——顶底板厚1.2m，腹板厚1m;2号墩到3号墩处——顶底板厚1m，腹板厚0.8m;拱顶合并段——顶底板厚0.8m，腹板厚0.6m。

2 ?总体施工思路

由于外包混凝土截面为变截面而且按悬链线变化这样给模板设计与安装带来很大难度。考虑模板安装精度要求高，模板截面变化频繁因此底模板选用2[16槽钢、木工字梁、竹胶板组合，此种组合便于线型调整，结构简单自重小。同时考虑到在空中无法安装底模板这一问题，钢管拱在安装前，解决钢管拱外包混凝土施工底模的安装，设计了整体移动式底模铺设平台，解决了场地狭小，多个平台无法布置的难题，底模先采用悬挂法，减少高空安装底模的难度，在地面上顺利实现。在钢管拱吊装前将底模吊在钢管拱下弦杆，随拱架一起吊装方式解决。利用此种吊架法施工，解决了高空施工支架的投入，降低了成本，提前安装底模，降低了高空作业的安全风险，提高效率，为工程快速高效进行提供有力保证。

3 ?钢管拱外包混凝土施工技术

3.1 外包混凝土施工顺序

主拱圈纵向分6个工作面同步作业向跨中逐段浇筑混凝土，浇筑完拱脚先浇段底、腹、顶板混凝土后再逐段浇筑完底板混凝土待强度达到90%以上后再依次对称浇筑腹板、顶板混凝土，其中每个工作面分1-6不等长度段从拱脚向拱顶方向进行节段对称浇筑，使拱架的变形和内力基本均匀，保证浇筑过程中劲性骨架内力合理，保证施工安全;具体施工顺序如下：

3.1.1 第一步：拱脚先浇段施工

劲性骨架节段吊装前安装完拱脚先浇筑段底板支架，拱脚先浇段（水平投影长13m）施工分为三部分（图2示红、绿、黑）：第一次浇筑高度在实心段为拱轴线向下1m的位置，变化段和空心段的底板位置;第二次浇筑实心段、变化段和空心段剩余部分，在张拉处断开;第三次浇筑剩余的部分。在內压砼施工过程中分四个班组同步绑扎四个拱脚先浇段实心段钢筋;绑扎顺序为底板、腹板、顶板，筋绑扎完成后安装此段底、腹、顶模板浇筑混，凝土;待混凝土强度到达75%以后安装空心段内模钢管支架，绑扎底、腹板钢筋，安装腹板、顶板内模，接下来绑扎顶板钢筋，安装顶板模板加固，浇筑空心段一混凝土。待混凝土强度达到设计强度的90%以上方拆除侧模、内模板、顶板模板，张拉对应纵向钢束，压浆封锚，按此工艺浇筑第二段空心段混凝土完成拱脚段施工;支架示意图如图2。

3.1.2 第二步：全拱底板施工

全拱剩余段分为六个工作面，半拱工作面编号为一、二、三，每个工作面底板分为1-5个节段，节段最大长度14.26m，最小长度12m;半拱在拱脚先浇段绑扎钢筋同时同步安排6个班组绑扎六个工作面底板钢筋，待每个工作面1#节段钢筋绑扎完成后顺序绑扎后面节段钢筋，1#节段利用缆索吊机将底板侧面倒角钢模板吊装至相应位置，然后利用导链安装就位模板（此处底模板已经在拱肋吊装时附着就位），对称浇筑第一个工作面1#节段底板混凝土，依此类推浇筑完成第二、三工作面1#节段底板混凝土，完成全拱1#节段底板混凝土浇筑，按此施工工艺顺序完成工作面一至三底板剩余节段混凝土浇筑，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编号为一、二、三，对应每个工作面节段数量为：6、5、5，节段最大长度14.08m，最小长度6.01m;在全部底板钢筋绑扎完毕后6个班组绑扎六个工作面腹板钢筋，待每个工作面1#节段钢筋绑扎完成后顺序绑扎后面节段钢筋，1#节段外侧腹板模板利用缆索吊机将钢管与方木、竹胶板组合模板吊装至相应位置，然后利用导链安装就位模板，内模板采用木模，利用人工安装就位，加固模板对称浇筑第一个工作面1#节段腹板混凝土，依此类推浇筑完成第二、三工作面1#节段腹板混凝土，完成全拱1#节段腹板混凝土浇筑，按此施工工艺顺序完成工作面一至三腹板剩余节段混凝土浇筑，完成腹板混凝土施工。为保证拱圈混凝土施工纵逢的影响，底板及腹板的施工纵逢错开一定的距离，同时新旧混凝土接触应进行凿毛处理。

3.1.4 第四步：全拱顶板施工

同上全拱顶板半拱工作面编号为一、二、三，对应每个工作面节段数量为：6、6、5，节段最大长度12m，最小长度4.99m;在全部腹板钢筋绑扎完毕后6个班组搭设顶板内模钢管支架，待每个工作面1#节段内模支架搭设完成后安装顶板内模，内模安装完成后开始绑扎顶板钢筋，此段钢筋绑扎完成后按此工艺顺序完成后面节段钢筋绑扎，1#节段钢筋绑扎完成后安装顶板木模板，加固模板对称浇筑第一个工作面1#节段顶板混凝土，依此类推浇筑完成第二、三工作面1#节段顶板混凝土，完成全拱1#节段顶板混凝土浇筑，按此施工工艺顺序完成工作面一至三顶板剩余节段混凝土浇筑，完成顶板混凝土施工。为保证拱圈混凝土施工纵逢的影响，顶板及腹板的施工纵逢错开一定的距离，同时新旧混凝土接触应进行凿毛处理。

3.1.5 横撑施工

分叉段横撑混凝土滞后于拱圈混凝土浇筑。即拱圈底板浇筑完再浇筑对应段横撑混凝土，依此类推。其混凝土施工流程同分叉段拱圈混凝土施工流程，但沿横撑纵向是一次浇筑完成，不设多个工作面。

3.2 模板工程

3.2.1 底模支架布置

在拱座基础最后一次浇筑前安装拱脚现浇段混凝土现浇支架预埋件，在拱座浇筑完成后利用预埋件安装现浇支架。（图3）

底模支架系统立柱采用直径630mm，壁厚16mm，钢管加工而成，立柱与立柱之间采用[20a型钢进行连接。支架主纵梁采用3I40a，长20m，主纵梁与预埋件1采用销接，主纵梁通过垫座与立柱支撑连接。

此段底模由承重梁、分配梁、背肋、面板组成：承重梁采用3 I40a，间距1.2m，分配梁采用2[16a槽钢分配梁，间距为35cm，分配梁顶部铺设背肋;背肋15*方木，间距30cm，面板采用1.8cm竹胶板制作而成。

①拱圈分叉段空心段底模系统设计。

底模1：主拱圈拱底模板，采用I20木工字梁，间距25cm布置;面板采用厚18mm竹胶板;横向分配梁采用2[16制作而成，间距80cm，拉杆采用Φ25钢筋加工而成，拉筋横向间距140-180cm，两边拉杆采用U型焊接固定于主钢管上，其余中间三至四道拉杆采用固定于纵向2I36b型钢上，型钢下设横向2I28b分配梁，分配梁下用对包[20a槽钢做支撑柱，其焊接固定在横向主钢管上。

底模2：主拱圈拱底模顶板，采用10*10cm方木，为间距30cm布置;面板采用厚12mm竹胶板;方木背后背带采用双拼？准48mm钢管，间距60cm，拉杆采用Φ20钢筋加工而成。侧面倒角模板采用钢模板，模板面板采用5mm钢板，纵向分配梁采用[8间距30cm布置，竖向背带采用2[12a间距50cm。（图4）

②拱圈合并段空心段底模系统设计。

模板为全桥满铺。在底模与下弦钢管接触处现场增设混凝土垫块进行定位，定位完成后对U型螺栓和吊杆进行预紧;吊杆顶部锚固在纵向2I36b分配梁上，纵向分配梁支撑于横向2I28b分配梁上，横向分配梁通过型鋼立柱支撑于主钢管上;U型螺栓和吊杆采用Φ25钢筋加工而成;底板上下层模板之间采用拉杆进行连接，拉杆间距按照170-180cm一道进行布置。底模外侧行人通道宽度1.5m，采用钢板、角钢及花纹钢板焊接，与底模分配梁焊接牢固。底侧模顶部采用拉杆固定，底部采用齿板顶死，底侧模采用坐模形式固定在底模上。（图5）

底板模板由底分配梁、背肋、面板组成，底模宽度由现场根据实际情况进行确定。底分配梁采用2[16槽钢制成，间距80cm;背肋为I20木工字梁，间距25cm布置;面板采用厚18mm竹胶板。侧面倒角模板采用钢模板，模板面板采用5mm钢板，纵向分配梁采用[8间距30cm布置，竖向背带采用2[12a间距50cm。底模顶板模板由背肋、面板组成，模板宽度由现场根据实际情况进行确定，长度按照2.4m/块制作。顶分配梁采用10*10cm方木制成，间距30cm;方木上背带采用双拼？准48mm钢管，钢管背带间距为60cm，拉条采用Φ20钢筋加工，间距0.6m，面板采用厚12mm竹胶板。

3.2.2 侧模及顶模支架布置

3.2.2.1 侧模系统

侧模：主拱圈上、下游侧模。侧面上下倒角模板采用钢模板，模板面板采用5mm钢板，纵向分配梁采用[8间距30cm布置，竖向背带采用2[12a间距50cm，设置五层拉条，单块模板尺寸1.5*2.35m;中间部分侧模采用木模，竖肋采用10*10cm方木，间距25cm布置，面板采用厚12mm竹胶板;方木背后背带采用双？准48mm钢管，背带间距为50cm，侧模拉杆采用Φ20钢筋加工而成，拉杆横竖向间距50*50cm。（图6）

3.2.2.2 顶模系统

先浇段顶板模板，顶板顶部、底部内模板采用10*10cm方木，间距30cm布置;面板采用厚12mm竹胶板;方木背后背带采用两层双？准48mm钢管，钢管背带间距为60cm，其中内模板依托？准48mm钢管支架进行支撑，支架横杆步距1.2m，立杆纵横间距0.6m;模板拉杆采用Φ20钢筋加工而成，拉杆横纵向间距60*60cm;侧面倒角模板采用钢模板，模板面板采用5mm钢板，纵向分配梁采用[8间距30cm布置，竖向背带采用2[12a间距50cm，结构示意图如图7。

3.2.3 拱肋外包混凝土底模安装

高空安装底模不仅效率低下，而且安全风险极高，在综合考虑施工工期及施工安全后采用了在吊装节段时带上底模的方案。在底模板胎架（位于设计轴线上）上拼装底模，胎架设置纵梁便于底模横向槽钢分配梁安放，再按设计间距铺设方木，每根方木与槽钢分配梁之间采用铁丝绑扎紧固，在方木上方铺设1.8cm厚竹胶板，竹胶板与方木之间采用水泥钉钉紧;利用两台龙门及转向装置将劲性骨架节段吊装至预拼好模板位置将骨架安放在胎架周边四根立柱上，利用导链将底模提升至设计高度并用提前焊接与钢管上U型螺栓连接固定，钢管与底模板之间采用同标号砼垫块固定，对应底模板中间拉条一次安装附着;每节段底模板铺装两端头预留40cm空间保证接头部分主钢管焊接，分配梁2[16距离钢管端头40cm，方木与槽钢齐平，待节段焊接完成后铺设1m长方木、竹胶板，将模板缺口补上。分叉段底模板安装按照上述方法单侧安装，对于合并段底模板安装采用单侧安装，但横向槽钢分配梁悬臂超出桥梁中心线50cm，左右两侧劲性骨架槽钢同一位置交错布置，最后中间利用下弦顶纵梁挂设拉杆固定模板。

3.3 混凝土工程

重庆侧设置两台地泵、两套泵管，地泵分别安放在1#便道靠近拱脚基础左侧弯道处、1#拱脚左侧平台处，单个拱脚对应安装一套泵管，泵管安装在拱肋上弦主钢管人行走道支架上，弯道处地泵接出泵管沿着左侧拱上人行道布设，提供左侧外包混凝土浇筑通道，1#拱脚处地泵通过山体上人行通道、拱上通道布置于右侧拱顶，提供右侧外包混凝土浇筑通道，两台泵管出料口先接至工作面一第1节段处，接长至工作面二、三第1节段处泵管提前布置，预留与工作面一接口，保证及时转换浇筑砼。两台地泵对称布置，方便上、下游两边对称浇筑。

4 ?结论

①通过二级注浆孔的设计、高压泵车的选择、混凝土配合比的优化等措施保证了钢管拱肋内压混凝土的对称连续施工，同时保证了其密实度满足设计要求;

②劲性骨架吊装前将外面混凝土底模悬吊，保证了高空作业的平台设置，避免了模板的高空懸拼，保证了施工作业的安全及各工序的有序推进，优质高效的完成了外包混凝土的施工;

③外包混凝土施工时，通过高压泵车的选择、混凝土配合比的优化，保证了外包混凝土浇筑的连续性，提升了外观;

④施工时外侧全悬挂白色安全网，增加作业安全性，保证了施工安全可控;

⑤严格按照施工监控数据分析，控制混凝土的浇筑时间、浇筑速度，并及时分析浇筑后的成桥线性、应力与理论值得差别，做好下一阶段的施工，总结同类型桥梁施工的经验。

参考文献：

[1]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].人民交通出版社北京：1999，9.

[2]孔斌.探究钢管拱管压混凝土施工技术[J].河南水利与南水北调，2015（14）.

[3]张建慈.大跨度钢管拱混凝土顶升施工技术[J].筑路机械与施工机械化，2012（07）.

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