圓拱型涵洞結構施工技術

中鐵建工集團有限公司

摘要：本文闡述工業與民用建筑施工中不常見的圓拱型涵洞結構施工工藝，選用常規的鋼管、扣件、模板、木方等周轉材料，通過簡單的加工制作和現場拼裝，實現模板的支撐體系，并滿足受力驗算，該施工技術經濟適用、操作簡便、結構實體效果美觀優質，可作為推廣類似結構施工的一門技術。

關鍵詞：涵洞；圓拱；圓弧鋼管；模板

一、工程概況

1、設計概況

擬建暗渠為連接上游水渠和下游主河道之間的過渡段，暗埋于公建廣場回填土下。總長度112米，圓拱中心半徑3250mm，板厚250mm。基礎類型為筏板基礎，基礎底部持力層為黃褐色碎石層+級配碎石換填。結構類型為鋼筋混凝土圓拱框架結構。每25米設置沉降縫一道，混凝土強度等級C30。

2、現場作業條件

涵洞位于原河道的中心位置，河道寬度達到30-40米，淤泥量比較大，因此放坡開挖至持力層及碎石換填完成地基處理后，作業面離河岸距離較遠，汽車吊等配合結構施工的機械無法靠近，結構施工所用材料基本靠人力倒運。

基礎換填完成及墊層澆筑

二、結構施工需解決的問題及對策

1、拱形結構的支撐體系：圓拱型結構如果采用定型鋼模板及定型鋼支撐，支撐體系勢必過重需采用汽車吊配合吊裝，但本工程由于現場作業條件限制，只能由人力完成。因此，采用常規的鋼管支撐體系+木方+木模板，以直鋼管作為立桿、大橫桿及剪刀撐等。考慮到支撐體系內外側鋼管背楞達到圓弧的要求，按照計算長度加工一批圓弧鋼管作為內外側鋼管背楞，以支撐上部木方及模板和，模板加工體系設計及圓弧鋼管加工如圖：

加工完成的圓弧鋼管

2、模板選用及加固措施

內外側模板為圓弧模板，常規的九夾板韌性滿足不了彎折要求，本工程采用2440*1220*12mm的竹膠板，強度及韌性完全滿足施工要求，且模數完全滿足本涵洞設計尺寸，即內模為5張長向設置，外模為4張長向設置。

內外側模板加固措施采用平行于涵洞方向的木方做背楞，在內外側圓弧鋼管外側加雙鋼管做抱箍，對拉螺桿拉結，圓弧結構內部采用鋼筋支撐，內頂外拉，解決模板加固問題。加固措施見如下示意圖。

3、混凝土澆筑

為使圓弧混凝土澆筑密實，保證混凝土振搗棒能下放至圓弧側壁根部，在頂部留置3300mm寬不設置外側模板，通過現場檢驗能實現混凝土振搗棒插入根部的要求。

三、施工工藝流程

1、材料準備

在電腦上確定每根立桿、橫桿、圓弧桿的尺寸和數量后，進行加工制作，其中圓弧桿來源工廠化模具加工，要求弧度誤差精確至3mm之內。

2、施工流程：

底板混凝土施工→垂直段側墻混凝土施工→垂直段側墻模板拆除→底板上測量放線確定立桿位置→搭設立桿→搭設水平桿→設置內圓弧桿→鋪設（綁扎）木方→鋪設底模→鋼筋綁扎及隱蔽驗收→鋪設外模→外模訂木方→設置外圓弧桿→穿墻螺桿設置→設置雙股鋼管抱箍→螺桿加固→支撐加固體系檢查驗收

四、結構施工質量控制要點

1、鋼管制作

立桿、大橫桿、圓弧桿等重要桿件采用國標鋼管制作，根據在電腦上模擬的長度和數量進行切割加工，誤差控制在正負20mm以內。圓弧桿的弧度要求非常高，統一委托鋼結構加工廠家制作，在加工車床上放出模型，機械一次加工試驗后，弧度偏差比較大，主要原因為鋼管的彈性反彈，對加工的桿件再次加工后，偏差可控制在允許誤差內。所有圓弧鋼管均經過二次加工，且在搬運過程中輕拿輕放，防止變形。

2、滿堂架搭設

搭設參數：立桿、大橫桿等根據剖面圖具體位置搭設，立桿排距1000mm，內外圓弧桿水平向間距500mm。

搭設前，根據計算機模擬位置在板面上準確放線，根據立桿的間距進行排線，確定每根立桿的準確位置。立桿排布好以后，在立桿上根據標高確定每根橫桿的位置，兩頭拉線，保證縱橫向大橫桿的水平。圓弧桿的設置位置非常關鍵，在每根立桿上標注好圓弧桿件位置，每一段涵洞滿堂架兩個端頭的圓弧桿先扣接固定，拉好水平線，再搭設中部圓弧桿。滿堂架沿涵洞中心線方向設置剪刀撐，間距3000mm。

圓弧鋼管采用旋轉扣件與立桿或大橫桿連接，扣件的抗滑力是整個模板體系受力的關鍵保證，因此，搭設完成后，仔細檢查每個扣件是否擰緊，檢查完畢后再進入下一道工序。

立桿、大橫桿搭設

圓弧鋼管與立桿扣接（間距1000）

圓弧鋼管與大橫桿連接加密至間距500

滿堂架搭設完成

3、外腳手架搭設

為給涵洞結構施工提供操作面，保證施工安全，在滿堂架搭設時搭設外腳手架。立桿間距1500mm，排距800mm，大橫桿步距1800mm，內排立桿離墻距離300mm，搭設至第三步大橫桿時，為保證工人綁扎鋼筋、模板加固及混凝土澆筑的防護需要，小橫桿向內伸進1200mm，大橫桿相連，并采用斜向支撐加固。外架搭設見示意圖。

4、模板安裝及加固

模板體系：內模采用鋼管支撐體系+定型圓弧鋼管支架+木方+竹膠板，外模采用2440*1220*12竹膠板，內外模板采用Ф12對拉高強螺桿連接。

墻模板安裝流程：底板上放線→鋼管支撐搭設→安裝圓弧支架→鋼管支架形成體系→安放木方→安裝竹膠板→墻板鋼筋安裝→焊接模板鋼筋支撐→安裝外側木模板→螺桿拉結固定→拼縫檢查補漏

安裝模板前必須做好抄平放線工作，下部已澆筑墻根處貼上雙面膠，防止漏漿。

木方間距150mm，與圓弧鋼管采用16#鐵絲綁扎牢固。模板安裝時因為本身需要彎曲存在內應力，較平板模板安裝需要更多的釘子固定，防止翹起反彈。模板拼縫用膠帶密封，防止混凝土漏漿。

校正合格后，在模板頂部要放固定位置的卡具，緊固穿墻螺栓時，要松緊適度，過松影響墻體厚度，過緊會將模板頂成凹坑。

模板安裝完畢后，并檢查扣件、螺栓是否緊固，拼縫是否嚴密，墻厚是否合適，與外墻板拉結是否緊固，經檢查合格后，方可澆筑砼。

木方安裝

底模板安裝完成

外模板安裝

外模板加固完成

模板拆除：結構為拱形，當砼達到設計強度的50%時，可以拆除模板，若進入冬期施工，則應視冬季施工方法和強度增長情況決定拆模時間。

拆模順序：拆除內外側對拉螺桿→拆除涵洞外側模板→拆除旋轉扣件及圓弧鋼管→拆除木方→拆除模板→拆除鋼管支架。

模板及其配套模板拆除后，及時將板面的水泥漿清理干凈，刷好脫模劑，以備下次應用。

5、圓弧鋼筋制作安裝

墻插筋的留置要求：本工程墻板豎向筋為Ф22，插筋高出底板面1000mm，錯開長度滿足規范要求，較長的鋼筋在模板安裝完成后用自制鋼筋扳手完成圓弧狀，以便于圓弧鋼筋搭接。

圓弧鋼筋的制作：在鋼筋彎曲機平臺右側加設同等高度的定型制作平臺，在鋼板平臺上按1/4圓弧焊接角鋼，形成鋼筋彎曲槽，槽寬35mm。鋼筋勻速通過彎曲機及彎曲槽后，即可加工出圓弧狀鋼筋。

鋼筋安裝時，墻豎向筋與水平筋交點應逐點綁扎，箍筋上安裝塑料墊塊以保證主筋的保護層厚度。

主筋連接：圓弧鋼筋為Ф22，連接方式均采用綁扎搭接，按50%接頭率搭接，接頭長度及位置等參照11G101-1鋼筋圖集。水平向鋼筋Ф14，接頭百分率按25%設置。

馬凳設置：底板鋼筋馬凳采用Ф14鋼筋彎成，綁扎于下層上鐵和上層下鐵之間，縱橫向間距按1米設置。大樣圖如右：

底層鋼筋及墊塊

面層鋼筋綁扎完成

6、混凝土澆筑

澆筑方式采用汽車泵送混凝土。

冬期施工，為保證混凝土質量和早期強度，盡早達到拆模條件，混凝土C30加抗凍劑和早強劑。

澆筑前，先將模板內側用清水全部濕潤；開始澆筑時，先澆筑20cm高與混凝土同強度等級的砂漿。

澆筑時分層振搗，使用插入式振搗棒，每層厚度不大于500mm，并邊投料邊振搗。在澆筑柱混凝土的全過程中應保護鋼筋的位置，要隨時檢查模板是否變形、位移以及漏漿等現象，并有專人進行管理。

混凝土振搗時采用φ50振搗棒，振搗過程中將振搗棒上下略有抽動，以使上下振搗均勻，振搗棒移動間距為400mm左右，每點振搗時間20～30S為宜，以混凝土表面不再顯著下沉，不再出現氣泡，表面泛出灰漿為準，振搗棒宜插入下層混凝土50～100mm，振搗時振搗棒應避免碰撞鋼筋、模板等。

五、與其他施工工藝的綜合比較

對于施工圓拱型結構，本施工工藝比較于定型鋼支架及鋼模板，有如下優勢：

1、操作簡便，不需使用機械吊裝：所有材料及構件重量小，可由人力直接搬運，避免使用機械吊裝，克服了特殊條件下機械無法布置的難題。

2、模板支架整體穩定性好：采用鋼支架和鋼模板增加了支架本身自重，且為單跨單塊拼接成體系，整體性稍弱，需要增加加固補強措施。而本工藝采用鋼管扣件形成整體，受力驗算時承載力及穩定性安全系數高。

3、便于拆除，安全系數高：如果為鋼模板及鋼支架，可能需要機械配合，拆除難度及安全隱患較大。本工藝模板體系拆除方式與樓層梁板模板拆除類似，且構件輕，拆除方便，材料倒運方便，安全系數高。

4、成本低，且鋼管可調直循環使用：鋼支架及鋼模板材料費、加工費、安裝費高，而本工藝較常規結構只增加圓弧鋼管加工費，費用低，且圓弧鋼管在施工完成后可調直作為非重要受力構件（如防護欄桿）使用，不造成浪費，成本低。