混凝土拱箱長線法立式預制施工技術研究

王承亮 牙韓勝

作者簡介：王承亮 （1982—），高級工程師，主要從事橋梁工程、結構工程等方面研究工作。

文章結合防城港市國門大道某大橋擴建工程施工的實踐，研究混凝土拱箱長線法立式預制施工技術，從混凝土拱箱預制的地胎設置優化、泡沫內膜使用及澆筑工藝優化等方面進行突破，解決了混凝土拱箱預制工期長、成本高的難點，以期為同類工程提供參考借鑒。

混凝土拱箱；立式長線法；泡沫內模；整體吊裝；兩次澆筑；案例分析

U448.22+3A491734

0?引言

在國家“一帶一路”和西部陸海新通道的政策引領下，我國的交通路網得到快速完善，橋梁建設技術也得到快速提升，在橋梁建設中，我們更應該從技術創新、成本控制等方面尋找突破，以推動我國橋梁事業進一步高質量發展。

鋼筋混凝土箱形拱橋具有造價低、剛度好、抗震性能好、經久耐用、外形美觀、易維護等優點，因此在城市公路及高速公路等地方得到廣泛應用［1］。鋼筋混凝土箱形拱橋拱圈的施工方法有現澆法和預制吊裝法兩種，現澆法受地形、水流、跨度等條件限制較多，一般只適合現場施工場地平緩、水流較小等施工環境較好的小跨徑拱橋的施工，對于中大跨徑鋼筋混凝土拱橋施工多為拱箱分段預制后采用無支架纜索吊裝施工拱圈成拱法或搭設支架吊裝拱圈成拱的施工方法，拱箱節段預制可以提升工程的施工質量，能發揮更好的經濟效益［2］。鋼筋混凝土拱箱一般由底板、橫隔板、腹板、組裝接頭和頂板組成，一般包括分部預制、組裝、現澆成節段等施工工藝，施工步驟較為繁瑣，工期較長。

本次研究結合防城港市國門大道某大橋擴建工程施工的實踐，研究混凝土拱箱長線法立式預制施工技術，并結合必要的檢測手段，盡可能研究出一套經濟成本低、施工快捷、質量可控的鋼筋混凝土拱箱預制施工技術，以期對同類工程提供參考借鑒。

1?工程概況

本文以防城港國門大道某擴建橋梁為實例展開分析，該橋為現狀舊橋加寬，為了美觀及通航要求，新建橋采用與舊橋一致的橋梁結構和跨度形式，如圖1所示，全橋橋長141.04 m，主跨為一孔凈跨80 m鋼筋混凝土箱肋式無鉸拱，凈高為10 m，凈矢跨比為1/8，其拱上建筑為14×5.9 m鋼筋混凝土簡支實心板。左右幅各加寬14 m，每幅8條拱箱，每條拱箱由9個節段組成，全橋共144節拱箱，最大節段混凝土量為8.58 m3，最大重量約為29.9 t，拱箱斷面外尺寸為1.5 m×1.5 m，內腔空間尺寸約為1.2 m×1.1 m，隔板人行洞尺寸約為0.8 m×0.7 m。

根據項目施工組織計劃，該橋全橋施工工期10個月，拱箱預制工期4個月，施工工期較短，現場拱箱預制的場地為約70 m×50 m的棄土場整平利用，經研究，該橋拱箱各節段在預制場進行預制后采用平板車運輸至橋位吊裝拼接成拱（表1）。

2?預制方案比選

根據施工經驗，拱箱節段預制主要的方法有：臥式短線法、臥式長線法、立式短線法及立式長線法4種，如表2所示。

臥式短線法預制順序靈活，施工周期短，場地利用率高，但接頭不易擬合，拱肋轉移需要翻身。臥式長線法全拱預制合龍精度高，地胎高度低，但占地面積大、拱肋成品轉移需要翻身。立式短線法預制順序靈活，施工進度快，無須翻身，但接頭連接質量不好控制，安裝精度差。立式長線法擬合精度較高，施工便利，無須翻身，但占地面積大。

由表2各方案對比分析，在施工安全和質量前提下，應選擇立式長線法進行施工，但應從經濟性及施工進度方面對該方法進行優化。

3?設計優化

傳統的混凝土拱箱采用分部預制、組裝、現澆成節段等施工工藝，施工步驟較為繁瑣，工期較長。為了提高拱箱預制速度及施工便捷性，對拱箱斷面進行優化，拱箱截面采用類似小箱梁形式，拱箱節段預制由原先的預制組裝變成一次或兩次澆筑成型，大大縮短了拱箱預制時間。如圖2、圖3所示。

4?施工方案及優化

為了保證拱箱長線法立式預制的施工滿足質量、工期及經濟要求，結合現場施工條件，對施工工藝進行優化：（1）優化預制地胎布置；（2）優化內模，采用泡沫內模代替木模；（3）優化鋼筋綁扎安裝，加快鋼筋安裝速度及精度；（4）優化混凝土澆筑順序，在保證泡沫內模安裝固定及施工縫質量的前提下采用兩次澆筑工藝。

4.1?工藝流程（圖4）

4.2?預制地胎的施工

該橋跨度達80 m，凈矢高達10 m，采用全拱立式地胎的高度很高，地胎基礎施工壓實難度大；地胎需要修筑高擋墻以保證地胎的穩定，施工成本高，場地長度需＞80 m，現場場地無法滿足施工條件。因此將全拱立式地胎優化成兩個半拱立式地胎。具體方法是將地胎由原先的一個1#～9#節全拱立式地胎變成兩個半拱地胎，即一個地胎包含1#～5#節段，另一個地胎包含5#～9#節段，多出的一個5#節段地胎可以將已預制的5#節段進行調頭后作為6#節段的端頭模，保證了拱箱各節段預制時提前進行預拼，達到了全拱立式預制的相同效果。

此外，將地胎改成半拱立式地胎后，地胎長度變成40 m，高度變成3.7 m，地胎高度仍然較高，填土方量大，填土壓實所需的壓路機對擋墻沖擊較大，需增大擋墻厚度及深度，施工成本仍然較高。此外，目前龍門吊的高度一般為11 m，電機吊鉤到地面的距離一般只有8.5 m，如地胎過高，地胎上方垂直空間變小，會侵占龍門吊垂直方向的工作空間，對模板吊裝及預制節段的成品移運造成影響，導致龍門吊無法正常使用。如圖5所示。

在拱箱預制模板、節段成品移運吊裝等多方面的影響下，地胎高度需進一步降低，因此將立式半拱地胎改成半埋式立式半拱地胎，地胎相對地面高度降低一半，同時地胎施工時可將挖出的土填筑高出地面部分的地胎（圖6），無須進行土方外運，地胎基礎擋墻厚度和高度均得到減少，大大降低了地胎施工成本，此外，在地胎兩端設置集水井，可為拱箱養護用水循環利用，如圖7所示。

4.3?內模的施工

為了滿足受力要求，根據設計，拱箱每節段每3～4 m設一個加強隔板，隔板設有尺寸約為0.8 m×0.7 m的人行洞，傳統施工工藝內模采用小塊竹膠板和方木組拼而成，拱箱節段混凝土全部澆筑完成后需要工人通過人行洞進到內腔拆除內模，因內腔空間有限，拆除非常不方便，拆除時間長，因此經過計算及試驗，采用永久高密度泡沫內模代替木內模，泡沫內模留在拱箱內，無須拆除，施工工藝簡潔，可進行流水作業，施工效率高［3］。同時為了方便泡沫內模安裝，避免泡沫內模與腹板鋼筋彎鉤碰撞破壞，泡沫內模采用分塊安裝方式，將每個腔室的泡沫內模沿橫向分成3塊，先安裝兩側兩塊泡沫內模，再安裝中間泡沫內膜。因為泡沫內模密度較輕，一般≤20 kg/m3，泡沫內模增加的自重相對于拱箱混凝土自重增加≤1%，拱箱自重增加不會影響其受力要求。泡沫內模的選擇要根據腹板及頂板澆筑時新澆筑混凝土對高密度泡沫內模的壓力大小確定，一般選擇泡沫內模的抗壓強度大于混凝土最大側壓力的1.2倍即可。因拱箱腹板厚度較小，澆筑混凝土時坍落度一般取180～200 mm，新澆筑混凝土側壓力按式（1）計算：

混凝土重力密度取γC=24 kN/m3，新澆筑拱箱混凝土對泡沫內模最大壓力為腹板最底部倒角處，即H=1.3 m。由此可得F=24×1.3=31.2（kN/m2），因此只要選用的泡沫內模抗壓力＜1.2×31.2=37.4（kN/m2）=37.4 kPa，泡沫內模就不會被壓壞。目前市場的高密度泡沫內模抗壓強度一般＞100 kPa，因此具體選擇多大密度的泡沫內模需進一步做試驗檢測其變形量是否滿足腹板尺寸偏差（圖8）。

為了檢測不同泡沫內模的變形量，安裝拱箱結構尺寸做2 m長的試驗段，并采用不同密度的泡沫內模分別進行多次試驗。試驗結果如圖9所示。

經試驗，高密度泡沫內模變形量和表面平整度合格率更高，應選擇高密度泡沫作為預制拱箱的永久性內模。

4.4?鋼筋加工安裝施工

為了拱箱鋼筋加工及安裝同步進行，拱箱加工及綁扎在胎架上提前加工綁扎，拱箱節段鋼筋分兩部分進行綁扎吊裝，底部及腹板鋼筋在胎架上綁扎成整體后采用吊裝桁架整體吊裝至地胎，頂板鋼筋也在鋼筋胎架上提前綁扎成整體后采用吊裝桁架吊裝至拱箱節段進行安裝，這樣可以大大縮短鋼筋安裝時間，提高拱箱預制速度。因鋼筋整體吊裝最大重量約為1.5 t，吊裝桁架主梁可采用14#工字鋼，橫梁采用10#工字鋼加工而成，工字鋼橫梁間采用12 mm鋼絲繩或5#槽鋼加固，吊架使用的材料規格要根據最大吊重進行受力驗算滿足要求后使用。同時為了防止拱箱鋼筋變形，保證拱箱保持綁扎時的弧度線形，通過調節吊架下方垂直起吊鋼絲長度達到，且垂直吊繩吊點宜兩排，保證吊點對稱，吊點縱向間距應≤50 cm。

頂板鋼筋整體吊裝在泡沫內模安裝完成后進行，為了避免頂板鋼筋與腹板鋼筋彎鉤的碰撞，頂板鋼筋和腹板主筋彎鉤接觸部分主筋先采用扎絲和臨近主筋臨時固定，待頂部鋼筋整體落位后再將頂板主筋移到設計位置固定，如圖10所示。

4.5?混凝土澆筑施工

混凝土澆筑施工可采用一次澆筑和兩次澆筑施工工藝（圖11）。拱箱節段采用一次澆筑混凝土工藝，拱箱無施工縫，拱箱混凝土外觀美觀，施工周期短，但容易造成泡沫內膜偏位，拱箱腹板厚度無法保證，影響拱箱受力。拱箱節段采用兩次澆筑混凝土工藝，即第一次澆筑拱箱底板及腹板底部倒角往上10 cm部分，待混凝土強度達到2.5 MPa后拆除腹板底部模板，并對施工縫進行鑿毛處理，用水清洗鑿毛面后安裝泡沫內膜，泡沫內膜可以利用腹板底部混凝土進行定位，不會發生偏位，保證了腹板厚度滿足設計要求。

5?施工成效

該橋全橋拱箱節段共144節，原先計劃工期達6個月，在進行地胎優化、泡沫內模使用及澆筑順序優化后，拱箱預制可以高效地進行流水施工，保證了2 d 3節甚至1 d 2節的拱箱預制速度，拱箱預制工期縮短至3個月，大幅度地提高了施工效率，施工成本也得到大幅度降低。該拱箱預制施工巧妙地利用了長線法的優點，確保了合攏的精度，同時在大量試驗及檢測基礎上，大膽嘗試泡沫內模和兩次澆筑等工藝，保證了拱箱預制的質量。該橋按照建設單位的工期提前順利完成，也證明了該施工方法是可行的，該施工技術取得良好的成效。

6?結語

本文通過對實際案例的分析，介紹了混凝土拱箱長線法立式預制的施工工藝。該施工工藝能在保證拱箱預制質量的前提下，簡化了施工步驟，降低了施工成本，提高了施工速度，解決了混凝土箱型拱橋在預制環節的難點。該施工工藝的關鍵首先是要優化地胎結構，保證其在有限場地及龍門吊有限垂直空間下的使用；其次是要解決泡沫內模的安裝加固困難的問題，采用分塊安裝方式可以有效提高安裝速度及避免泡沫內模破壞；再次是要優化鋼筋綁扎及吊裝方法，采用整體吊裝工藝可以保證鋼筋綁扎安裝同步流水作業，提高施工速度；最后是一次整體澆筑容易使輕質泡沫內模發生偏位和上浮，澆筑下料困難，振搗無法保證，通過兩次澆筑工藝及施工縫處理的方式可以得到很好解決。該施工技術經過實踐取得了良好的效果，可為同類工程施工提供很好的參考借鑒。

參考文獻

［1］謝云億.上承式鋼筋混凝土箱型拱橋上部結構施工關鍵技術［J］.西部交通科技，2018（9）：144-146，165.

［2］徐?領，徐焱明.節段預制拼裝施工工藝及要點［J］.交通世界，2019（29）：116-117.

［3］喬文庭，張經統，劉?磊，等. EPS內模裝配式PC小箱梁施工技術研究［J］.施工技術，2021，50（4）：6-8.