引水管桥大跨度箱型拱现浇关键要素及质量控制

2014-07-25张亚杰

陕西水利 2014年5期

张亚杰

（大唐新疆发电有限公司新疆乌鲁木齐 830011）

1 工程概况

小关子水电站位于四川省宝兴县境内，该电站为引水式水电站，引水隧洞长7km，其洞型为直径等于9.5m马蹄洞型。由于地质、地形多种条件的限制，取水口布置在右岸，地下厂房布置在左岸，左右两岸引水系统采用跨河管桥连接。管桥为现浇箱型拱桥，主拱圈净跨124m，净矢高为24.8m，矢跨比为1∶5，拱轴数为1.988，为等截面悬链无铰拱现浇混凝土结构，其结构布置见图1。

箱型拱横向分为四室，底板厚30cm，宽10m，布置双层钢筋；内腹板厚30cm，边腹板厚40cm；顶板厚30cm，宽10.2m，布置双层钢筋，箱型主拱圈高度2.5m。该现浇拱桥具有受荷载大、现浇跨度大、现浇质量控制难度大，支撑拱架的安全直接影响桥梁现浇质量和安全，因此对关键要素进行了控制，确保工程质量。

2 箱型拱现浇关键要素及质量控制

2.1 浇筑入仓手段控制

由于主拱混凝土为C40，高标号，粘性大，初凝快，入仓手段设计必须满足多仓同时浇筑入仓能力。根据实际情况混凝土拌和系统布置在左岸，采用两台0.5m3强制拌和机，混凝土垂直入仓顺桥面宽10m内布置两台单机起吊量为10t固定式缆机，浇筑时按规范布料，搭设受料斗溜筒入仓。开仓前监理组织各方检查缆机工况和各仓位入仓手段，确保满足设计和规范要求后开仓浇筑。

2.2 箱型拱浇筑方案及施工控制

拱桥现浇是控制的关键，其中大跨度支撑设计、安装、浇筑中的变形控制是核心，关系到现浇拱桥的质量和安全，可采用以下一系列优化方案和控制措施，确保工程质量和安全。

2.2.1 分环浇筑设计

根据现浇拱整体性要求，采用分环浇筑，本工程箱型拱分三环浇筑，即第一环先浇拱底板，同时完成预制横隔板吊装就位工作；第二环浇筑腹板；第三环浇筑拱顶板。箱型拱施工完毕分层浇筑排架柱，然后浇筑柱帽、横梁，吊装桥面板，浇筑钢管支撑镇墩，完毕后安装钢管。

2.2.2 现浇控制措施

经多方案比较采用钢拱架支撑，整体分环浇筑，因此拱架是控制的重点和难点，采用全过程、四位一体三级控制措施，对拱架设计验算、加固、现场变形控制，以确保现浇质量和拱架安全。

2.2.2.1 钢拱架简介

管桥钢拱架采用加强式64军用钢拱架，桁架高为2m，其跨径为122m、152m，共计7榀，每榀间距1.5m，由33片基本三角桁架和2片端三角桁架组成。每个拱架两拱角均支承在两个沙筒上，拱架间设置横联及风构加强其整体性。

2.2.2.2 钢拱架支撑设计控制

采用施工单位设计验算，监理组织审核，业主咨询专家组审定三级保证体系，以确保安全。

（1）拱架基本假定：①钢拱架按二铰拱考虑，全铰结构。②第一环底板混凝土浇筑环全部由钢拱架承受荷载，第二环混凝土浇筑把底板作为杆件，铰接参与拱架共同受力。③拱上荷载有：支撑结构自重，主拱圈自重（分三环计算），施工人员及设备重量按2kg/m计算（一榀拱架计算）。

（2）计算情况：采用《平面杆系桥梁结构计算通用程序》进行，将钢拱架分为71个节点，139根杆件进行计算。计算结构图见图2。

（3）加固及关键要素控制措施：为了加强钢拱架承载力，避免变形而影响拱架安全，采取如下措施。①在钢拱架节点11～13位置每榀每端压载8T（加载形式见图2），以抵消弦杆部分压力。②在钢拱架下弦杆4、8、12、16、20、24、28号杆件及拉杆3号杆件用16Mn槽钢（160×7.5）进行加固。③用连接筋（φ22）钢筋垂直底板连接，并与底板顶层钢筋连接焊接加固好。完成上述工作采用施工、监理、业主专家组三级平行验收，以确保拱架支撑安全。

2.2.2.3 钢拱架安装控制

由于拱圈跨径较大，采用无支架双基肋合龙的方法施工，程序如下：拱圈预拼→完成测量放线→沙筒安装→拱架拼装成单元，在此基础上，采取2台10t索吊吊运，并按先中间一榀后上下游的顺序进行安装，然后逐榀调至设计值，进行固定。

2.2.2.4 模板、钢筋及预制横隔板的安装控制

在钢拱架架设好后，在其上铺设模板，按设计图纸将主拱圈底板及腹板的钢筋架设好，然后将预制好的横隔板吊装至设计点，并用φ22的铺助斜筋将横隔板固定在底板主筋上，以确保工程质量。

2.2.2.5 混凝土的浇筑控制

根据钢拱架受力的特点，为了避免因拱架变形而产生裂缝和减少混凝土的收缩应力，采用分环和分段相结合的方法浇筑，以减轻拱架的负荷、简化拱架的施工工艺，节约模板。

图1 小关子水电站引水钢管拱桥整体布置图

图2 管桥钢拱架及压重施工示意图

图3 管桥拱圈底板钢筋混凝土浇筑程序及观测示意图

（1）分环控制：即共分三环浇筑。底板层55cm，腹板层140cm，顶板层55cm，每环分段对称浇注。一环合龙待混凝土达到其设计强度的70%后浇筑第二环混凝土；第二环腹板混凝土浇筑完后，并达到设计强度的70%后，再浇筑浇筑第三环混凝土，此时钢拱架所承担的负荷减少到最低程度。

（2）分段控制：底板混凝土分8次16段连续浇筑，对称布料，同步进行，其中6、7、8段先浇筑中间两个室的底板混凝土，待合龙强度达到70%后再浇筑6、7、8段余下两个室底板混凝土。浇筑拱圈混凝土时必须严格执行上述规定的程序，纵横向必须对称、同步、平行、交叉施工，即先中间后两侧。施工工艺具体情况见图3。

（3）合龙控制：拱圈填充间隔合龙时，由两拱角向拱顶对称进行浇筑。楔口与拱段的结合面拱轴线相垂直，除拱角外其余楔口均为50cm。为了减少混凝土收缩应力，楔口混凝土必须在混凝土浇筑完毕强度达到70%以上后浇筑，并按照间歇浇筑混凝土的规定进行，严格按规范处理好使施工缝新老结合。同时，为了减少拱圈中温度应力，选择适当的封顶时间测量好温度，本工程设计封拱控制温度为15℃。

2.3 浇筑观测控制

2.3.1 拱架、拱圈和拱轴线变形观测

在拱圈和拱上结构施工过程中，采用经常对拱架和拱轴线进行观测，以检查拱架的稳定性和观察拱轴线的变形，指导施工，位置设在拱顶三个点，两个L/4处6个点，两个L/8处6个点，两个L/8处6个点两个拱角处6个点见图3。

方法有：用木桩标尺法和仪器观测拱架、拱圈在竖向、水平向及横向变形，并填写观测记录表。变化超过设计值时，调整下料顺序和调整加载荷载。

2.3.2 钢拱架应变测量控制

采用电测原件-电阻应变片在杆件规定的位置通过电子仪器或直接由仪表读出，以了解拱架应力变化是否在允许范围。

2.4 充、放水加载实验控制

由于该桥为水电站引水钢管跨河桥，桥梁加载实验通过对桥上钢管充、放水来进行。按设计程序充水分三步进行：第一步充到钢管直径1/3高，第二步充到2/3高，第三步充满，放水为其逆过程。充放水必须缓慢、均匀进行，为便于观察桥梁加载过程中的变化情况并有利于主拱圈的应力及变形调整，2000年8月8日进行了充水实验，进行应力及变形过程观测，实测主拱圈最大变形值为1.3cm小于设计值5cm。

2.5 关键质量控制管理措施

（1）建立严密的多位一体质量控制体系。

为确保施工质量，建立由业主牵头的协调领导小组。施工单位成立由经理、总工牵头组成质量管理机构，并制定详细的施工措施，把责任落实到每个班每道工序每个人。监理部门由总监牵头成立了质量管理机构，抽调有丰富经验的监理工程师组成现场监理小组，在浇筑过程中，上述三个机构，全天候现场指导和进行质量控制，同时充分发挥专家现场咨询指导作用。

（2）开仓前的工序验收采用全过程双把关。

施工单位制定详细的施工措施和质量控制措施由监理组织讨论审批。施工单位在施工中对每道工序严格按三检制度把关；监理工程师在施工中严格全过程控制，对每道工序、每个部位、每根钢筋甚至每根接头都要严格把关和终检。

（3）开仓验收的控制。

开仓验收前成立联合验收小组最后把关，该小组由业主、监理、设计和施工四家单位组成，对准备工作进行全面验收，四方技术负责人签字后方可开仓浇筑。

（4）浇筑过程质量控制。

在浇筑过程中，采用施工单位质量领导小组全过程控制、总监带班负责制和监理工程师全过程值班控制，业主、设计派专人在驻地昼夜值班，同时与咨询专家保持高度联络，严格按照制定的施工程序控制。