观音岩引水工程大跨径拱桥主拱圈施工技术

刘 波

(广东水电二局股份有限公司，广州，511340)

在国内，20世纪70年代上承式钢筋混凝土箱形拱桥开始发展，主要分布在云贵川三省地区，主要是山区、深谷等地形特点所决定的。目前，我国大部分跨径在120m以内的上承式钢筋混凝土箱形拱桥采用主拱圈现浇施工，本项目主跨径达到了145m，水利工程中像这种横跨大江大河的大跨径拱桥采用钢拱架现浇主拱圈并不多，因此，大跨径拱桥主拱圈混凝土浇筑施工技术要点的研究很有必要。

1 工程概况

观音岩引水工程陶家渡管桥主拱设计为单跨等截面悬链线整体现浇箱型拱，拱桥设计全长276m，跨越沿江快速路和金沙江，主拱矢高29m，跨径145m，矢跨比1/5，拱轴系数m=1.347，主拱圈厚2.8m，横断面单箱双室断面，拱轴线为悬链线线型，拱上建筑为梁式结构。桥面板设计跨径分别为14m、16m、20m、30m，跨径为14m和20m的桥面采用预应力空心梁结构；跨径为16m和30m的桥面采用预应力T梁结构。桥梁设计全宽6.4m，桥梁坡度设计为双向纵坡，坡度0.3%。

主拱圈为钢筋混凝土等截面箱型拱，拱轴线为悬链线线型，主拱结构主拱圈高度280cm，单箱双室断面，主拱圈断面宽600cm，中、边部位腹板厚度为50cm，跨中段主拱圈顶、底板厚度25cm，两端拱脚部位采用钢筋混凝土的实心结构，主拱圈内部设置8片30cm厚的垂直横隔板(如图1所示)，横隔板设置在拱上立柱对应位置[1]。根据设计要求，本工程采用钢拱架模板现浇主跨145m的钢筋混凝土主拱圈。

图1 主拱圈横断面

2 主拱圈模板安装

钢拱架拼装完成后，需要对钢拱架进行预压处理，预压处理的目的是检查钢拱架的承载能力、稳定性及消除钢拱架的非弹性变形，并根据预压后的钢拱架实测变形值，确定预拱度，以便于确定主拱圈底模的标高。

钢拱架安装调试完成后，制作安装木拱盔，在钢拱架上弦上采用12号镀锌铁丝固定纵向木墩(长40cm，宽8cm，高5cm～23.5cm)，按钢拱架实际高度与拱架预压预拱度的主拱圈线型差值设置。在木墩上横桥向铺设长800cm、宽8cm、高12cm的木方，木方可用铁丝或八字抓钉固定，间距按60cm布置；在木方上纵桥向铺高8cm、宽4cm的木楞，长度可根据弓弧线形现场确定；现场可边铺木条边用3寸钉子固定拱盔底15mm竹胶板的模板，以形成底模。

侧模采用15mm厚竹胶板，模具外侧采用方木加固，并根据主拱圈内横向钢筋的位置安设圆钢拉杆。内侧模板支撑系统主要在主拱圈拱箱内设置竖向钢管，分别利用托撑顶在底板和顶板上，并用以支撑顶板模板，上下布置2条横向钢管，用可调托撑顶在内侧模板上，并采用型钢和大直径钢筋加斜撑保证拱箱的稳定，型钢或钢管间连接固定。底板混凝土浇筑完工并达到一定强度后，用可调托撑和钢管拼成支撑架支撑内部空间模板，拼接而成的支撑架要尽量少占拱箱内部空间，以便于方便施工和模板拆除。因木拱盔曲线造成的模板缝隙，用加工后的木条填塞，再用胶带贴缝，以防混凝土浇筑过程漏浆。

主拱圈钢筋混凝土现浇的两侧端模采用15mm厚竹胶板，在纵向钢筋处的模板上预留孔洞，并与侧模紧密连接，防止漏浆。分段浇筑过程中浇筑相邻段混凝土时，采用拉杆内拉，外侧采用钢管支撑加固，以避免模板的移位和变形。

顶模在浇筑混凝土时同步安装，先在主钢筋上点焊上钢筋头来控制顶模的安装高程，浇筑混凝土时，直接把模板铺上，进行加固处理。

3 主拱圈钢筋施工

主拱圈底模按照预压预拱度调整完成后形成木拱盔，在木拱盔上放线定位，标注好底模标高，将各间隔槽及分段的位置标识出来，以便于主拱圈后续钢筋绑扎施工和模板安装施工。

在钢筋场地内将主拱圈钢筋制作成半成品，采用缆索吊装系统运至钢拱架上进行绑扎施工。按设计图纸进行钢筋绑扎施工，间隔槽处钢筋断开，在混凝土浇筑前绑扎好间隔槽钢筋，在间隔槽位置断开钢筋的搭接率符合规范标准。主拱圈钢筋连接采用单面焊接，焊接长度满足规范要求；钢筋在绑扎过程中和成型后均要采用支撑固定，保护层采用混凝土垫块，以80cm×80cm间距梅花形布置混凝土垫块，内侧与主筋绑扎牢固，以避免钢筋在混凝土浇筑过程中的形变过大。

混凝土浇筑前要检查确保钢筋无锈蚀，确保钢筋搭接率及搭接长度，在间隔槽处的钢筋断开，接头暂不进行焊接，焊接前确保该部位钢筋内应力完全释放，待主拱圈各个分段混凝土浇筑完毕且混凝土达到一定强度后，再对该部位钢筋进行焊接；顶板钢筋在绑扎时，主拱圈拱箱顶预留直径1.2m×0.8m的矩形人孔，入口不得留在同一截面，拱箱中模板拆除后，用悬吊支模法进行矩形人孔混凝土浇筑施工。

4 主拱圈混凝土浇筑施工

拱桥主拱圈现浇按纵向分段、竖向分层的施工程序进行施工，浇筑过程遵循横向、纵向对称、浇筑荷载均衡的施工顺序。主拱圈混凝土施工竖向分为三层：第1层为现浇底板和下马蹄；第2层为现浇腹板和横隔板；第3层为现浇顶板和上马蹄[2]。

为了使钢拱架能够充分全面地受力，主拱圈纵向分为合理长度的九大段进行混凝土浇筑，在混凝土浇筑过程进行现场监测，结合监测数据，最终确定主拱圈混凝土浇筑顺序为拱脚段、拱顶段、L/4段、L/8段、3L/8段，各段间隔槽均宽1m。主拱圈拱顶段混凝土浇筑方向为从两岸往拱顶方向同时对称浇筑；拱脚段混凝土浇筑方向为从底处往高处两侧同时对称浇筑；L/4段、L/8段、3L/8段混凝土浇筑方向从拱脚往拱顶方向两岸同时对称浇筑。

4.1 现浇底板和下马蹄

主拱圈底板和下马蹄混凝土从拱桥最低处两侧对称开始同时浇筑，结合监测数据，最终确定主拱圈底板和下马蹄混凝土浇筑顺序为拱顶段、L/4段、L/8段、3L/8段，混凝土浇筑完工后且混凝土强度达到85%设计强度，将间隔槽的混凝土接合面凿毛、清除浮浆、清洗干净后，钢筋按照规范要求焊接完成，由拱脚向拱顶同时对称浇筑间隔槽，最后封拱时的拱顶两侧间隔槽混凝土选择气温较低时段施工。

4.2 现浇腹板和横隔板

主拱圈混凝土采用竖向分层浇筑，主拱圈底板和下马蹄混凝土浇筑时由钢拱架单独承受上部施工荷载，当主拱圈底板合龙且有一定强度后，主拱圈底板与钢拱架开始联合受力，钢拱架不再单独承受上部腹板和横隔板混凝土浇筑施工时的全部施工重量，而是由主拱圈底板和钢拱架共同承担上部腹板和横隔板的施工荷载，采用有限元分析表明主拱圈腹板浇筑底板承受了50%以上的重量，也就是说主拱圈的后续混凝土浇筑施工过程钢拱架更加地稳定和安全可靠[3]。

主拱圈底板混凝土强度达到95%设计强度后，才能进行第二层腹板和横隔板的混凝土浇筑。首先现浇中腹板；然后对称浇筑两侧的边腹板和部分横隔板；最后现浇其他的所有横隔板。主拱圈腹板浇筑顺序与底板浇筑顺序基本一致。

4.3 现浇顶板和上马蹄

主拱圈现浇腹板和横隔板后，形成“山”形开口箱，浇筑顶板和上马蹄过程中开口箱主拱圈与钢拱架共同受力，其中开口箱主拱圈承担了大部分上部混凝土重量，钢拱架承受荷载较小，浇筑过程钢拱架结构更加稳定可靠。

主拱圈腹板混凝土强度达到85%设计强度以上后，才能进行主拱圈顶部的顶板和上马蹄混凝土浇筑，主拱圈顶板浇筑顺序与底板浇筑顺序基本一致。

5 主拱圈施工注意事项

5.1 主拱圈施工监测

钢拱架结构在主拱圈施工过程的稳定关系到主拱圈现浇施工的安全，与桥梁线性有着同等重要的意义，因此，施工过程监测是很有必要的。通过对桥梁的变形监测，准确掌握在主拱圈施工过程中钢拱架的变形量，以便于及时调整分段浇筑顺序及施工荷载分布，确保主拱圈施工的安全和桥梁线形。主拱圈施工必须进行混凝土浇筑过程监测与控制，第三方监测单位对主拱圈各阶段混凝土浇筑前后进行监测，并出具了管桥施工阶段性报告，第三方监测数据汇总如表1。

表1 主拱圈各阶段混凝土浇筑前后监测数据

依据表1第三方监测数据及报告结论，陶家渡管桥各阶段混凝土浇筑过程中，钢拱架变形与计算基本吻合，符合设计和规范要求。

5.2 混凝土浇筑控制要点

主拱圈每段混凝土浇筑必须遵循横向、纵向对称、浇筑荷载均衡的原则，主拱圈混凝土浇筑必须两岸同步进行，上下游对称浇筑，确保钢拱架受力均衡对称。

主拱圈浇筑过程不得中断，因故中断最长间歇时间不得超过规范要求的时间，具体按照现场测定的初凝时间确定。拱脚处斜率较大部位混凝土浇筑施工中，设顶模板防护，固定在主筋上，并控制好混凝土的坍落度等各项性能指标，控制好混凝土浇筑速度，避免混凝土向外滑落。

6 实施效果

钢拱架拆除完成，且桥梁上部结构施工完成后，第三方监测单位对桥梁线性进行实测，实测数据及线性图如表2和图2所示。

表2 完工后实测桥梁线性数据

图2 完工后实测桥梁线形

主拱圈施工过程中，未出现吊装系统、钢拱架等支撑结构失稳和过度变形的现象，桥梁线形与设计线形吻合，达到了预期的混凝土浇筑效果。第三方检测单位对桥梁实体进行了检测，混凝土外观光滑、桥梁线形、强度等级等各项指标均满足设计及规范要求，且已正常运行两年，桥梁无摇晃、无位移、无裂缝，陶家渡管桥施工质量满足设计和使用的要求。

7 结论

钢筋混凝土现浇拱桥具有跨越能力大、应力分布均匀、整体稳定性较好、施工条件要求低等优点，在我国西南山区具有明显的优势，得到了广泛应用。本文主要介绍了陶家渡管桥主拱圈混凝土浇筑的主要施工技术及一些控制要点，可为其他类似水利工程的大跨径拱桥主拱圈现浇施工提供一些参考。