引水管橋大跨度箱型拱現澆關鍵要素及質量控制

張亞杰

（大唐新疆發電有限公司 新疆 烏魯木齊 830011）

1 工程概況

小關子水電站位于四川省寶興縣境內，該電站為引水式水電站，引水隧洞長7km，其洞型為直徑等于9.5m馬蹄洞型。由于地質、地形多種條件的限制，取水口布置在右岸，地下廠房布置在左岸，左右兩岸引水系統采用跨河管橋連接。管橋為現澆箱型拱橋，主拱圈凈跨124m，凈矢高為24.8m，矢跨比為1∶5，拱軸數為1.988，為等截面懸鏈無鉸拱現澆混凝土結構，其結構布置見圖1。

箱型拱橫向分為四室，底板厚30cm，寬10m，布置雙層鋼筋；內腹板厚30cm，邊腹板厚40cm；頂板厚30cm，寬10.2m，布置雙層鋼筋，箱型主拱圈高度2.5m。該現澆拱橋具有受荷載大、現澆跨度大、現澆質量控制難度大，支撐拱架的安全直接影響橋梁現澆質量和安全，因此對關鍵要素進行了控制，確保工程質量。

2 箱型拱現澆關鍵要素及質量控制

2.1 澆筑入倉手段控制

由于主拱混凝土為C40，高標號，粘性大，初凝快，入倉手段設計必須滿足多倉同時澆筑入倉能力。根據實際情況混凝土拌和系統布置在左岸，采用兩臺0.5m3強制拌和機，混凝土垂直入倉順橋面寬10m內布置兩臺單機起吊量為10t固定式纜機，澆筑時按規范布料，搭設受料斗溜筒入倉。開倉前監理組織各方檢查纜機工況和各倉位入倉手段，確保滿足設計和規范要求后開倉澆筑。

2.2 箱型拱澆筑方案及施工控制

拱橋現澆是控制的關鍵，其中大跨度支撐設計、安裝、澆筑中的變形控制是核心，關系到現澆拱橋的質量和安全，可采用以下一系列優化方案和控制措施，確保工程質量和安全。

2.2.1 分環澆筑設計

根據現澆拱整體性要求，采用分環澆筑，本工程箱型拱分三環澆筑，即第一環先澆拱底板，同時完成預制橫隔板吊裝就位工作；第二環澆筑腹板；第三環澆筑拱頂板。箱型拱施工完畢分層澆筑排架柱，然后澆筑柱帽、橫梁，吊裝橋面板，澆筑鋼管支撐鎮墩，完畢后安裝鋼管。

2.2.2 現澆控制措施

經多方案比較采用鋼拱架支撐，整體分環澆筑，因此拱架是控制的重點和難點，采用全過程、四位一體三級控制措施，對拱架設計驗算、加固、現場變形控制，以確保現澆質量和拱架安全。

2.2.2.1 鋼拱架簡介

管橋鋼拱架采用加強式64軍用鋼拱架，桁架高為2m，其跨徑為122m、152m，共計7榀，每榀間距1.5m，由33片基本三角桁架和2片端三角桁架組成。每個拱架兩拱角均支承在兩個沙筒上，拱架間設置橫聯及風構加強其整體性。

2.2.2.2 鋼拱架支撐設計控制

采用施工單位設計驗算，監理組織審核，業主咨詢專家組審定三級保證體系，以確保安全。

（1）拱架基本假定：①鋼拱架按二鉸拱考慮，全鉸結構。②第一環底板混凝土澆筑環全部由鋼拱架承受荷載，第二環混凝土澆筑把底板作為桿件，鉸接參與拱架共同受力。③拱上荷載有：支撐結構自重，主拱圈自重（分三環計算），施工人員及設備重量按2kg/m計算（一榀拱架計算）。

（2）計算情況：采用《平面桿系橋梁結構計算通用程序》進行，將鋼拱架分為71個節點，139根桿件進行計算。計算結構圖見圖2。

（3）加固及關鍵要素控制措施：為了加強鋼拱架承載力，避免變形而影響拱架安全，采取如下措施。①在鋼拱架節點11～13位置每榀每端壓載8T（加載形式見圖2），以抵消弦桿部分壓力。②在鋼拱架下弦桿4、8、12、16、20、24、28號桿件及拉桿3號桿件用16Mn槽鋼（160×7.5）進行加固。③用連接筋（φ22）鋼筋垂直底板連接，并與底板頂層鋼筋連接焊接加固好。完成上述工作采用施工、監理、業主專家組三級平行驗收，以確保拱架支撐安全。

2.2.2.3 鋼拱架安裝控制

由于拱圈跨徑較大，采用無支架雙基肋合龍的方法施工，程序如下：拱圈預拼→完成測量放線→沙筒安裝→拱架拼裝成單元，在此基礎上，采取2臺10t索吊吊運，并按先中間一榀后上下游的順序進行安裝，然后逐榀調至設計值，進行固定。

2.2.2.4 模板、鋼筋及預制橫隔板的安裝控制

在鋼拱架架設好后，在其上鋪設模板，按設計圖紙將主拱圈底板及腹板的鋼筋架設好，然后將預制好的橫隔板吊裝至設計點，并用φ22的鋪助斜筋將橫隔板固定在底板主筋上，以確保工程質量。

2.2.2.5 混凝土的澆筑控制

根據鋼拱架受力的特點，為了避免因拱架變形而產生裂縫和減少混凝土的收縮應力，采用分環和分段相結合的方法澆筑，以減輕拱架的負荷、簡化拱架的施工工藝，節約模板。

圖1 小關子水電站引水鋼管拱橋整體布置圖

圖2 管橋鋼拱架及壓重施工示意圖

圖3 管橋拱圈底板鋼筋混凝土澆筑程序及觀測示意圖

（1）分環控制：即共分三環澆筑。底板層55cm，腹板層140cm，頂板層55cm，每環分段對稱澆注。一環合龍待混凝土達到其設計強度的70%后澆筑第二環混凝土；第二環腹板混凝土澆筑完后，并達到設計強度的70%后，再澆筑澆筑第三環混凝土，此時鋼拱架所承擔的負荷減少到最低程度。

（2）分段控制：底板混凝土分8次16段連續澆筑，對稱布料，同步進行，其中6、7、8段先澆筑中間兩個室的底板混凝土，待合龍強度達到70%后再澆筑6、7、8段余下兩個室底板混凝土。澆筑拱圈混凝土時必須嚴格執行上述規定的程序，縱橫向必須對稱、同步、平行、交叉施工，即先中間后兩側。施工工藝具體情況見圖3。

（3）合龍控制：拱圈填充間隔合龍時，由兩拱角向拱頂對稱進行澆筑。楔口與拱段的結合面拱軸線相垂直，除拱角外其余楔口均為50cm。為了減少混凝土收縮應力，楔口混凝土必須在混凝土澆筑完畢強度達到70%以上后澆筑，并按照間歇澆筑混凝土的規定進行，嚴格按規范處理好使施工縫新老結合。同時，為了減少拱圈中溫度應力，選擇適當的封頂時間測量好溫度，本工程設計封拱控制溫度為15℃。

2.3 澆筑觀測控制

2.3.1 拱架、拱圈和拱軸線變形觀測

在拱圈和拱上結構施工過程中，采用經常對拱架和拱軸線進行觀測，以檢查拱架的穩定性和觀察拱軸線的變形，指導施工，位置設在拱頂三個點，兩個L/4處6個點，兩個L/8處6個點，兩個L/8處6個點兩個拱角處6個點見圖3。

方法有：用木樁標尺法和儀器觀測拱架、拱圈在豎向、水平向及橫向變形，并填寫觀測記錄表。變化超過設計值時，調整下料順序和調整加載荷載。

2.3.2 鋼拱架應變測量控制

采用電測原件-電阻應變片在桿件規定的位置通過電子儀器或直接由儀表讀出，以了解拱架應力變化是否在允許范圍。

2.4 充、放水加載實驗控制

由于該橋為水電站引水鋼管跨河橋，橋梁加載實驗通過對橋上鋼管充、放水來進行。按設計程序充水分三步進行：第一步充到鋼管直徑1/3高，第二步充到2/3高，第三步充滿，放水為其逆過程。充放水必須緩慢、均勻進行，為便于觀察橋梁加載過程中的變化情況并有利于主拱圈的應力及變形調整，2000年8月8日進行了充水實驗，進行應力及變形過程觀測，實測主拱圈最大變形值為1.3cm小于設計值5cm。

2.5 關鍵質量控制管理措施

（1）建立嚴密的多位一體質量控制體系。

為確保施工質量，建立由業主牽頭的協調領導小組。施工單位成立由經理、總工牽頭組成質量管理機構，并制定詳細的施工措施，把責任落實到每個班每道工序每個人。監理部門由總監牽頭成立了質量管理機構，抽調有豐富經驗的監理工程師組成現場監理小組，在澆筑過程中，上述三個機構，全天候現場指導和進行質量控制，同時充分發揮專家現場咨詢指導作用。

（2）開倉前的工序驗收采用全過程雙把關。

施工單位制定詳細的施工措施和質量控制措施由監理組織討論審批。施工單位在施工中對每道工序嚴格按三檢制度把關；監理工程師在施工中嚴格全過程控制，對每道工序、每個部位、每根鋼筋甚至每根接頭都要嚴格把關和終檢。

（3）開倉驗收的控制。

開倉驗收前成立聯合驗收小組最后把關，該小組由業主、監理、設計和施工四家單位組成，對準備工作進行全面驗收，四方技術負責人簽字后方可開倉澆筑。

（4）澆筑過程質量控制。

在澆筑過程中，采用施工單位質量領導小組全過程控制、總監帶班負責制和監理工程師全過程值班控制，業主、設計派專人在駐地晝夜值班，同時與咨詢專家保持高度聯絡，嚴格按照制定的施工程序控制。

3 體會與結語

（1）多位一體質量控制體系是工程質量控制重要保證。業主、監理、設計和施工對施工質量高度重視，并形成了“四位一體”的統一體對施工全方位、全過程進行控制，把責任落實到每個環節每個人頭上，從而確保了施工質量。

（2）充分發揮了咨詢專家的作用。由于該拱橋為124.0m大跨的現澆結構，其支承鋼拱架的安全是關鍵，關系到整個橋梁的施工成敗，因此施工單位和監理都憑請了咨詢專家對施工進行指導，對結構進行校核，從而確保了支撐結構的安全。

（3）變形觀測的重要控制作用。在澆筑前、澆筑中對拱架變形進行觀測以指導澆筑施工，對鋼拱架的安全極為重要。在澆筑中采用經常性的觀測（半小時一次），指導下料程序對拱架穩定起到決定性的作用，確保了現澆拱橋的質量。陜西水利