中承式鋼結構拱橋空間拱座施工技術研究

張兵兵 郭文君

（中交路橋華北工程有限公司，北京 101100）

濟寧環湖大道項目泗河大橋地處濟寧市任城區京杭大運河古河道，設計空間結構拱座為空間梯形，廠內模板加工難度大、費用高，需要結合受力情況得到經濟合理的模板受力結構體系。拱座內部設計無支撐結構，拱座預埋板的精確定位措施和受力支撐結構是拱座施工的難點，需要在施工前進行重點研究。文章圍繞拱座的模板體系和精確定位措施兩個方面進行重點研究分析。

1 工程概況

新建泗河大橋主橋采用30+95+130+95+30=380 m中承式系桿拱橋，橋梁總寬34.5 m。在主拱及次拱支撐點處設置8個支撐拱座，分別為P9、P10、P11、P12。

拱座設計位置關系如圖1所示。

圖1 拱座設計位置關系

主拱座為梯形臺，有4個，每個墩位處橫橋向對應拱腳位置布置，高6.97 m，順橋向寬9.0 m，橫橋向寬6.769 m。采用鋼筋混凝土結構。兩側拱座間設置系梁，系梁采用預應力結構，截面尺寸為頂寬2.0 m，底寬3.0 m，總長19.57 m（橫橋向），高2.0 m。次拱座為梯形臺，設計4個。每個墩位處橫橋向對應拱腳位置布置，高6.52 m，順橋向寬8.8 m，橫橋向寬6.52 m。采用鋼筋混凝土結構。兩側拱座間設置系梁，系梁采用預應力結構，截面尺寸為頂寬2.0 m，底寬3.0 m，總長19.808 m（橫橋向），高2.0 m。

2 施工特點、難點

施工工期非常緊張，異性模板定制的循環利用費用較高，且需要一定的周期，不滿足現場施工要求。設計圖紙只給提供成型后的預埋板位置，將近10 t的預埋板定位是施工中的一大難題。拱座施工屬于大體積施工，保證混凝土澆筑密實且防止水化熱開裂是拱座施工的難點。

3 模板關鍵技術探究

3.1 方案比選

模板技術方案對比如表1所示。

表1 模板技術方案對比

結合施工造價與施工工期，拱座大面利用原大體積混凝土承臺模板，小面采用木模進行組合設計，進行系統的受力分析，保證拱座施工的順利進行。

3.2 模板系統受力分析

（1）模板構造。

本拱座模板N1、N2面為δ=6 mm的鋼面板，豎肋由[10槽鋼組成，間距300 mm，橫肋采用2[16雙槽鋼構成，間距0.6 m，材質均為Q235B級鋼材。對拉拉桿采用φ18 mm圓鋼，雙螺帽擰緊。連接于龍骨，間距600 mm。

N3、N5面為δ=15 mm竹膠板，豎肋由100 mm×100 mm方木組成，凈間距200 mm，橫肋采用2[20雙槽鋼構成，間距0.6 m，材質為Q235B級鋼材。對拉拉桿采用φ18 mm圓鋼，雙螺帽擰緊，連接于龍骨，間距600 mm。

模板平面展開圖如圖2所示。

圖2 模板平面展開圖

（2）模板受力分析及載荷計算。

①模板自重按實際結構自重計算，程序自動計入。

②測定混凝土作用于模板的側壓力，隨混凝土的澆筑高度增加，澆筑高度達到某一臨界時，側壓力不再增加，此時的側壓力即為新澆筑混凝土的最大側壓力。側壓力達到最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓頭，采用內部振搗時，新澆注的混凝土作業于模板的最大側壓力標準值可按照下列兩式計算，并取兩式中的較小值。

式中：F——新澆筑混凝土對模板最大側壓力的標準值（kN/m2）；γc——混凝土重力密度，普通混凝土取25 kN/m3；t0——新澆混凝土的初凝時間（h），按實測確定，缺乏試驗資料時，采用t0=200/(T+15)計算，砼入模時的溫度取20 ℃（T為混凝土的溫度），初凝時間為5.7 h；v——混凝土的澆注速度（m/h）；H——混凝土側壓力計算位置處于新澆筑混凝土頂面的總高度（m）；h——有效壓力高度（m）；β1——外加劑影響修正系數，不摻外加劑時取1.0，摻緩凝外加劑時取1.2；β2——混凝土坍落度影響修正系數（砼落度小于30 mm時，取0.85；50～90 mm時，取1.0；110～150 mm時，取1.15）。

混凝土澆筑速度取0.5 m/h 時，F=0.22γct0β1β2v1/2=25.5 kN/m2；F=γcH=168 kN/m2。取小值，混凝土對模板側壓力設計值（分項系數為1.2）F=1.2F=1.2×25.5=30.6 kN/m2。

③傾倒混凝土產生的載荷取該項載荷的標準值為4 kN/m2。

④風載荷計算。

式中：W——風荷載強度（Pa）；W0——基本風壓值（Pa），W0=，8級風風速v=17.2～20.7 m/s；K1——風載體形系數，取0.8；K2——風壓高度變化系數，取1；K3——地形、地理條件系數，取1。

⑤墩柱模板計算時，根據《建筑施工模板安全技術規范》JGJ162——2008規定，載荷組合為：F=30.6++4+0.214=34.8 kN/m2，取35 kN/m2，混凝土有效高頭h=35/25=1.4 m。

（3）復核成果匯總。

最不利工況作用下拱座模板復核計算結果如表2所示。

表2 最不利工況作用下拱座模板復核計算結果

經復核驗算，拱座模板在給定的荷載條件下安全可靠，各項受力指標均滿足相關規范要求。拱座施工過程中嚴格控制混凝土澆筑速度，最快澆筑速度不超過0.5 m/h，隨著高度的增加，注意控制澆筑速度。背肋、橫楞受力最大應力點均出現在端部，位于側面相交連接處，即側楞部位，施工時需重點加強，避免此部位出現薄弱環節。盡量避免相鄰側面橫楞水平相交于一點，避免在側楞上引起應力集中。拱座模板拼裝過程中模板間連接螺栓必須上齊、上滿、上緊。

4 混凝土澆筑

4.1 混凝土澆筑結構設計

拱座上平面為斜面，為了保證混凝土澆筑過程中的密實性，在布料孔上設置與布料孔等徑的鋼套筒，鋼套筒中混凝土上浮證明該處混凝土已經澆筑密實，否則應繼續在該處澆筑或進行振搗。

4.2 混凝土澆筑事項

拱座混凝土采用分層連續澆筑工藝，速度為0.5 m/h。

（1）為了保證混凝土在空間拱座中的流動性，采用小粒徑微膨脹混凝土。

（2）將泵車導管從鋼模板人孔進入，在導管處接長，利用樁基灌注壓力密實原理，澆筑過程中保證處料口埋入混凝土面2 m以上。

（3）混凝土前期通過人孔將混凝土料灌注，最后1 m合模并封閉人孔，混凝土通過頂部連接板布料孔進行澆筑，通過布料孔周圍的振搗孔進行振搗密實。

4.3 混凝土防開裂措施

（1）按照“內降外保”原則，內部冷卻管通循環水，承臺四周覆蓋兩層土工布，承臺頂面采取蓄水保溫。在養護過程中，內部最大溫度不大于70 ℃，內表溫差不大于25 ℃，要求養護時間不宜少于14 d。

（2）在拱座各表面設置防裂鋼筋網片，減少拱座混凝土的干縮和溫縮開裂。

5 結語

經過前期的技術準備和施工過程中的觀測控制，泗河大橋8個拱座于2020年10月10日順利澆筑完成，為鋼結構拱橋的順利施工打下堅實基礎。隨著我國鋼結構拱橋技術不斷發展，對拱橋的造型和美觀要求程度越來越高，空間異性結構拱座設計越來越多，應在完成拱座施工的同時，創新拱座模板形式、預埋板精確定位方法和保證混凝土密實和防止裂縫的方法，為類似工程施工提供參考。