沙特裝配式拱橋拱圈預制拼裝工藝及綜合成本分析

穆文飛

（中鐵十八局集團天津國際分公司，天津300222）

為了通行和既有管道需要，高速公路沿線會設置一定的橋梁、涵洞。目前高速公路建設中，拱橋結構形式常規做法是采用現澆施工，但現澆施工的工序比較復雜，施工速度慢，模板制作安裝及人工費成本高，這些都不利于安全質量管控，也容易制約工期[1]。

為秉承高速公路建設標準化要求，一些高速公路項目提出標準化設計、裝配式預制、裝配式安裝新理念，將全線拱橋進行高標準集約化管理，對拱橋拱圈等構件集中預制，然后依據工程實際，將裝配式拱橋拱圈運輸至項目現場后安裝成型。裝配式拱橋拱圈能有效解決現澆拱橋存在的通病[2]。

在沙特朱拜爾TS-8高速公路拱橋拱圈施工中，通過裝配式拱橋拱圈施工，取得了提高涵洞工程質量、縮短拱橋施工工期、降低工程投入等成效，對于高速公路施工標準化起到了很好的示范作用。

1 工程概況

沙特朱拜爾TS-8 高速公路項目地處沙特東部城市朱拜爾范圍內，是沿著朱拜爾工業區東西方向施工的一條城市主干線。該高速公路項目起始里程位于K10+000，終點里程位于K26+800。項目共有8 座預制拱橋，跨鐵路線3 座、跨既有公路1座、跨既有管道4 座,總長587.25 m。預制拱橋最大跨徑達25 m，最大徑高10 m；最小跨徑為10 m，最小徑高3 m。預制拱橋實景見圖1。

圖1 預制拱橋實景

2 拱橋預制場建設方案

2.1 場地規劃

預制場呈長方形布置，依次為鋼筋加工區、拱圈預制區、拱圈存放區。鋼筋加工和存放區面積為120 m2，拱圈預制區和養護區面積為4 215 m2，拱圈存放區面積為2 688 m2,存放區可根據實際需求進行增加。

2.2 場地布置

鋼筋加工區一個，長15 m，寬8 m。靠圍網一側設置拱圈預制區、養護區和鋼筋存儲區，預制區、養護區長分別為154 m 和166 m，寬均為 13.8 m。中部設有養護水罐、集水罐及沉淀池。同時預制S4、S5、S6、S14、S7、S15 拱圈和涵洞的側墻、蓋板。存放區靠梁預制區一側布置，長為336 m，寬均為8 m，能存放83 片拱圈和所有的涵洞。預制區和存放區之間設有6 m 寬道路,庫房一側設有20 m寬入口。

2.3 預制場養護和排水系統

預制場中部設置2 個20 m3的養護水罐，養護管沿圍網布置，在預制區和養護區設置4 個管道接口，給水主管采用1 寸PVC 管，支管采用1/2寸PVC 管。預制場邊緣、不同結構預制區及養護區設置寬約5 cm 的排水溝，用于收集養護時剩余的水，排水溝縱坡為0.2%，靠近預制區中部設置有沉淀池和20 m3集水罐。

2.4 場地建設

預制場地基礎均采用C20 商品混凝土澆筑，澆筑時四周放置方木，澆筑厚度最小10 cm，要求場地水平高差±3 mm。鋼筋加工棚的立柱和橫梁用槽鋼搭建，棚頂橫向支撐采用鋼管，間距1.5 m左右,屋頂坡度為2%。養護水罐平臺用3 m 的腳手架搭建，長9.9 m，寬4.4 m，腳手架間距60 cm，平臺四周采用鋼管進行防護。底部基礎在原地面上澆筑10 cm 厚混凝土。

3 拱圈節段標準化預制施工

通過拱圈節段進行標準化施工，以設計圖紙為準。單個預制構件吊裝重量小于34 t，外形尺寸滿足公路運輸條件。

3.1 預制拱圈工程量

預制拱圈共有1.5 m 和2 m 兩種寬度。單片混凝土方量最小約為6.3 m3，最大約為13.5 m3。單片總量最小約為16 t，最大約為34 t。拱圈總預制數量為622 片，混凝土總方量預計6005 m3，鋼筋總重量預計824 t。

3.2 預制計劃

拱橋S2 和S5 計劃各采用2 套鋼模預制，每周計劃各完成3 片，其余拱橋用1 套鋼模預制，其中S7 和S15 共用1 套模板。每周計劃各完成3 片。

根據拱圈和模板數量以及拱圈預制場地大小，計劃每周預制S4 拱圈3 片，S5 拱圈6 片，S6 拱圈3 片，S7 或S15 拱圈3 片，S14 拱圈3 片，共計18 片/每周。S17A 和S17B 最后生產，預計最短生產時間為七個半月。

3.3 拱圈移動設備

因單片拱圈最大重量34 t，為滿足規范要求和現場吊裝需要，擬采用120 t 吊車和平板車進行移動拱圈。預制拱圈數量和重量統計見表1。

表1 預制拱圈數量和重量統計

3.4 拱圈預制

（1）模板安裝:首先在澆筑區域的混凝土基礎上進行全尺寸標記，然后進行底板安裝。在提前繪制的輪廓內將底板模塊組裝到位。當每個底板模塊均處于正確位置時，將其固定在混凝土底板上，并使其水平。以上均沒有問題，可對底板下方的空隙進行灌漿。

（2）內模板安裝：將最靠近拱冠部分內模面模塊抬起，如有必要，進行調整，驗證模具模塊表面的垂直性，并將其與止動端（頂）連接，依次放置下一個模塊。當所有模塊都正確安裝在底部放線上時，在垂直位置和連接中間，沿頂部從一端（支腿）向另一端（冠）拉一根繩子。根據圖紙，沿管柱標記點，并驗證所有相應的長度（與混凝土底板頂部下方繪制的長度相同），必要時進行調整。如無異常，將內表面模塊錨入混凝土底板[3]。

（3）端模安裝:繼續將支腿平止端固定在內模面上，確保其垂直性，之后將端模連接在內模板上。

（4）外模板安裝：將最靠近拱冠部分外模面模塊抬起，如有必要，進行調整，驗證模具模塊表面的垂直性，并將其與制動端（頂）連接，依次放置下一個模塊。把止動端（支腿）和最后一個模塊有效連接。檢查內外模面頂部是否處于同一水平線。模板類型見圖2。

圖2 模板類型

3.5 鋼筋綁扎

根據批復的圖紙進行鋼筋綁扎，鋼筋的搭接長度和間距應滿足規范要求，鋼筋表面防銹漆無損壞，如有損壞需噴漆修復。綁扎完后的鋼筋通過報檢后，用吊車調入模板內，調整鋼筋位置，保證所有面保護層厚度與圖紙相符，最后合上模板準備混凝土澆筑[4]。

3.6 混凝土澆筑

按照如下方式振搗：當混凝土澆筑時，需要立即進行振搗；振動棒進行垂直角度插入和撤出，切不可在混凝土中來回移動；在5 秒內插入和撤回振動棒；根據振動棒的規格，振搗距離應隔1.5 R（見圖3），同時確保振搗影響整個區域。分層澆筑時，要求振動器的頭部穿過下一層（見圖4）。振搗時振搗棒盡量避免接觸鋼筋和模板[5]。

圖3 振搗距離示意

圖4 振搗深度示意

3.7 拱圈養護和存放

拱圈澆筑完成后，當混凝土強度達到16 MPa時，移動拱圈到養護區，同時進行下一片拱圈鋼筋安裝。在拱圈頂部放置滴管，用土工布及塑料薄膜進行細致而密實的包裹，并用細繩扎緊。養護7 天或者強度滿足4/5，再移動到儲存區域[6]。

養護后的拱圈移至存放區時在底部墊上10 cm的方木或槽鋼，槽鋼頂部鋪上廢棄的竹膠板，拱圈按縱向間距1 m，橫向間距0.5 m 存放。

4 拱圈安裝計劃

根據現場實際情況，結構安裝順序為：S4 →S14 →S5 →S7 →S6 →S17A →S17B →S15。安裝計劃見表2。

表2 拱圈安裝計劃

4.1 拱圈運輸

用吊裝工具固定在拱圈上，同時在拖車上放置2 m 間距的方木或者用間距1 m、厚至少15 mm的橡膠墊板代替，再用龍門吊將拱圈吊至拖車上。拱圈運送示意見圖5。

圖5 拱圈運送示意

4.2 標記

確認兩側基礎標高差小于5 mm 后，在基礎槽內畫出中心線（見圖6），同樣預制拱圈的底部也做好中心線標記（見圖7）。

圖6 基礎槽中心線示意

圖7 預制拱圈底部中心線試

4.3 墊板安裝

在拱圈基礎槽內放置厚30 mm、長0.4 m 的墊板，板的位置位于相鄰拱圈中間。

4.4 拱圈吊裝

拱圈放置地上后，安裝好吊裝工具，將拱圈慢慢翻轉。把吊裝錨板錨固在預制拱圈預留孔上，兩根鋼絲繩連接在吊裝錨板上，用吊車把半拱圈吊裝到基礎凹槽水平板上，拱圈底部中心線與基礎槽中心線基本對齊。依據同樣方式，通過另一臺吊車將半拱圈小心吊裝至基礎槽內，同樣對好中心線（見圖8）。拱圈對齊調整時吊車保持吊著50%的拱圈自重，在拱圈兩側打入木楔對拱圈進行調整，直到拱圈基礎的中心線與基礎槽的中心線對齊（見圖9）。對齊中心線后用16 mm 拉桿穿過拱圈上預留孔進行錨固（僅S4 和S6），按照同樣方法進行剩余拱圈吊裝。完成吊裝和檢查后在木楔兩邊插入泡沫塑料，灌入強度不少于40 MPa非收縮砂漿，直到砂漿達到強度后移除木楔，再用同樣的砂漿填充[7]。

圖8 拱圈吊裝

圖9 中心線對齊示意

4.5 拱圈防水安裝

相鄰拱圈的縫隙用直徑25 mm 的泡沫圓棒填充，再貼上寬25 cm 的防水材料。拱圈冠梁澆筑完成后也用直徑25 mm 的泡沫圓棒填充，冠梁之間用20 mm 厚可壓縮填充板填充。拱圈與土接觸面先涂上底漆，再貼上1.5 mm 厚防水膜，防水膜搭接長度不小于7.5 cm，保證與拱圈表面緊貼，最后在防水膜外部貼上保護板。需要安裝MSE 墻的拱圈待其安裝完成后再做防水[8]。

4.6 冠梁澆筑

待兩側回填與拱頂相平時開始冠梁鋼筋綁扎，用300 mm 高的鋼模進行混凝土澆筑。混凝土養護完成后進行冠梁的防水（參考拱圈細部圖）。

4.7 拱圈區域回填

拱圈回填區域劃分見圖10，第一個區域距離拱圈1 m，第二區域是離拱腳1-2 m、離拱頂1 m的垂直區域，其余為第三區域。

圖10 拱圈回填區域劃分示意

第一區域回填材料要求: 容重，18 kN/m3≤G ≤20 kN/m3 ；內摩擦角，ψ ≥ 36°；NP非塑性材料，通過篩75 mm 處的=100%，通過0.075 mm 篩的≤5% ；均勻系數，Cu=D60/D10 ≥4；壓實設備重量不超1.5 t，回填厚度按規范要求，壓實度要求達到95%。第二區域回填材料要求:容重，18 kN/m3 ≤ G ≤20 kN/m3 ；內摩擦角，ψ ≥ 36°；塑性指數≤ 6% ；通過篩75 mm 處的材料=100%，通過0.075 mm 篩的≤15%，均勻系數，Cu=D60/D10 ≥4，靜態滾筒輥進行壓實。第三區域回填材料要求:容重，18 kN/m3≤G ≤20 kN/m3 ；內摩擦角，ψ ≥32°，振動滾筒式壓路機壓實[9]。

5 現澆工藝與裝配式綜合對比

5.1 成本對比

相同工況下，對相同跨度、相同長度的拱橋（涵長25 m）現澆工藝和裝配式建筑安裝直接費用進行統計（見表3）。其中材料費和人工費明顯降低，盡管機械費有所提高，但總費用節省757636.39-676207.84=81428.55 元（按照2018 年材料和人工單價編制，匯率1.75，1 里亞爾≈1.75 元），工程投資可節約10.75%左右。

表3 S17A 拱橋拱圈現澆工藝與預制裝配式涵洞費用對比

5.2 質量對比

常規拱橋施工技術涉及區域較廣，為提高施工效率，通常把不同施工區的拱橋交給不同施工組進行同時施工。各個施工組的經驗和水平存在差異，而且線路點多分散，管理難度大，模板、腳手架、施工人員均由各組解決，如果模板質量良莠不齊，就會影響工程整體質量[10]。

沙特朱拜爾TS-8 高速公路拱橋是集約化施工，預制拱圈的模板、鋼筋和混凝土均通過標準化、工廠化、流程化統一集中加工預制，構造物保護層、混凝土澆筑養生都通過標準化施工管理，確保了工程的抗拉強度、抗壓強度等符合要求。此外，拱橋預制拱圈通過集中施工，確保了內外質量和線型，特別是外觀質量色澤統一，沒有蜂窩麻面和變形鼓包等質量通病，保證拱橋內實外美，有效規避了現澆拱橋施工面廣分散等問題。

5.3 進度對比

拱橋拱圈的傳統施工方法是將拱圈分成若干段依次進行施工，需要搭設腳手架、拱圈模板施工、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等，周期一般在1 個月以上。

而拱橋拱圈裝配式施工是將拱圈在加工預制區集中預制，施工只做拱橋基礎。拱橋基礎施工完成后，裝配式構件運到現場，最快3 日可完成一座拱橋的拼裝施工，大大提高了施工效率。

通過綜合對比分析，拱橋拱圈施工工效明顯提升，極大節約施工工期，在特殊地形氣候施工條件下具有較強優勢，具備全天候預制施工能力，且快速施工可減少對路基施工的干擾。

6 結語

沙特朱拜爾TS-8 高速公路拱橋工廠化、 集成化、規模化的裝配式施工，在特定加工預制區通過標準的施工流程集中統一預制成品后，再運送到施工一線進行組合拼裝，形成流水化、標準化、機械化施工模式，具有質量穩定有保障、節約施工周期、工藝先進等優點，提高了施工效率和工程質量，體現了集約化優越性。