千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》是廣西壯族自治區公路橋樑工程總公司完成的建築類施工工法；作者分別是馮智、韓玉、陳光輝、李玉彬、秦大燕；適用範圍是大跨度SRC拱橋拱肋混凝土及大跨徑鋼管混凝土拱橋管內混凝土澆築。

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》主要的工法特點是斜拉扣掛連續澆築調載方法是“減載；受力明確，計算簡單，操作容易；施工快速；混凝土施工縫少，且澆築過程中拱肋各斷面標高始終都是下降、反覆變化小；投入小，節能環保。

2008年1月31日，《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法
• 工法編號： YJGF249-2006
• 完成單位：廣西壯族自治區公路橋樑工程總公司
• 主要完成人：馮智、韓玉、陳光輝、李玉彬、秦大燕
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）

形成原因

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》的形成原因是：

SRC（勁性鋼骨架鋼筋混凝土）拱橋採用先架設勁性鋼骨架，然後以該骨架為支架澆築拱肋混凝土（因將骨架自身也包裹在內，故通常還稱其為外包混凝土）的施工方法拱肋混凝土的連續澆築過程中，整個拱肋的應力和變形會發生很大的變化，如不採取必要的調載措施來控制，會使拱肋線形發生不可逆轉的變化，從而使拱肋受力性能和結構安全性受到非常不利的影響，嚴重的甚至會導致拱肋在施工過程中直接失穩。常用的調載方法有：地錨載入法（如丹東沙河橋），水箱載入法（如宜賓橋），多點均衡澆築法（如該橋最初方案）。前兩種方法相當於在拱上施加額外的荷載，對穩定不利，第三種方法則是多點作業，需要設備多，施工難度大。《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》即在勁性骨架架設完成後，在其上實現分環從拱腳至拱頂對稱連續澆築拱肋混凝土的施工方法，是由過去大跨度拱橋拱肋混凝土澆築時調載方法——“載入法”拓寬思路而提出的“減載”新概念新構想。該工法關鍵技術是在跨徑312米的邕寧邕江大橋的施工中開發的，經交通部鑑定具有國際領先水平。該工法還被推廣套用到大跨徑鋼管混凝土拱橋的管內混凝土灌注施工中。

工法特點

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》的工法特點是：

1.斜拉扣掛連續澆築調載方法是“減載”不是對拱肋額外增加荷載，從這個概念上來說，最具先進性。

2.受力明確，計算簡單，操作容易，效果突出。

3.施工快速，與多工作面均衡澆築法相比，施工速度大大加快。

4.混凝土施工縫少，且澆築過程中拱肋各斷面標高始終都是下降、反覆變化小，大大提高成橋後的整體受力性能。

5.可充分利用勁性骨架吊裝施工時的斜拉扣掛系統，投入小，節能環保。

6.採用斜拉扣掛體系，可以根據需要靈活調整拱肋澆築順序，如：可先澆築完成拱肋橫撐位置混凝土，以提前加設橫撐，達到提高拱肋整體穩定性的目的等。

操作原理

適用範圍

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》適用於大跨度SRC拱橋拱肋混凝土及大跨徑鋼管混凝土拱橋管內混凝土澆築。

工藝原理

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》的工藝原理敘述如下：

在勁性骨架若干適當位置利用千斤頂、鋼絞線扣索，施加一個隨混凝土澆築過程而變化的，斜向拱軸線上方的拉力，用以調整勁性骨架在對稱連續澆築外包混凝土過程中產生的應力和變形，使其應力和變形控制在規定的目標內，實現連續澆築拱肋混凝土的目的。在應力和變形兩者間，以應力控制為主，變形控制為輔，力求做到在連續澆築混凝土過程中沒有反覆變形或者反覆次數最少。

施工工藝

• 工藝流程

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》的工藝流程見圖1。

圖1工藝流程圖

操作要點

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》的操作要點如下：

一、斜拉扣索的設定

1.設定依據

根據拱肋混凝土施工各階段工況對拱肋勁性骨架及扣索進行受力分析。通常情況下，斜拉索的抗拉剛度小於拱勁性骨架的抗推剛度的0.87%，斜拉索的索力在拱勁性骨架上澆築外包拱肋混凝土的過程中變化值小於5%，為了簡化計算，假設在拱骨架澆築混凝土過程中，斜拉索索力不自動改變。

2.斜拉扣索的組數、位置、索力值確定程式

1）畫出在分環對稱連續澆築混凝土時拱腳、L/8、L/4、3L/8、拱頂及截面尺寸突變處的控制應力過程線。

2）從應力過程線中找出應力嚴重超標的截面，首先選擇一組對該截面應力影響較大的斜拉索，其位置通常靠近拱腳，計算這組對稱斜拉索索力為1時，對上述截面應力的影響，然後通過試算來確定這組斜拉索的索力及變化，將其對上述控制截面應力產生的影響與控制截面應力過程線疊加，如能使應力全部控制在預定值內，斜拉索位置、索力的選擇就完成了。如果不能滿足，再設第二組索，重複上面第一組斜拉索的計算，只是第二組斜拉索產生的影響與疊加了第一組斜拉索影響的應力過程線疊加，如不滿足再設第三組斜拉索。

3）經計算滿足了應力要求後，再計算混凝土連續澆築過程中撓度變化，是否超標，是否反覆次數多。如是，則增加斜拉索再進行計算。

4）斜拉索的位置最好與勁性骨架懸拼時相同，最大拉力最好在原扣索的能力內，如能這樣，只是把勁性骨架懸拼時的扣索再用一次，無需增添任何設備、最為經濟。如不能滿足，需要增加前錨固設施，當然設施費用也不高。

5）斜拉扣索的組數及索力的選擇是主要針對連續澆築混凝土過程中應力超標大的截面，使其應力降到目標範圍內，但斜拉索施力後又會使原來一些應力小的截面，應力增大因此防止這些截面應力增大到超標，同樣是選擇斜拉扣索的組數和索力時必須考慮的。

二、斜拉扣索系統

1.前扣點設定要求及設計

1）考慮拱肋分段及吊裝需要

斜拉扣索不但在澆築混凝土時起作用，在之前的鋼骨架吊裝階段也要作為扣掛體系來實現骨架的安裝，為了方便施工，安裝骨架階段和澆築混凝土階段的扣點位置和扣索鋼絞線根數最好一致，以便二次利用。因此，在設計拱肋大段長度、接頭位置以及拱肋吊裝階段扣索布置時，就應考慮拱肋混凝土澆築時調載的需要。當然，如受施工限制（如吊裝重量、段數過多等）則扣點位置可作相應的調整，在混凝土澆筑前另行設定。

2）受力要求

扣點的設定需考慮拱肋各截面在整個拱肋混凝土澆築期間的具體受力情況。合理地設定扣點位置可減少扣索調整次數，減少施工難度、加快施工進度及有利拱肋結構安全。

3）扣點結構

扣點結構即扣索和拱肋連線的結構，可以沿用拱肋吊裝時所用的扣點，只需注意將扣索與將來施工的拱肋外包混凝土之間留夠施工空間即可。扣點結構一般採用扁擔梁的結構形式，由支撐腿、承力橫樑和錨墊板組成（圖2~圖4）。支撐腿和承力橫樑在拱肋鋼骨架製作時即安裝在鋼骨架上，錨墊板在鋼骨架節段安裝前先穿入鋼絞線，然後將鋼絞線穿入端採用P錨固定，待鋼骨架節段就位後帶有錨墊板的鋼絞線扣索從側面卡入支撐橫樑，螺栓定位後，張拉鋼絞線即形成斜拉扣掛作用，見圖5。

圖2扣點結構

2.扣索選擇

扣索一般採用拱肋吊裝所用低鬆弛鋼絞線每組扣索根據扣索最大張拉力配置一定數量的鋼絞線，並且保證扣索安全係數>2.0。

3.扣塔架

扣塔架可採用獨立或與纜索吊裝系統主塔架共體的形式，組拼材料一般採用萬能桿件、型鋼和鋼管材料等。邕寧邕江大橋扣塔架為單獨設定，用萬能桿件組拼成塔身，塔底設三角鉸。在扣塔設定扣索鞍使扣索轉向，扣索鞍的橫向位置一般與扣索扣點平行，而標高位置則根據受力計算的需要布置。

4.扣索地錨

扣索地錨可根據地質條件採用重力式或柱式地錨（圖6、圖7）。扣索地錨後部為扣索錨固和張拉位置。

三、混凝土施工

1.混凝土澆築順序

SRC拱橋拱肋外包混凝土的澆築直接關係到整個勁性骨架的受力安全及成橋線形和成橋受力性能，所以其澆築順序確定非常關鍵，必須結合計算和施工條件及能力進行確定。對外包鋼筋混凝土需將混凝土斷面進行劃分，確定每個階段澆築的混凝土在斷面上的高度、範圍以及縱向長度，預先做好澆築及斜拉扣索調整方案，明確每次澆築的時間、部位、數量以及扣索力大小、扣索力調索程式。為確定最佳的澆築順序，應計算每一個澆築階段拱肋各控制斷面以及扣索的應力變化情況，綜合選擇最佳的澆築程式。

由於勁性骨架外包混凝土數量大，一般採用同一個拱肋分環，每環兩岸對稱連續完成，而兩肋之間交替進行各環混凝土澆築，保持進度相差一環的順序進行外包混凝土的澆築。見圖8。

圖8拱肋鋼骨架外包混凝土澆築順序圖

2.混凝土澆築

拱肋混凝土澆筑前先將鋼筋綁紮完成，然後將鋼模板固定在鋼骨架外圍底部和兩側混凝土用輸送泵泵送至澆築位置，從模板上口倒灌入模板內，然後用振動棒，必要時配合附著式振搗器，振搗密實。

特別需要注意的是，由於外包混凝土隨著拱肋高度進行分環澆築，新施工混凝土高度不斷升高，先後施工混凝土高度差越來越大，先施工混凝土內受到壓力也逐漸增大，如果不處理，先施工的未初凝的混凝土將鼓出模外。故外包混凝土每環施工過程中除底模、側模要固定之外，必須在混凝土澆築完成後馬上做好壓模措施，採用組合模板綁在勁性骨架上等措施將澆築振搗好的混凝土表面壓住，使之不在後澆混凝土壓力下鼓出模板外。另外要控制混凝土坍落度和澆築速度，以儘可能減小混凝土澆築時產生的壓力。

四、扣索力調整

扣索力的調整一般分為澆筑前、澆築中和澆築後三個階段。雖在制定整個拱肋混凝土澆築程式時已對各澆築階段拱肋及扣索力進行了計算和分析，但在每個階段的混凝土澆筑前還應重新對該階段受力情況重新進行覆核計算，並結合實際監測值進行調整，然後根據需要在混凝土澆筑前、澆築中或澆築後對扣索力進行調整。扣索力的調整可分為放鬆和張拉兩種情況。具體根據拱肋截面應力的變化情況確定，目標是確保拱肋各截面應力值控制在一個可靠的安全範圍內。無論扣索是放鬆還是張拉，扣索力的調整均在扣索地錨後依靠千斤頂來完成，可採用多根鋼絞線同時張拉或單根鋼絞線逐根張拉兩種方式進行。

五、拱肋變形及應力監測

在拱肋混凝土澆築過程中，拱肋應力不斷發生變化，其軸線及標高也是一個動態的變化過程，為能確保實際施工與理論計算偏差控制在可接受的範圍內，需對拱肋及扣索在混凝土澆築過程中進行變形和應力的跟蹤監測。

拱肋的變形主要體現在軸線和標高的變化上一般採用在拱肋上設定足夠多的觀測點，用精密水準儀、經緯儀及全站儀進行觀測的方法取得其變化的數據。拱肋應力包括勁性骨架應力和已澆築混凝土應力，均可採用預設鋼弦式應變計等進行觀測。扣索應力的變化則可採用千斤頂在張拉端實測的方法測得。

六、拱肋澆築順序的局部調整

如果拱肋在嚴格按照分環澆築時的整體穩定性較差，穩定安全係數較小，可以打破分環連續澆築次序，先施工完成永久橫撐位置的混凝土拱箱，提前安設橫撐以提高整體穩定性，這也是千斤頂斜拉扣掛法的優點。

七、在特大跨徑鋼管混凝土拱橋管內填芯混凝土灌注中的套用

特大跨徑鋼管混凝土拱橋管內填芯混凝土從拱腳到拱頂對稱連續灌注施工過程中，其拱肋部分位置的標高有先上撓後下撓的現象，產生不可恢復的變形，不符合廣西壯族自治區公路橋樑工程總公司的預期，如採用斜拉扣掛調索技術，一般加1組扣索就可以保證管內混凝土灌注過程中標高不發生反覆變化，效果明顯。

材料設備

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》所用的主要機具設備見表1。

表1 需用材料、設備一覽表

序號	機具設備	規格型號	單位	數量	備註
1	混凝土輸送泵	性能滿足要求	台	4	其中備用2台
2	混凝土拌合站	性能滿足要求	套	4	其中備用2套
3	泵管、變徑管、彎管、管扣	與輸送泵配套	╱	若干	滿足現場布置要求
4	變電站	功率滿足要求	套	2	╱
5	發電機	滿足使用要求	台	2	備用
6	電焊機	直流焊機	台	若干	性能滿足使用要求
7	氧氣切割機	╱	套	若干	╱
8	插人式振動棒、附著式振動器	╱	台	若干	╱
9	止回閥	╱	個	若干	滿足周轉使用要求
10	高壓水泵	╱	台	若干	清洗、養護使用
11	鋼絞線	Φ15.24	噸	若干	根據實際需要確定
12	千斤頂	YC25	套	8	扣索張拉
13	鋼模板	╱	塊	若干	鋼筋混凝土施工

質量控制

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》的質量控制要求如下：

1.嚴格貫徹執行《ISO9000質量管理體系》，遵照《公路橋涵施工技術規範》JTJ 041-2004、《公路工程質量檢驗評定標準》JTG F80/1-2004的有關規定。

2.整個澆築過程拱肋及扣索的應力分析是保證施工質量的關鍵，必須深入、仔細研究，不但要滿足相關標準和規範的要求，還要結合施工實際和以往的施工經驗，儘量最佳化施工程式。

3.在施工前，做好詳細的施工技術交底，施工時嚴格按照制定的施工方案進行，嚴格地按照各施工流程的操作要點進行。

4.在混凝土澆築施工前，必須做好設備的檢修和調試工作，保證在澆築過程中設備不出現故障，並且要設定足夠數量的備用設備。

5.成立專門的質量管理小組，實行質量負責制度。

安全措施

採用《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.嚴格貫徹執行“三標一體化”管理體系遵照《公路工程施工安全技術規程》JTJ 076-95、《混凝土泵送施工技術規程》（建規[1995]96號）、《施工現場臨時用電安全技術規範》JGJ 46-2005等有關規定。

2.在施工前做好安全技術交底工作，成立安全管理領導小組，實行安全生產責任制度。

3.編制專項安全保證措施方案和生產安全事故緊急預案。

4.拱上布置的混凝土輸送泵管通道、人行通道和工作平台要安全、牢固，並要掛設安全網。

5.施工中，各個工作面要保持通信通暢，統一協調指揮。

6.加強施工控制，保證拱肋承載骨架的安全。

環保措施

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》的環保措施如下：

1.嚴格貫徹執行“三標一體化”管理體系，遵照《建設工程施工現場管理規定》有關規定。

2.制定施工期間環境保護措施，做到統籌規劃、合理布置、綜合治理、化害為利。

3.生產生活垃圾、廢水集中處理。

4.採取有力措施防止施工中的燃料、油、混凝土、污水、廢料和垃圾等有害物質對植被、河流的污染，防治噪聲對環境的污染。

效益分析

1.技術效益

採用《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》，成功地解決了大跨徑鋼骨架鋼筋混凝土拱橋拱肋混凝土連續澆築施工的技術難題，確保了施工安全，提高了工效，降低了費用，增加了效益，且此工法還可以套用到大跨徑鋼管混凝土拱橋管內混凝土的灌注施工中，提高鋼管混凝土拱橋的施工質量。

2.經濟效益

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》施工方便，縮短工期，節約人工可有效降低工程造價，具有經濟效益，僅在廣西邕寧邕江大橋的施工中套用就節約工期5個月，節省費用298萬元。在鋼管混凝土拱橋中套用也取得了較好的效益。

3.社會效益

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》不但解決了SRC拱橋勁性骨架外包混凝土施工周期長、載入點多面廣、工藝複雜的難題，而且解決了大跨度鋼管混凝土拱橋拱肋鋼管內填芯混凝土載入時標高反覆變化的難題，促進了這兩種橋型向更大跨度發展。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》的套用實例如下：

1.廣西邕寧邕江大橋

廣西邕寧邕江大橋為主跨312米的中承式鋼管混凝土勁性骨架鋼筋混凝土拱橋，全長460米，橋面寬16.5米，設計荷載：汽一超20，掛一120。由武警交通指揮部工程設計所設計，廣西公路橋樑工程總公司第二工程處施工，建設工期：1993年1月～1996年9月。該橋拱肋骨架外包混凝土採用《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》，半跨採用了3組扣索，最大索力分別為400、1100、1150千牛。外包鋼筋混凝土在斷面上分4層，沿拱軸線方向則根據拱肋安全和現場需要，共分10次完成混凝土澆築（澆築順序見圖9），其中底板混凝土的澆築只用了40小時，如用多工作面均衡澆築法最少需30天。

圖9邕寧邕江大橋外包混凝土澆築順序

2.廣西三岸邕江大橋

廣西三岸邕江大橋為主跨270米中承式鋼管桁架混凝土架拱橋，全長352米，橋寬32.8米，6個車道，設計荷載：汽一超20，掛一120，為當時世界最大跨徑的中承式鋼管混凝土拱橋，由廣西交通規劃勘察設計研究院設計、廣西公路橋樑工程總公司第二工程處施工，建設工期：1996年1月~1998年12月，該工程在拱肋鋼管混凝土的施工中套用了該工法，半跨採用了1組扣索調載，取得了良好的效果。

3.廣西六景鬱江大橋

廣西六景鬱江大橋位於柳州至南寧高速公路上，全長480米，主跨220米為中承式鋼管混凝土桁架拱橋，橋寬25.1米，4個車道。設計荷載：汽一超20，掛一120。建設工期：1997年10月~1999年10月。由廣西交通規劃勘察設計研究院設計，廣西公路橋樑工程總公司第二工程處施工。該工程在拱肋鋼管混凝土的施工中套用了該工法，半跨採用了1組扣索調載，取得了良好的效果。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《千斤頂斜拉扣掛連續澆注拱肋混凝土施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。