大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法

《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》是四川路橋建設股份有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是聶東、張佐安、廖旭、曹瑞、裴賓嘉；適用範圍是跨越較大溝谷的鋼筋混凝土拱橋的施工，尤其是在地勢陡峭、深溝峽谷及場地受限等條件下的鋼筋混凝土箱形拱橋拱圈的施工。

《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》主要的工法特點是開發套用的掛籃結構合理、施工操作方便、適應性強；基本不受地形限制；施工成型的拱圈整體性及拱軸線形較預製安裝好；節約了大型的無支架纜索吊裝設施，並且不需進行拱圈預製場地建設；減少了高空作業，施工安全。

2008年1月31日，《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》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：大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法
• 工法編號： YJGF256-2006
• 完成單位：四川路橋建設股份有限公司
• 主要完成人：聶東、張佐安、廖旭、曹瑞、裴賓嘉
• 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

鋼筋混凝土箱形拱橋是適宜山區建造的橋型之一，它具有造價低、抗震性能好、經久耐用、外形美觀、易維護等優點。截至2005年，在山區高速公路建設中，跨越較大的溝谷時，大多選擇建造大跨徑鋼筋混凝土箱形拱橋。但傳統的大跨徑鋼筋混凝土箱形拱橋拱圈的施工方法，即拱圈的拱箱分段預製後採用無支架纜索吊裝施工拱圈成拱法及搭設支架現澆拱圈成拱法，已不能滿足適合修建拱橋但又受地勢陡峭、場地狹窄等條件制約的鋼筋混凝土箱形拱橋拱圈施工的需要。

由四川路橋建設股份有限公司承建的四川西攀高速公路C12契約段白沙溝1號大橋淨跨為150米的鋼筋混凝土箱形拱橋，是西部交通建設科技項目“山區大跨徑鋼筋混凝土箱形拱橋設計及施工技術研究”的依託工程，採用了掛籃懸臂澆築（懸澆）方法進行該橋拱圈的施工，在中國國內首次成功實現了鋼筋混凝土箱形拱橋拱圈的節段懸臂澆築法成拱，經總結形成《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》。

工法特點

《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》的工法特點是：

1.大跨徑鋼筋混凝土箱形拱橋拱圈懸澆施工所開發套用的掛籃具有結構合理、施工操作方便、適應性強等優點，掛籃可拆卸和再利用。

2.基本不受地形限制，特別在跨越較大的溝谷修建鋼筋混凝土拱橋時，受地勢陡峭、場地狹窄等條件制約的情況下具有顯著的優越性。

3.施工成型的拱圈整體性及拱軸線形較預製安裝好。

4.相對於拱圈預製安裝施工而言要投入掛籃等施工設施，但節約了大型的無支架纜索吊裝設施，並且不需進行拱圈預製場地建設。

5.施工人員在掛籃、扣塔及錨碇的相對封閉的環境裡作業，最大限度地減少了高空作業，能保證施工安全和提高工作效率。

操作原理

適用範圍

《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》適用於跨越較大溝谷的鋼筋混凝土拱橋的施工，尤其是在地勢陡峭、深溝峽谷及場地受限等條件下的鋼筋混凝土箱形拱橋拱圈的施工。

工藝原理

《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》的工藝原理敘述如下：

鋼筋混凝土箱形拱橋拱圈掛籃懸澆施工，是在搭架現澆拱圈拱腳段後，將拱腳段扣掛於交界墩蓋梁（橋台）上，通過錨固於錨碇與交界墩蓋梁間的錨索來平衡因扣索產生的交界墩蓋樑上的不平衡水平力，再安裝拱圈懸澆節段的掛籃支承於已澆築的拱圈節段上並調試，套用掛籃作為拱圈節段懸澆的承重結構，用掛籃的自身剛度及支反力系統來平衡拱圈懸澆節段的重量，利用交界墩及其上布置的扣塔按照斜拉扣掛的原理布置扣索錨索錨固系統，通過張拉調整扣索、錨索以控制拱圈的內力和線形，通過控制扣塔、交界墩的偏位，來保證拱圈懸澆中結構的穩定。掛籃調試完成後綁紮拱圈節段鋼筋並安裝拱圈模板，澆築節段混凝土並養護待強，掛扣索、錨索並張拉調整、錨固，然後掛籃前移就位進入下一節段施工，如此循環直至拱圈合攏。待合攏段混凝土達到要求的強度後，拆除拱圈懸澆用的掛籃，由拱頂向拱腳逐級放鬆扣、錨索，直至扣、錨索完全放鬆並拆除，從而完成拱圈施工。

施工工藝

• 工藝流程

《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》的工藝流程見圖1。

圖1施工工藝流程圖

操作要點

《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》的操作要點如下：

一、籃懸澆系統布置

拱圈掛籃懸澆系統包括掛籃、扣塔、錨碇、扣（錨）索及其錨固系統、工作天線系統等部分，見圖2。拱圈掛籃懸澆系統的布置包括：掛籃設計及掛籃加工、試驗，扣塔設計及加工、安裝，扣（錨）索及其錨固系統設計、加工，錨碇設計及施工，工作天線系統布置。

圖2拱橋拱圈懸澆施工總體布置圖

1.掛籃（圖3）

圖3拱橋拱圈懸澆施工掛籃示意圖

掛籃是拱圈節段懸澆的主要承重構件。採用適應拱圈特點的側桁式鋼結構掛籃，掛籃的掛鈎既是行走承重構件，又是拱圈節段混凝土澆築過程中的支承構件；掛籃的後橫樑直接設定支點反作用於梁底形成可靠的後錨支承。

掛籃安裝採取在地面將單件組裝成塊再用汽車吊分塊起吊拼裝的方式進行安裝，安裝時先將底籃後半段用汽車吊起吊擱置於現澆段支架上，再起吊安裝通過橫樑連線的掛梁並將掛梁與擱置在現澆段支架上的後半段底籃連線，之後安裝兩側桁架及前半段底籃，最後安裝掛籃底模等構件。

掛籃試驗是在全部構件通過鋼結構專業廠家完成製做並進行檢驗和試拼合格，於現場整體組裝完成後，在現場按設計荷載及技術要求進行預壓試驗。試驗時將配重擱置於地面型鋼樑上，通過連線型鋼樑並穿過擱置於掛籃底籃上的千斤頂的精軋螺紋鋼連線，通過千斤頂逐級張拉來獲得不同荷載作用下掛籃控制點位的變形及應力，以驗證掛籃受力性能並為節段懸澆立模標高提供依據。

掛籃走行，由掛籃掛鈎下支撐在走行軌道上底籃後端的支撐輪支於拱腹上及錨固於節段前端反力型鋼樑並穿過掛籃掛梁的精軋螺紋鋼，通過掛梁後端安置的千斤頂逐級張拉穿出的精軋螺紋鋼來實現，精軋螺紋鋼穿過反力型鋼樑前端設球鉸以保證掛籃在弧形拱背上也能軸向受力。掛籃走行過程中同步採用手拉葫蘆繫於反力型鋼樑前端做保險裝置，防止千斤頂牽引掛籃爬升走行時失效，以確保掛籃走行安全。

掛籃拆除是在合攏段施工完成並達到設計強度後通過工作天線系統分塊拆除，拆除順序為掛籃分塊安裝的逆順序。

2.扣塔

扣塔是支承扣、錨索的塔架，是確保拱圈節段懸澆安全的重要組成部分。扣塔採用多肢空心鋼管做立柱組成的鋼管格構式結構，固結於交界墩蓋樑上。扣塔頂的縱向位移是通過調節扣索、錨索索力來控制，使扣塔頂偏位在容許範圍內。

扣塔安裝，是在工地現場將鋼管分節段相貫焊接成片，用單獨拼裝的井字架扒桿提升安裝，片與片、節段與節段之間的連線採取現場焊接連線以保證受力均勻並克服非彈性變形，扣塔頂橫向通過型鋼、縱向通過鋼錨箱連線成整體。

扣塔拆除採用直接設定於扣塔上的獨腳扒桿起吊並按安裝的逆順序分片、分節段截割拆除。

3.錨碇

錨碇是固定錨索的重要結構物。實施中將錨碇與橋台、交換梁等相結合，以減少工程量並節約投資，根據現場地質情況進行比選，分別採用了重力式錨碇加岩孔錨、輕型錨碇加岩錨等錨碇結構形式。

4.扣、錨索及其錨固系統

懸澆拱圈後未合攏前其節段須通過錨固於交界墩蓋梁或扣塔頂錨箱上的扣索及錨固於錨碇的錨索來穩定。扣、錨索採用鋼絞線。扣索的固定端在拱圈節段上，張拉端在交界墩蓋梁或扣塔頂的錨箱上；錨索的固定端在錨箱上，張拉端在錨碇上。扣、錨索固定端採用P形錨及對應的圓錨圈及錨環固定，張拉端採用雙重調索低應力夾片錨固系統通過反力架、頂壓器、2500千牛輕量化千斤頂進行扣、錨索張拉錨固及索力調整。

扣索、錨索用鋼絞線在工地現場下料編束完成製做，其固定端的P形錨及張拉端錨具均由專業廠家完成加工並檢驗合格運達工地現場。扣索、錨索固定端的P形錨用配套的擠壓機在現場鎖定，各扣索、錨索張拉端錨固系統的錨具在相應扣索、錨索安裝就位時安裝。

5.工作天線系統

利用懸澆用扣索的扣塔及扣索錨碇布置主索，再在主索上布置起吊牽引裝置，形成起吊重量較小的小型工作天線，方便拱圈施工中所需的結構用鋼材及小型機具等材料設備運輸。

二、拱圈施工操作要點

1.拱腳段施工

拱圈拱腳段為搭架現澆段，其現澆支架利用工地上周轉使用的螺旋焊管及型鋼經現場組焊而成。由於拱腳段傾斜度大，因此，在拱座內預埋伸出型鋼並與支架縱梁焊接連線，以承受拱腳段混凝土澆築時產生於支架上的水平推力，避免支架傾覆。在拱腳段頂面設定壓模，施工過程中應特別重視混凝土的拌制質量及現場振搗工作，施工時在頂壓模的隔板位置及拱箱中間位置開洞以便於混凝土進入及振搗，下部斷面澆滿後及時焊接鋼板封堵孔洞並使混凝土從上端開洞斷面進入。

拱腳段施工工藝流程見圖4。

圖4拱圈拱腳段施工工藝流程圖

2.懸澆節段施工

具體施工步驟為：安裝掛籃於起步段（拱腳段）上，上好止推及反力裝置，按照監控指令調節好模板高程及軸線，綁紮底板、側板、隔板鋼筋，安裝內模、側模，綁紮頂板鋼筋，安裝頂板壓模。覆核節段軸線偏位及左、中、右各點高程，經檢驗合格後澆築拱圈節段混凝土。混凝土採用集中拌合、罐車運輸、輸送泵泵送入模，控制好施工配合比、原材料質量及混凝土的坍落度、和易性，節段混凝土澆築至1/2時按監控指令對扣、錨索索力進行調整，再完成節段剩餘混凝土的澆築並養護。混凝土強度達規定值後扣掛扣、錨索並按監控指令控制張拉，檢測扣、錨索索力、拱圈標高及頂底板應力、扣塔及交界墩偏位，符合要求後放鬆掛籃底模，用千斤頂頂推掛籃前移至下一節段，循環進行下一節段的施工。

懸澆節段的施工工藝流程見圖5。

圖5懸澆節段施工工藝流程圖

3.合攏段施工

拱圈最後一個懸澆節段的混凝土施工完成經養護達到規定的強度，按監控指令對相關扣、錨索進行索力調整滿足合攏指標，安裝合攏段吊架及底模板，標準時段內實施勁性骨架鎖定，縱向鋼筋連線及綁紮箍筋，安裝校準內模、側模板，標準時段內完成合攏段混凝土澆築。

4.掛籃及扣、錨索拆除

合攏段混凝土養護至95%設計強度且齡期大於96小時後，拆除合攏段模板，掛籃退回起步段拆除，分級、對稱自拱頂向拱腳放鬆並拆除扣、錨索，至此，完成拱圈施工。

三、主拱圈施工過程中的測量、監測項目

施工一個拱圈節段為一個階段，為了改善施工過程中的掛籃和混凝土拱圈的受力，每階段分成三個工況：掛籃前移並定位立模；拱圈節段混凝土澆築一半，調整扣、錨索索力；拱圈節段混凝土澆築完畢，再次調整扣、錨索索力。各個工況主要測試內容如下：

1.拱圈撓度觀測

每一節段懸臂端截面拱頂設立三個高程觀測點同時也作為坐標觀測點。當前現澆節段懸臂端截面同時設立三個臨時標高觀測點，作為當前節段控制截面梁底標高用，並給出對應的測點的高程關係。用精密水準儀測量測點標高，用全站儀測量主拱坐標。

2.扣塔頂水平變位測量

交界墩扣塔頂上、下游各設1~2個測點，測點位置選在塔頂便於觀測的可靠位置處，用全站儀測量。

3.截面鋼筋應力或混凝土應變觀測

拱圈縱向應力監測斷面選為懸臂根部、1/4跨徑1/2跨徑處等關鍵截面，拱圈截面上重點測試上下緣處的值，交界墩應力監測斷面取距墩底2米處的標準截面。應變計採用國產的優質振弦式應變計，振弦式應變計採用相應的專用儀器測試。

4.溫度場觀測

混凝土中溫度選用NTC型直徑4毫米的熱敏電阻使用讀數精度達5位100點全自動溫度數據採集系統採集。在拱圈的標準截面內選擇2個標準斷面各布置15個測點預埋溫度元件，以測量其內部的溫度場分布。測試時間為拱圈施工期間選擇有代表性的天氣進行24小時連續觀測。

勞動力組織

《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》的勞動力組織見表1。

材料設備

《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》無需特別說明的材料，採用的主要機械設備見表2。

質量控制

《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》的質量控制要求如下：

一、工程質量控制標準

1.拱圈拱腳段搭架現澆及拱圈懸澆混凝土施工質量執行《公路工程質量檢驗評定標準》。拱圈施工允許偏差見表3。

表3 拱圈混凝土澆築實測項目

項次	檢查項目	規定值或允許偏差	檢查方法和頻率	權值
1	混凝土強度（兆帕）	在合格標準內	按《公路工程質量檢驗評定標準》JTJ F80/1-2004附錄D檢查	3
2	軸線偏位（毫米）	L/4000	經緯儀：每肋檢查5點	1
3	拱圈標高（毫米）	±L/3000	水準儀：測量5處	2
4	對稱點相對高差（毫米）	L/3000	水準儀：測量5處	2
5	斷面尺寸（毫米）	±10	尺量：檢查5處	2

2.拱圈鋼筋加工及安裝施工質量執行《公路工程質量檢驗評定標準》。

二、質量保證措施

1.掛籃的全部構件在鋼結構專業廠家完成製做並進行檢驗和試拼，合格後再於現場整體組裝檢驗，並按設計荷載及技術要求進行預壓試驗。

2.掛籃總重控制在設計限重之內；允許最大變形：20毫米；施工時、行走時的抗傾覆安全係數大於2；自錨固系統、各限位系統安全係數大於2。

3.拱圈拱腳段現澆支架進行預壓，支架的強度、剛度、穩定性應滿足《公路橋涵施工技術規範》的要求。

4.拱圈斜拉扣掛作業過程中，扣索、錨索張拉調整應分級、對稱進行，施工過程中控制扣塔塔頂的最大變位不超過塔高的1/600（毫米），過程索力的最大誤差10%。

5.配製高性能的混凝土，重視混凝土的振搗質量和養護工作以保證混凝土質量。

6.確保拱圈節段連線處混凝土鑿毛的質量，並在混凝土澆筑前充分清潔潤濕以保證拱圈節段間混凝土接縫的施工質量。

安全措施

採用《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》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.認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，根據國家有關法規、條例，結合施工單位實際情況和工程的具體特點，建立完善的安全保證體系。

2.施工現場按符合防火、防風、防雷、防洪、防電等安全規定及安全施工要求進行布置，並完善各種安全標識。

3.施工現場的臨時用電嚴格按照《施工現場臨時用電安全技術規範》的有關規定執行。

4.電氣線路應採用“三相五線”接線方式，電氣設備和電氣線路必須絕緣良好。

5.室內配電櫃、配電箱前要有絕緣墊，並安裝漏電保護裝置。

6.氧氣瓶與乙炔瓶隔離堆放，嚴格保證氧氣瓶不沾染油脂、乙炔發生器有防止回火的安裝裝置。

7.機械設備定期安全檢驗合格，操作人員持證上崗，嚴格執行機械設備操作規程。

8.主要的施工設施進行結構設計並通過驗算，滿足有關技術規範要求。

9.嚴格按監控指令進行掛籃懸澆系統扣索錨索張拉調整工作，確保結構安全。

10.加強施工作業中的安全檢查，確保施工作業標準化、規範化。

環保措施

《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》的環保措施如下：

1.成立施工環境保護管理機構，在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章，加強對工程材料設備、生產生活垃圾、廢油、廢水、施工燃油、工程棄渣的控制和治理，遵守防火及廢棄物處理的規定，接受相關單位的監督檢查。

2.將施工場地和施工作業限制在工程建設允許的範圍內，合理布置、規範圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。

3.對施工廢漿、廢水、生活污水進行集中，認真做好無害化處理，防止施工廢漿亂流。廢水按環境衛生指標進行處理達標並按當地環保要求的制定地點排放。棄渣及其他工程廢棄物按工程建設制定的地點和方案進行合理堆放和處治。

4.優先選用先進的環保機械。控制施工噪聲到允許值以下。

5.對施工場地道路進行硬化，並在晴天經常對施工通行道路進行灑水，防止塵土飛揚污染周圍環境。

6.對因清方、修建便道等破壞的邊坡採取種草、種樹等措施進行植被恢復，將生態破壞降到最低。

效益分析

《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》的效益分析如下：

一、經濟效益

1.拱圈採用掛籃懸澆施工工藝較預製安裝只需增加掛籃費用，但節約了大型纜索吊裝系統及預製場建設等費用。

2.拱圈採用掛籃懸澆工藝成拱其拱圈整體性好，避免了因吊重限制而導致的由多片拱箱組拼形成拱圈所造成的腹板多而厚、鋼筋多的問題，拱圈斷面及鋼筋布置更多地考慮了成橋受力需要，斷面尺寸更小，減少拱圈節段間的臨時連線構造，節約拱圈混凝土的數量。

3.施工作業人員在相對封閉的掛籃、扣塔、錨碇上作業，變高空為平地，施工更安全，現場更整潔，做到了文明施工。

二、社會效益

解決了在跨越較大溝谷修建鋼筋混凝土拱橋時，受地勢陡峭、場地狹窄等條件制約的情況下鋼筋混凝土拱橋的拱圈成拱的施工難題，填補了中國國內大跨徑鋼筋混凝土拱橋的拱圈用掛籃懸澆施工工藝成拱的空白，豐富和發展了拱橋的施工技術；最大限度地節省了橋兩岸的施工用地，保護了施工環境。

套用實例

《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》在四川省西攀高速公路C12契約段白沙溝1號大橋左幅橋及右幅橋的套用情況如下：

1.工程概況

四川西攀高速公路白沙溝1號大橋為鋼筋混凝土箱形拱橋（圖6），大橋分左、右幅分幅設計，單幅橋樑寬度11.25米。該橋拱圈為等高度懸鏈線鋼筋混凝土箱形拱，淨跨徑Lo=150米，淨矢高Ho=30米，淨矢跨比Ho/Lo=1/5，拱軸係數1.988，拱箱為單箱雙室截面，箱寬6米、箱高2.7米。

圖6淨跨150米的白沙溝1號大橋立面圖

2.施工情況

四川西攀高速公路白沙溝1號大橋的箱形拱圈採用掛籃懸澆施工，即利用掛籃作為拱圈節段懸澆的承重結構，掛籃支承於已澆拱圈節段上，利用掛籃的自身剛度及支反力系統來平衡拱圈懸澆節段的重量，利用交界墩及布置的扣塔按照斜拉扣掛的原理布置扣索錨索錨固系統，通過張拉調整扣索、錨索來控制拱圈的空間位置和扣塔、交界墩的偏位，從而保證拱圈懸澆節段中結構的穩定。

該橋施工中，開發並套用了適應拱圈特點的後支點側三角桁架結構形式的掛籃（以名稱懸澆拱橋的側桁式掛籃申報，獲得國家專利，專利號：ZL200620035365.9），掛籃側桁採用三角形構造，桁高3.5米，總高4.4米，掛籃淨寬7米，全長16.8米，桁架自重42.5噸，水平狀態下掛籃前端承受最大的豎向力為220噸；實施中自主開發並套用了雙重調索低應力夾片錨固系統（獲得國家專利，專利號：ZL200620034582.6）對扣、錨索進行調索和錨固，成功實現了對扣塔和拱圈節段懸澆的有效控制。施工所採用的拱圈節段掛籃懸澆系統，很好地保證了拱圈的施工質量和施工安全，達到了預期的目標。

3.工程監測結果與評價

施工過程中，拱圈混凝土的最大壓應力為5.1兆帕，最大拉應力<2.0兆帕；扣索鋼絞線受力為0.45，過程索力的最大誤差10%；拱圈對稱截面高程的最大相對誤差為33毫米；扣塔的最大變位為35毫米；拱圈軸線最大偏位為9毫米；拱圈合攏段兩端高程的最大相對誤差為4毫米，拱頂段高程誤差為10毫米。

四川西攀高速公路白沙溝1號大橋左幅橋拱圈施工於2006年6月1日開工，2007年1月31日實現拱圈合攏。

四川省西攀高速公路C12契約段白沙溝1號大橋左幅橋施工完成後，利用其掛籃，拆除用於右幅橋拱圈的施工；左幅橋施工的扣塔在左幅橋施工完成後，通過預先在蓋梁頂設定的橫移滑道整體橫移到右幅，橫移時通過設定於扣塔頂的抗風繩的互動配合及布設於扣塔底附近的橫移千斤頂逐級張拉來實現，扣塔橫移到位固定後用於右幅橋的施工。該橋右幅橋拱圈懸澆於2007年7月開始施工，同年10月7日實現合攏。

白沙溝1號大橋拱圈採用掛籃懸澆節段法施工，填補了中國國內該項施工技術的空白。整個施工過程均處於良好的控制狀態，實施後拱圈的線形及內在質量優良，各項技術指標均滿足設計及施工規範要求，未發生安全生產事故，受到了同行業人員的稱讚。

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》，《大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋拱圈懸澆施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。