中承式钢结构拱桥空间拱座施工技术研究

张兵兵 郭文君

（中交路桥华北工程有限公司，北京 101100）

济宁环湖大道项目泗河大桥地处济宁市任城区京杭大运河古河道，设计空间结构拱座为空间梯形，厂内模板加工难度大、费用高，需要结合受力情况得到经济合理的模板受力结构体系。拱座内部设计无支撑结构，拱座预埋板的精确定位措施和受力支撑结构是拱座施工的难点，需要在施工前进行重点研究。文章围绕拱座的模板体系和精确定位措施两个方面进行重点研究分析。

1 工程概况

新建泗河大桥主桥采用30+95+130+95+30=380 m中承式系杆拱桥，桥梁总宽34.5 m。在主拱及次拱支撑点处设置8个支撑拱座，分别为P9、P10、P11、P12。

拱座设计位置关系如图1所示。

图1 拱座设计位置关系

主拱座为梯形台，有4个，每个墩位处横桥向对应拱脚位置布置，高6.97 m，顺桥向宽9.0 m，横桥向宽6.769 m。采用钢筋混凝土结构。两侧拱座间设置系梁，系梁采用预应力结构，截面尺寸为顶宽2.0 m，底宽3.0 m，总长19.57 m（横桥向），高2.0 m。次拱座为梯形台，设计4个。每个墩位处横桥向对应拱脚位置布置，高6.52 m，顺桥向宽8.8 m，横桥向宽6.52 m。采用钢筋混凝土结构。两侧拱座间设置系梁，系梁采用预应力结构，截面尺寸为顶宽2.0 m，底宽3.0 m，总长19.808 m（横桥向），高2.0 m。

2 施工特点、难点

施工工期非常紧张，异性模板定制的循环利用费用较高，且需要一定的周期，不满足现场施工要求。设计图纸只给提供成型后的预埋板位置，将近10 t的预埋板定位是施工中的一大难题。拱座施工属于大体积施工，保证混凝土浇筑密实且防止水化热开裂是拱座施工的难点。

3 模板关键技术探究

3.1 方案比选

模板技术方案对比如表1所示。

表1 模板技术方案对比

结合施工造价与施工工期，拱座大面利用原大体积混凝土承台模板，小面采用木模进行组合设计，进行系统的受力分析，保证拱座施工的顺利进行。

3.2 模板系统受力分析

（1）模板构造。

本拱座模板N1、N2面为δ=6 mm的钢面板，竖肋由[10槽钢组成，间距300 mm，横肋采用2[16双槽钢构成，间距0.6 m，材质均为Q235B级钢材。对拉拉杆采用φ18 mm圆钢，双螺帽拧紧。连接于龙骨，间距600 mm。

N3、N5面为δ=15 mm竹胶板，竖肋由100 mm×100 mm方木组成，净间距200 mm，横肋采用2[20双槽钢构成，间距0.6 m，材质为Q235B级钢材。对拉拉杆采用φ18 mm圆钢，双螺帽拧紧，连接于龙骨，间距600 mm。

模板平面展开图如图2所示。

图2 模板平面展开图

（2）模板受力分析及载荷计算。

①模板自重按实际结构自重计算，程序自动计入。

②测定混凝土作用于模板的侧压力，随混凝土的浇筑高度增加，浇筑高度达到某一临界时，侧压力不再增加，此时的侧压力即为新浇筑混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头，采用内部振捣时，新浇注的混凝土作业于模板的最大侧压力标准值可按照下列两式计算，并取两式中的较小值。

式中：F——新浇筑混凝土对模板最大侧压力的标准值（kN/m2）；γc——混凝土重力密度，普通混凝土取25 kN/m3；t0——新浇混凝土的初凝时间（h），按实测确定，缺乏试验资料时，采用t0=200/(T+15)计算，砼入模时的温度取20 ℃（T为混凝土的温度），初凝时间为5.7 h；v——混凝土的浇注速度（m/h）；H——混凝土侧压力计算位置处于新浇筑混凝土顶面的总高度（m）；h——有效压力高度（m）；β1——外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺缓凝外加剂时取1.2；β2——混凝土坍落度影响修正系数（砼落度小于30 mm时，取0.85；50～90 mm时，取1.0；110～150 mm时，取1.15）。

混凝土浇筑速度取0.5 m/h 时，F=0.22γct0β1β2v1/2=25.5 kN/m2；F=γcH=168 kN/m2。取小值，混凝土对模板侧压力设计值（分项系数为1.2）F=1.2F=1.2×25.5=30.6 kN/m2。

③倾倒混凝土产生的载荷取该项载荷的标准值为4 kN/m2。

④风载荷计算。

式中：W——风荷载强度（Pa）；W0——基本风压值（Pa），W0=，8级风风速v=17.2～20.7 m/s；K1——风载体形系数，取0.8；K2——风压高度变化系数，取1；K3——地形、地理条件系数，取1。

⑤墩柱模板计算时，根据《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162——2008规定，载荷组合为：F=30.6++4+0.214=34.8 kN/m2，取35 kN/m2，混凝土有效高头h=35/25=1.4 m。

（3）复核成果汇总。

最不利工况作用下拱座模板复核计算结果如表2所示。

表2 最不利工况作用下拱座模板复核计算结果

经复核验算，拱座模板在给定的荷载条件下安全可靠，各项受力指标均满足相关规范要求。拱座施工过程中严格控制混凝土浇筑速度，最快浇筑速度不超过0.5 m/h，随着高度的增加，注意控制浇筑速度。背肋、横楞受力最大应力点均出现在端部，位于侧面相交连接处，即侧楞部位，施工时需重点加强，避免此部位出现薄弱环节。尽量避免相邻侧面横楞水平相交于一点，避免在侧楞上引起应力集中。拱座模板拼装过程中模板间连接螺栓必须上齐、上满、上紧。

4 混凝土浇筑

4.1 混凝土浇筑结构设计

拱座上平面为斜面，为了保证混凝土浇筑过程中的密实性，在布料孔上设置与布料孔等径的钢套筒，钢套筒中混凝土上浮证明该处混凝土已经浇筑密实，否则应继续在该处浇筑或进行振捣。

4.2 混凝土浇筑事项

拱座混凝土采用分层连续浇筑工艺，速度为0.5 m/h。

（1）为了保证混凝土在空间拱座中的流动性，采用小粒径微膨胀混凝土。

（2）将泵车导管从钢模板人孔进入，在导管处接长，利用桩基灌注压力密实原理，浇筑过程中保证处料口埋入混凝土面2 m以上。

（3）混凝土前期通过人孔将混凝土料灌注，最后1 m合模并封闭人孔，混凝土通过顶部连接板布料孔进行浇筑，通过布料孔周围的振捣孔进行振捣密实。

4.3 混凝土防开裂措施

（1）按照“内降外保”原则，内部冷却管通循环水，承台四周覆盖两层土工布，承台顶面采取蓄水保温。在养护过程中，内部最大温度不大于70 ℃，内表温差不大于25 ℃，要求养护时间不宜少于14 d。

（2）在拱座各表面设置防裂钢筋网片，减少拱座混凝土的干缩和温缩开裂。

5 结语

经过前期的技术准备和施工过程中的观测控制，泗河大桥8个拱座于2020年10月10日顺利浇筑完成，为钢结构拱桥的顺利施工打下坚实基础。随着我国钢结构拱桥技术不断发展，对拱桥的造型和美观要求程度越来越高，空间异性结构拱座设计越来越多，应在完成拱座施工的同时，创新拱座模板形式、预埋板精确定位方法和保证混凝土密实和防止裂缝的方法，为类似工程施工提供参考。