CN116623552A - 一种大跨拱桥外包混凝土的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大跨拱桥外包混凝土的施工方法，通过将拱桥外包混凝土沿高度方向分成顶板环、底板环和腹板环，再将顶板环、底板环和腹板环分别沿拱桥纵向分成相等数量的工作面，以及将顶板工作面、底板工作面和腹板工作面分别分成相等数量的若干工作段，并使得所有顶板工作面、所有底板工作面和所有腹板工作面各自对应位置的工作段的混凝土方量基本相等，单个工作段的混凝土方量较小，施工难度更小，且整个施工过程均能够同步对称浇筑，先施工相同工作面的对应工作段，循环施工完相同工作面的所有工作段，使得施工过程中加载平衡，主拱均匀受力，提高了施工安全性，使得能够更加简单、安全的对劲性骨架拱桥外包混凝土进行施工。

Description

一种大跨拱桥外包混凝土的施工方法

技术领域

本发明涉及大跨拱桥外包混凝土的施工技术领域，特别是一种大跨拱桥外包混凝土的施工方法。

背景技术

目前，劲性骨架拱桥外包混凝土施工的多环多段多工作面的划分方法，往往是由设计单位通过计算得到，而该计算结果仅从骨架的内力、变形等因素出发，对施工的可行性、便利性往往欠缺考虑。比如对于拱桥的桥长大于或等于600m的大跨拱桥外包混凝土，按设计单位计算结果得出劲性骨架拱桥外包混凝土施工需要沿纵向分成6个工作面，而在采用6个工作面施工劲性骨架拱桥外包混凝土时，存在施工困难的问题，且6个工作面在拱桥两端对称并从拱脚向拱顶施工，这种施工方式施工风险较大。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的劲性骨架拱桥外包混凝土施工的多环多段多工作面的划分方法，往往是由设计单位通过计算得到，而该计算结果仅从骨架的内力、变形等因素出发，对施工的可行性、便利性往往欠缺考虑，存在施工较为困难和施工安全性的问题，提供一种大跨拱桥外包混凝土的施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种大跨拱桥外包混凝土的施工方法，包括以下施工步骤：

S1、将拱桥外包混凝土沿高度方向分成顶板环、底板环和腹板环；

S2、将顶板环沿拱桥纵向分成m个顶板工作面，将底板环沿拱桥纵向分成m个底板工作面，将腹板环沿拱桥纵向分成m个腹板工作面；m为偶数，沿拱桥两岸各设置相同数量的顶板工作面、底板工作面和腹板工作面，拱桥两岸的顶板工作面、底板工作面和腹板工作面分别对应对称设置；并将顶板工作面、底板工作面和腹板工作面分别分成相等数量的工作段；

S3、先以工作段为施工单位且沿拱桥两岸对称施工所有底板工作面的外包混凝土，然后以工作段为施工单位沿拱桥两岸和拱桥横向两侧对称施工所有腹板工作面的外包混凝土，再以工作段为施工单位沿拱桥两岸对称施工所有顶板工作面的外包混凝土，完成拱桥外包混凝土施工；

在步骤S3中：施工完成底板环的外包混凝土时，先施工完所有底板工作面靠近拱脚的工作段，然后施工完所有底板工作面的下一对应工作段，从拱脚向拱顶，依次循环施工完所有底板工作面对应工作段；施工完成腹板环的外包混凝土时，先施工完所有腹板工作面靠近拱脚的工作段，然后施工完所有腹板工作面的下一对应工作段，依次循环施工完所有腹板工作面对应工作段；施工完成底板环的外包混凝土时，先施工完所有底板工作面靠近拱脚的工作段，然后施工完所有底板工作面的下一对应工作段，依次循环施工完所有底板工作面对应工作段。

本方案所述大跨拱桥外包混凝土的施工方法，能够适用于各种桥长的拱桥的劲性骨架的外包混凝土施工，其通过将拱桥外包混凝土沿高度方向分成顶板环、底板环和腹板环，再将顶板环、底板环和腹板环分别沿拱桥纵向分成相等数量的工作面，以及将顶板工作面、底板工作面和腹板工作面分别分成相等数量的若干工作段，并使得所有顶板工作面、所有底板工作面和所有腹板工作面各自对应位置的工作段的混凝土方量基本相等，如：所有顶板工作面靠近拱脚的工作段的混凝土方量相等；使得能够以工作段为施工单位沿拱桥两岸对称施工且依次完成底板环的外包混凝土、腹板环的外包混凝土和顶板环的外包混凝土，单个工作段的混凝土方量较小，施工难度更小，且整个施工过程均能够同步对称浇筑，先施工相同工作面的对应工作段，循环施工完相同工作面的所有工作段，使得施工过程中加载平衡，主拱均匀受力，提高了施工安全性，使得能够更加简单、安全的对劲性骨架拱桥外包混凝土进行施工，且能够完成对桥长大于或等于600m的拱桥的劲性骨架拱桥外包混凝土的施工。

优选的，在步骤S2中，所有底板工作面的对应工作段的混凝土方量差值小于或等于20m³，所有腹板工作面的对应工作段的混凝土方量差值小于或等于20m³，所有顶板工作面的对应工作段的混凝土方量差值小于或等于20m³，使得能够尽量保证施工过程平衡加载，保证主拱均匀受力，提高了施工安全性，且便于分段划分。

优选的，在步骤S2中，m＝8，从拱脚到拱顶，拱桥同岸的四个底板工作面依次为第一底板工作面、第二底板工作面、第三底板工作面和第四底板工作面，拱桥同岸的四个腹板工作面依次为第一腹板工作面、第二腹板工作面、第三腹板工作面和第四腹板工作面，拱桥同岸的四个顶板工作面依次为第一顶板工作面、第二顶板工作面、第三顶板工作面和第四顶板工作面；

在步骤S3中，从拱脚向拱顶的方向施工每个底板工作面的工作段的外包混凝土，循环步骤A直至所有底板工作面的外包混凝土施工完成；步骤A：先同步施工第二底板工作面和第四底板工作面的一个工作段的外包混凝土，再同步施工第一底板工作面和第三底板工作面的一个工作段的外包混凝土；

在步骤S3中，从拱脚向拱顶的方向施工每个腹板工作面的工作段的外包混凝土，循环步骤B直至所有腹板工作面的外包混凝土施工完成，步骤B：先同步施工第二腹板工作面和第四腹板工作面的一个工作段的外包混凝土，再同步施工第一腹板工作面和第三腹板工作面的一个工作段的外包混凝土；

在步骤S3中，从拱脚向拱顶的方向施工每个顶板工作面的工作段的外包混凝土，循环步骤C直至所有顶板工作面的外包混凝土施工完成，步骤C：先同步施工第二顶板工作面和第四顶板工作面的一个工作段的外包混凝土，再同步施工第一顶板工作面和第三顶板工作面的一个工作段的外包混凝土。

采用上述方式同步对称施工，施工过程中腹板所受拉应力更小，顶板、底板所受压应力会更大且在预设压应力范围内，尽量保证外包混凝土施工时不受拉应力或受到的拉应力较小，使得施工更加安全。

优选的，将顶板工作面、底板工作面均沿拱桥纵向分成6个工作段，将腹板工作面分成6或7个工作段，且将位于拱桥的拱脚处的腹板工作面靠近拱脚的一侧沿高度方向分成两个工作段，将腹板工作面的剩余工作段沿拱桥纵向分布。

当拱桥的桥长大于或等于500m时，适宜将顶板工作面、底板工作面和腹板工作面均沿拱桥纵向分成6个或7个工作段，单次浇筑方量少，施工难度小，且分段数不多，施工效率能够保证。因拱脚腹板厚度厚、高度高，分成一个工作段，单次浇筑方量多，施工难度大，故将拱脚腹板沿竖向分为两个工作段。且腹板工作面分成6个工作段相比于分成7个工作段的施工工期更短。

优选的，工作段的端部与拱桥的拱的劲性骨架的节点板错位设置；

劲性骨架包括上弦管、下弦管以及上弦管和下弦管之间的腹联和斜联，节点板是劲性骨架的上弦管与斜联之间或与腹联之间的连接板，或节点板是劲性骨架的下弦管与斜联之间或与腹联之间的连接板，或节点板是腹联和斜联之间的连接板。

工作段的端部避开节点板和腹杆，便于装端模以及底板环施工的压模。

优选的，靠近拱顶的腹板工作面的长度大于靠近拱脚的腹板工作面的长度。

混凝土泵送时泵送高度越高，距离越远，就泵送越困难，拱顶混凝土的比拱脚的泵送困难，且拱脚腹板厚，拱顶腹板薄，将靠近拱脚的腹板工作面设置短，靠近拱顶的腹板工作面设置长，能够保证靠近拱顶的腹板工作面的工作段与靠近拱脚的腹板工作面的对应工作段的方量基本一致，进而保证施工加载平衡。

优选的，底板环的高度高于底板环与腹板环之间的倒角及倒角的倒角筋，确保底板环的压模能够顺利实施；顶板环的高度高于顶板环与腹板环之间的倒角及倒角的倒角筋，保证施工质量；

在步骤S3中，采用模板系统施工拱桥外包混凝土，模板系统包括：底板环底模、底板环外侧模、底板环内模、腹板模板、顶板底模、顶板顶模和顶板侧模；底板环底模、底板环外侧模、底板环内模用于施工底板工作面的工作段的外包混凝土；顶板底模、顶板顶模和顶板侧模用于施工顶板工作面的工作段的外包混凝土；腹板模板用于施工腹板工作面的工作段的外包混凝土。

优选的，同一纵向位置的顶板工作面和底板工作面的端部位于拱桥的拱的同一横断面；顶板环的高度比底板环的高度低8cm-12cm，底板环外侧模能够与腹板搭接，防止顶板施工时，顶板与腹板间有空隙，出现漏浆等情况；

使得能够将底板环外侧模转用至顶板侧模，将底板环内模转用至顶板底模。

优选的，施工顶板工作面的工作段时，当前顶板工作面采用对应两个工作段的顶板底模，其中一个顶板底模用于当前工作段的外包混凝土施工，另一个顶板底模用于下一工作段的外包混凝土的钢筋绑扎和混凝土浇筑。

顶板外包混凝土需要混凝土强度达到后，才可以转运，采用对应两个工作段的顶板底模，顶板底模的周转次数为当前顶板工作面的分段数的一半，确保能够提供第n+1段的钢筋施工作业面，不必等第n段混凝土强度满足要求后再拆模转运安装，从而节约时间。

优选的，在步骤S3之前，在拱上两岸对称的设置若干塔吊，所有拱上的塔吊能够覆盖拱桥纵向范围；

并根据塔吊位置设置相应的施工平台，使得所有拱上的施工平台在拱上两岸对称设置。

根据拱桥长度，选择适合的塔吊型号，在拱上两岸对称布置相应的塔吊，确保拱上塔吊的作业半径能够全覆盖至拱桥的施工作业点，考虑各工作面的钢筋、模板等材料转运，在拱上两岸对称地设置相应的拱上施工平台，施工平台数量根据拱上塔吊数量确定，利用塔吊可将大批材料堆放在平台上，施工时再利用塔吊将材料分批吊运至作业面，能够在保证作业安全的前提下，使得材料周转更加方便。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述大跨拱桥外包混凝土的施工方法，能够适用于各种桥长的拱桥的劲性骨架的外包混凝土施工，其通过将拱桥外包混凝土沿高度方向分成顶板环、底板环和腹板环，再将顶板环、底板环和腹板环分别沿拱桥纵向分成相等数量的工作面，以及将顶板工作面、底板工作面和腹板工作面分别分成相等数量的若干工作段，并使得所有顶板工作面、所有底板工作面和所有腹板工作面各自对应位置的工作段的混凝土方量基本相等，使得能够以工作段为施工单位沿拱桥两岸对称施工且依次完成底板环的外包混凝土、腹板环的外包混凝土和顶板环的外包混凝土，单个工作段的混凝土方量较小，施工难度更小，且整个施工过程均能够同步对称浇筑，先施工相同工作面的对应工作段，循环施工完相同工作面的所有工作段，使得施工过程中加载平衡，主拱均匀受力，提高了施工安全性，使得能够更加简单、安全的对劲性骨架拱桥外包混凝土进行施工，且能够完成对桥长大于或等于600m的拱桥的劲性骨架拱桥外包混凝土的施工。

2、本发明所述大跨拱桥外包混凝土的施工方法，从拱脚到拱顶，底板环、顶板环和腹板环均具有第一工作面、第二工作面、第三工作面和第四工作面，先同步对称施工两岸的第二工作面和第四工作面的一个工作段，再同步对称施工两岸的第一工作面和第三工作面的一个工作段，并从下向上循环施工完所有工作面的外包混凝土，施工过程中腹板所受拉应力更小，顶板、底板所受压应力会更大且在预设压应力范围内，尽量保证外包混凝土施工时不受拉应力或受到的拉应力较小，使得施工更加安全。

3、本发明所述大跨拱桥外包混凝土的施工方法，工作段的端部避开拱桥的拱的劲性骨架的节点板和腹杆，便于装端模和压模。

4、本发明所述大跨拱桥外包混凝土的施工方法，采用对应两个工作段的顶板底模，顶板底模的周转次数为当前顶板工作面的分段数的一半，确保能够提供第n+1段的钢筋施工作业面，不必等第n段混凝土强度满足要求后再拆模转运安装，从而节约时间。

5、本发明所述大跨拱桥外包混凝土的施工方法，在拱上两岸对称布置相应的塔吊，在拱上两岸对称地设置相应的拱上施工平台，施工平台数量根据拱上塔吊数量确定，利用塔吊可将大批材料堆放在平台上，施工时再利用塔吊将材料分批吊运至作业面，能够在保证作业安全的前提下，使得材料周转更加方便。

附图说明

图1是本发明的顶板环、底板环和腹板环沿拱桥纵向分工作面的示意图；

图2是图1中圆圈A处的局部放大示意图；

图3是图1中圆圈B处的局部放大示意图；

图4是拱桥外包混凝土拱脚处沿高度方向分成顶板环、底板环和腹板环的横断面示意图；

图5是拱桥外包混凝土拱顶处沿高度方向分成顶板环、底板环和腹板环的横断面示意图；

图6是顶板工作面、底板工作面和腹板工作面分工作段的示意图；

图7是图6中圆圈C处的局部放大示意图；

图8是拱上施工平台侧面示意图；

图9是图8中圆圈D处的局部放大示意图；

图10是图8中圆圈E处的局部放大示意图；

图11是图8中A-A处截面示意图；

图12是图11中圆圈F处的局部放大示意图；

图13是塔吊和施工平台在拱上的侧面布置示意图；

图14是塔吊基础在拱上的平面布置示意图；

图15是塔吊基础的侧面示意图；

图16是塔吊基础的正面示意图；

图17是塔吊基础的平面示意图；

图18是腹板左幅应力示意图一；

图19是腹板左幅应力示意图二；

图20是顶板左幅应力示意图一；

图21是顶板左幅应力示意图二。

图标：1-拱；10-顶板环；101-第一顶板工作面；102-第二顶板工作面；103-第三顶板工作面；104-第四顶板工作面；11-腹板环；111-第一腹板工作面；112-第二腹板工作面；113-第三腹板工作面；114-第四腹板工作面；12-底板环；121-第一底板工作面；122-第二底板工作面；123-第三底板工作面；124-第四底板工作面；20-上弦管；21-斜联；22-节点板；23-腹联；3-施工平台；31-支撑钢管；32-第一钢板；33-双拼工字钢；34-贝雷片；35-工字钢；36-第二钢板；37-栏杆；38-第一加劲板；4-塔吊基础；41-基座；411-拱顶侧钢管基座；412-拱脚侧钢管基座；414-第二加劲板；416-基座内混凝土；42-整体基础；421-主横梁；422-塔脚支腿预埋件；423-第一支撑梁；424-第二支撑梁；432-弦管内混凝土；5-拱座基础；6-塔吊。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种大跨拱桥外包混凝土的施工方法，包括以下施工步骤：

S1、将拱桥外包混凝土沿高度方向分成顶板环10、底板环12和腹板环11，如图4和图5所示；综合考虑分环数量对劲性骨架承载力和施工便利性，其中，底板环12高度的选择需要超过倒角及其倒角筋，确保底板环12的压模能够顺利实施；考虑底板环12外侧倒角的模板可以重复利用至顶板，将顶板环10的高度设置比底板环12低约10cm，如图4和图5所示，同时模板顶板与腹板有10cm的紧贴距离，确保线型和不漏浆；在底板环12和腹板环11高度确定的基础上，腹板环11的高度随拱肋高度而变化。比如底板高2.2m，顶板高2.1m，底板模板用于顶板施工，会长出10cm，这10m用于夹住腹板，与腹板搭接，防止顶板施工时，顶板与腹板间有空隙，出现漏浆等情况。

S2、将顶板环沿拱桥纵向分成m个顶板工作面，将底板环沿拱桥纵向分成m个底板工作面，将腹板环沿拱桥纵向分成m个腹板工作面；m为偶数，沿拱桥两岸各设置相同数量的顶板工作面、底板工作面和腹板工作面，拱桥两岸的顶板工作面、底板工作面和腹板工作面分别对应对称设置；并将顶板工作面、底板工作面和腹板工作面分别分成相等数量的工作段；如图1所示，展示了拱桥的拱1的一半的工作面的划分情况，其中，垂直于拱1的虚线为顶板环10和底板环12的工作面的划分情况，垂直于拱1的点划线为腹板环11的工作面的划分情况；工作面的增加会相应增加主拱圈的施工缝和施工设备，加大施工的复杂性，进而增加桥梁施工难度，降低经济性。因此，合理划分工作面，是劲性骨架混凝土拱桥施工安全和经济效应的重要保证。对于大跨径拱桥，全桥设置为八个工作面较为合理。桥长大于或等于600m，跨径大；分6个工作面单段浇筑长度长，方量更大一下，施工难度更大，因此分为8个工作面同步对称施工。工作段的划分需要考虑避开劲性骨架节点板，方便装端模和压模。所有顶板工作面、所有底板工作面和所有腹板工作面各自对应位置的工作段的混凝土方量基本相等，如：所有顶板工作面靠近拱脚的工作段的混凝土方量相等；所有底板工作面靠近拱脚的工作段的混凝土方量相等；所有腹板工作面靠近拱脚的工作段的混凝土方量相等；且所有顶板工作面靠近拱顶的工作段的混凝土方量相等；所有底板工作面靠近拱顶的工作段的混凝土方量相等；所有腹板工作面靠近拱顶的工作段的混凝土方量相等；本实施例中，适宜将所有底板工作面的对应工作段的混凝土方量差值控制在小于或等于20m³内，所有腹板工作面的对应工作段的混凝土方量差值小于或等于20m³，所有顶板工作面的对应工作段的混凝土方量差值小于或等于20m³，使得能够尽量保证施工过程平衡加载，保证主拱均匀受力，提高了施工安全性，且便于分段划分。

S3、先以工作段为施工单位且沿拱桥两岸对称施工所有底板工作面的外包混凝土，然后以工作段为施工单位沿拱桥两岸和拱桥横向两侧对称施工所有腹板工作面的外包混凝土，再以工作段为施工单位沿拱桥两岸对称施工所有顶板工作面的外包混凝土，完成拱桥外包混凝土施工；即是先施工完底板环的外包混凝土，然后施工完腹板环的外包混凝土，再施工完顶板环的外包混凝土；

在步骤S3中：施工完成底板环的外包混凝土时，先施工完所有底板工作面靠近拱脚的工作段，然后施工完所有底板工作面的下一对应工作段，从拱脚向拱顶，依次循环施工完所有底板工作面对应工作段；如底板工作面均分成6段，从拱脚向拱顶方向，每个底板工作面均具有第一段、第二段、第三段、……、第六段，先施工完第一段后，然后依次施工完第二段、第三段、……、第六段；施工完成腹板环的外包混凝土时，先施工完所有腹板工作面靠近拱脚的工作段，然后施工完所有腹板工作面的下一对应工作段，依次循环施工完所有腹板工作面对应工作段；施工完成底板环的外包混凝土时，先施工完所有底板工作面靠近拱脚的工作段，然后施工完所有底板工作面的下一对应工作段，依次循环施工完所有底板工作面对应工作段。腹板环和底板环的外包混凝土的工作段的施工顺序均与底板环的外包混凝土的工作段的施工顺序相同。

本实施例所述大跨拱桥外包混凝土的施工方法，能够适用于各种桥长的拱桥的劲性骨架的外包混凝土施工，其通过将拱桥外包混凝土沿高度方向分成顶板环、底板环和腹板环，再将顶板环、底板环和腹板环分别沿拱桥纵向分成相等数量的工作面，以及将顶板工作面、底板工作面和腹板工作面分别分成相等数量的若干工作段，并使得所有顶板工作面、所有底板工作面和所有腹板工作面各自对应位置的工作段的混凝土方量基本相等，如：所有顶板工作面靠近拱脚的工作段的混凝土方量相等；使得能够以工作段为施工单位沿拱桥两岸对称施工且依次完成底板环的外包混凝土、腹板环的外包混凝土和顶板环的外包混凝土，单个工作段的混凝土方量较小，施工难度更小，且整个施工过程均能够同步对称浇筑，先施工相同工作面的对应工作段，循环施工完相同工作面的所有工作段，使得施工过程中加载平衡，主拱均匀受力，提高了施工安全性，使得能够更加简单、安全的对劲性骨架拱桥外包混凝土进行施工，且能够完成对桥长大于或等于600m的拱桥的劲性骨架拱桥外包混凝土的施工。

实施例2

本实施例提供一种大跨拱桥外包混凝土的施工方法，在实施例1的基础上，还可以采用以下较优的实施方式：

在步骤S2中，m＝8，如图1所示，从拱脚到拱顶，拱桥同岸的四个底板工作面依次为第一底板工作面121、第二底板工作面122、第三底板工作面123和第四底板工作面124，拱桥同岸的四个腹板工作面依次为第一腹板工作面111、第二腹板工作面112、第三腹板工作面113和第四腹板工作面114，拱桥同岸的四个顶板工作面依次为第一顶板工作面101、第二顶板工作面102、第三顶板工作面103和第四顶板工作面104；

在步骤S2中，将顶板工作面、底板工作面和腹板工作面分别分成相等数量的工作段，即所有顶板工作面的工作段的数量相同，所有底板工作面的工作段的数量相同，所有腹板工作面的工作段的数量相同，便于两岸对称施工。当拱桥的桥长大于或等于500m时，适宜将顶板工作面、底板工作面和腹板工作面均沿拱桥纵向分成6个或7个工作段，单次浇筑方量少，施工难度小，且分段数不多，施工效率能够保证。因拱脚腹板厚度厚、高度高，分成一个工作段，单次浇筑方量多，施工难度大，故将拱脚腹板沿竖向分为两个工作段。且腹板工作面分成6个工作段相比分成7个工作段施工工期更短。

本实施例中，如图6和图7所示，将顶板工作面、底板工作面均分成6个工作段，将顶板工作面和底板工作面的工作段均沿拱桥纵向分布；图6中，C环代表顶板环10，B环代表腹板环11，A环代表底板环12，虚线代表C环的工作面分面界线，即顶板分面界线，其中底板分面界线与顶板分面界线相同；点划线代表B环的工作面分面界线，即腹板分面界线；箭头方向为每一个工作面的工作段的施工方向，即都是从拱脚向拱顶的方向顺序施工每个工作面的工作段。如图7所示，C1-1代表第一顶板工作面101的第一工作段，C1-2代表第一顶板工作面101的第二工作段，以此类推……，且施工第一顶板工作面101得到的外包混凝土时，C1-1到C1-6是先后施工的；A1-1代表第一底板工作面121的第一工作段，A2-1代表第二底板工作面122的第一工作段，以此类推……。从图6和图7可以看出，从拱脚到拱顶，腹板环11的高度逐渐减小，且如图7所示，可以将腹板工作面分成7个工作段，是基于腹板环在拱脚处的厚度大、高度高，将位于拱桥的拱脚处的腹板工作面靠近拱脚的一侧沿高度方向分成两个工作段，使得能够较小腹板环在拱脚处的工作段的混凝土方量小，单次施工高度小，使得施工难度更小，且将腹板工作面的剩余工作段沿拱桥纵向分布，便于施工。

本实施例中，在分工作面的基础上，考虑施工组织来设置泵管数量。以全桥八个工作面为例，两岸则分别为四个工作面。如果四个工作面同时浇筑，则需要的泵机等设备和人员较多，施工组织困难，而且安全和质量风险高。

故在步骤S3中，先从拱脚向拱顶的方向施工每个底板工作面的工作段的外包混凝土，循环步骤A直至所有底板工作面的外包混凝土施工完成；步骤A：先同步施工第二底板工作面122和第四底板工作面124的一个工作段的外包混凝土，再同步施工第一底板工作面121和第三底板工作面123的一个工作段的外包混凝土；即依次施工为：同步施工A2-1和A4-1，再同步施工A1-1和A3-1，同步施工A2-2和A4-2，再同步施工A1-2和A3-2，循环上述，直至同步施工A2-6和A4-6，再同步施工A1-6和A3-6。

在步骤S3中，然后从拱脚向拱顶的方向施工每个腹板工作面的工作段的外包混凝土，循环步骤B直至所有腹板工作面的外包混凝土施工完成，步骤B：先同步施工第二腹板工作面112和第四腹板工作面114的一个工作段的外包混凝土，再同步施工第一腹板工作面111和第三腹板工作面113的一个工作段的外包混凝土；即依次施工为：同步施工B2-1和B4-1，再同步施工B1-1和B3-1，同步施工B2-2和B4-2，再同步施工B1-2和B3-2，循环上述，直至同步施工B2-7和B4-7，再同步施工B1-7和B3-7，腹板环11的外包混凝土施工时的腹板左幅应力如图18所示。

在步骤S3中，再从拱脚向拱顶的方向施工每个顶板工作面的工作段的外包混凝土，循环步骤C直至所有顶板工作面的外包混凝土施工完成，步骤C：先同步施工第二顶板工作面102和第四顶板工作面104的一个工作段的外包混凝土，再同步施工第一顶板工作面101和第三顶板工作面103的一个工作段的外包混凝土。即同步施工C2-1和C4-1，再同步施工C1-1和C3-1，同步施工C2-2和C4-2，再同步施工C1-2和C3-2，循环上述，直至同步施工C2-6和C4-6，再同步施工C1-6和C3-6，顶板环10的外包混凝土施工时的腹板左幅应力如图20所示。

如图19所示，为从拱脚向拱顶的方向施工每个腹板工作面的工作段的外包混凝土，循环步骤B’直至所有腹板工作面的外包混凝土施工完成，步骤B’：先同步施工第一腹板工作面111和第三腹板工作面113的一个工作段的外包混凝土，再同步施工第二腹板工作面112和第四腹板工作面114的一个工作段的外包混凝土；即依次施工为：同步施工B1-1和B3-1，再同步施工B2-1和B4-1，同步施工B1-2和B3-2，再同步施工B2-2和B4-2，循环上述，直至同步施工B2-7和B4-7，同步施工B1-7和B3-7，从图19和图18对比来看，采用步骤B相比于步骤B’，施工过程中腹板所受拉应力会更小，施工更加安全。

如图21所示，从拱脚向拱顶的方向施工每个顶板工作面的工作段的外包混凝土，循环步骤C’直至所有顶板工作面的外包混凝土施工完成，步骤C’：先同步施工第一顶板工作面101和第三顶板工作面103的一个工作段的外包混凝土，再同步施工第二顶板工作面102和第四顶板工作面104的一个工作段的外包混凝土。即同步施工C1-1和C3-1，再同步施工C2-1和C4-1，同步施工C1-2和C3-2，再同步施工C2-2和C4-2，循环上述，直至同步施工C1-6和C3-6，再同步施工C2-6和C4-6，从图21和图20对比来看，采用步骤C相比于步骤C’，施工过程中顶板所受压应力会更大且在预设压应力范围内，施工更加安全。其中，图19-图21，纵向坐标正值代表压应力，负值代表拉应力，正值代表压应力；横向坐标GK代表施工时间，Z代表测量点。

总的来说，本实施例从拱脚到拱顶，底板环12、顶板环10和腹板环11均具有第一工作面、第二工作面、第三工作面和第四工作面，先同步对称施工两岸的第二工作面和第四工作面的一个工作段，再同步对称施工两岸的第一工作面和第三工作面的一个工作段，并从下向上循环施工完所有工作面的外包混凝土，施工过程中腹板所受拉应力更小，顶板、底板所受压应力会更大且在预设压应力范围内，尽量保证外包混凝土施工时不受拉应力或受到的拉应力较小，使得施工更加安全。

本实施例中，如图1-3所示，劲性骨架包括上弦管20、下弦管以及上弦管20和下弦管之间的腹联23和斜联21，劲性骨架的上弦管20与斜联21之间或与腹联23之间具有用于连接的节点板22，如图2所示为上弦管20与斜联21之间的节点板22，劲性骨架的下弦管与斜联21之间或与腹联23之间也具有用于连接的节点板22，腹联23和斜联21之间也具有用于连接的节点板22，如图3所示。

本实施例中，将工作段的端部与拱桥的拱的劲性骨架的节点板22错位设置，如图2中的顶板分段位置和图3中的腹板分段位置，使得工作段的端部避开节点板22和腹杆，便于装端模以及底板环施工的压模，便于外包混凝土施工。

如图1所示，靠近拱顶的腹板工作面的长度大于靠近拱脚的腹板工作面的长度。腹板拱脚高，拱顶矮，拱脚厚度厚，拱顶厚度薄，为了使各腹板工作面的对应工作段段方量大致相等，主拱均衡受力，将分段进行调整后，得到的工作面和工作段。

如图6和图7所示，底板环的高度高于底板环与腹板环之间的倒角及倒角的倒角筋，确保底板环的压模能够顺利实施；顶板环的高度高于顶板环与腹板环之间的倒角及倒角的倒角筋，保证施工质量；在步骤S3中，采用模板系统施工拱桥外包混凝土，模板系统包括：底板环底模、底板环外侧模、底板环内模、腹板模板、顶板底模、顶板顶模和顶板侧模；底板环底模、底板环外侧模、底板环内模用于施工底板工作面的工作段的外包混凝土；顶板底模、顶板顶模和顶板侧模用于施工顶板工作面的工作段的外包混凝土；腹板模板用于施工腹板工作面的工作段的外包混凝土。

本实施例中，将同一纵向位置的顶板工作面和底板工作面的端部设于拱桥的拱的同一横断面；顶板环10的高度比底板环12的高度低8cm-12cm；底板环12外侧模、底板环12内模能够与腹板搭接，防止顶板施工时，顶板与腹板间有空隙，出现漏浆等情况；比如底板环12高2.2m，顶板环10高2.1m，底板环12外侧模、底板环12内模用于顶板环10施工，会长出10cm，这10m用于夹住腹板环11，与腹板环11搭接，防止顶板环10施工时，顶板环10与腹板环11间有空隙，出现漏浆等情况。

在步骤S3中，使得能够将底板环外侧模转用至顶板侧模，将底板环内模转用至顶板底模。即使得底板环12外侧模、底板环12内模能够用于顶板工作面的工作段的外包混凝土施工。且顶板外包混凝土需要混凝土强度达到后，才可以转运，施工顶板工作面的工作段时，将当前顶板工作面采用对应两个工作段的顶板底模，其中一个顶板底模用于当前工作段的外包混凝土施工，如采用底板环内模专用，另一个顶板底模用于下一工作段的外包混凝土的钢筋绑扎和混凝土浇筑，如重新增设一套。即采用对应两个工作段的顶板底模，顶板底模的周转次数为当前顶板工作面的分段数的一半，确保能够提供第n+1段的钢筋施工作业面，不必等第n段混凝土强度满足要求后再拆模转运安装，从而节约时间。

上述模板周转：底板环12底模：由于无法周转，需一次性投入；底板环12外侧模：由于底板环12为多边形倒角，因此采用钢侧模能够有效保证线型和混凝土质量，每个工作面钢侧模的周转次数与分段数相同；底板环12内模：每个工作面模板的周转次数与分段数相同；腹板模板：每个工作面模板的周转次数与分段数相同；顶板底模：每个工作面模板的周转次数为分段数的一半，确保能够提供第n+1段的钢筋施工作业面，不必等第n段混凝土强度满足要求后再拆模转运安装，从而节约时间；顶板钢侧模：底板钢侧模可应用到顶板，每个工作面模板的周转次数与分段数相同；顶板顶模：每个工作面模板的周转次数与分段数相同。

本实施例中，在步骤S3之前，在拱1上两岸对称的设置若干塔吊6，所有拱1上的塔吊6能够覆盖拱桥纵向范围；并根据塔吊6位置设置相应的施工平台，使得所有拱上施工平台3在拱1上两岸对称设置，如图13和图14所示，设有5个拱上塔吊和5个拱上施工平台，5个拱上塔吊的直径范围能够覆盖整个拱1上作业，且5个拱上塔吊6以及5个拱上施工平台保证在拱1上横向和纵向加载平衡。即根据拱桥长度，选择适合的塔吊型号，在拱上两岸对称布置相应的塔吊，确保拱上塔吊的作业半径能够全覆盖至拱桥的施工作业点，考虑各工作面的钢筋、模板等材料转运，在拱上两岸对称地设置相应的拱上施工平台，施工平台数量根据拱上塔吊数量确定，利用塔吊可将大批材料堆放在平台上，施工时再利用塔吊将材料分批吊运至作业面，能够在保证作业安全的前提下，使得材料周转更加方便。

如图8-图12所示，拱上施工平台3包括连接于拱1的劲性骨架的上弦管20的上方的支撑钢管31，且拱顶侧的支撑钢管31长度小于拱脚侧的支撑钢管31长度，保证支撑钢管31的顶部标高一致，支撑钢管31顶部具有安装槽，安装槽内焊接有第一钢板32，第一钢板32顶部焊接有双拼工字钢33，双拼工字钢33顶部支撑有贝雷片34，贝雷片34上方铺设有工字钢35，工字钢35铺设有第二钢板36，第二钢板36外侧设有栏杆37，第二钢板36为拱上施工平台3作业面，且支撑钢管31底部与上弦管20之间，支撑钢管31顶部与双拼工字钢33焊接有第一加劲板38，保证拱上施工平台3在拱上的支撑稳定性。

本实施例中，拱上塔吊6采用塔吊基础4连接于拱上。如图15-图17所示，塔吊基础4包括基座41，基座41包括拱顶侧钢管基座411和拱脚侧钢管基座412，拱脚侧钢管基座412的长度大于拱顶侧钢管基座411长度，使得拱脚侧钢管基座412和拱顶侧钢管基座411顶部标高一致，拱脚侧钢管基座412和拱顶侧钢管基座411的底部均通过第二加劲板414溶透焊接于上弦管20，保证焊接稳定性，拱脚侧钢管基座412和拱顶侧钢管基座411内部均填充满基座内混凝土416，保证抗倾覆能力，基座41上方设有整体基础42，整体基础42为预制构件，便于在工厂焊接，且提高焊接质量，减少在拱上高空焊接作业；整体基础42包括两个主横梁421，拱顶侧的主横梁421焊接于拱顶侧钢管基座411顶部，拱脚侧的主横梁421焊接于拱脚侧钢管基座412顶部，主横梁421顶部设有塔脚支腿预埋件422，用于连接塔吊6，两个主横梁421之间通过两个第一支撑梁423和两个第二支撑梁424连接，两个第一支撑梁423支撑于主横梁421连接塔脚支腿预埋件422的位置上部，两个第二支撑梁424支撑于主横梁421连接基座41的位置中部，因主横梁421底部通过基座41直接支撑，故主横梁421底部较强，通过两个第一支撑梁423加强主横梁421上部，通过两个第二支撑梁424加强主横梁421中部，使得主横梁421的整体强度高，且整体基础42的整体性和强度更好，保证塔吊作业安全，使得施工更加安全和方便。

本实施例所述大跨拱桥外包混凝土的施工方法，主要从施工角度出发，在设计计算结果基础上，与设计单位充分沟通，对分环分段分工作面进行调整，确保施工的可行性。同时，提出拱上施工平台、塔吊，以及模板周转等施工措施，保证施工质量和安全。

劲性骨架拱桥外包混凝土施工的多环多段多工作面的施工划分：对于分环，综合考虑分环数量对劲性骨架承载力和施工便利性，采用分底板环12、腹板环11和顶板环10三环的方法，各环的高度选择则考虑倒角及其倒角筋影响而设置，且考虑底板侧模能够转用至顶板侧模设计；除此之外，分环划分还需考虑各环的混凝土重量，尤其是底板环。这是由于每一环合龙前，未形成刚性自稳体系，所浇筑的混凝土均由劲性骨架或已浇筑的混凝土来承担。因此，在未合龙前，随着混凝土的增加，劲性骨架所承受的荷载越大，安全风险越高。以底板环为例，若划分的方量较小，则后续腹板环方量则越大，对底板环的承载能力考验越大；若划分的方量较大，则底板环未合龙前，随着混凝土的持续浇筑加载，对劲性骨架的内力和变形均带来较大影响。

对于分段，则考虑避开劲性骨架及其节点板22的影响，方便装模板，且考虑底板侧模能够转用至顶板侧模设计，以及考虑对应环的所有工作面的对应工作段的混凝土方量基本相等，保证施工加载均衡；且浇筑长度和方量：混凝土的浇筑是一个动态的加载过程，该过程时长不宜过长，否则会对劲性骨架的内力和变形带来影响。因此，以10个小时的浇筑时间为控制，从而确定其浇筑方量和浇筑长度。除外，每个工作面的分段数需一致，保证均匀加载。

对于工作面，合理设置工作面可使劲性骨架结构保持良好的受力性能，减少施工缝和施工设备，提高经济性。对于大跨径拱桥，全桥设置为八个工作面较为合理。对于八工作面的施工组织，有以下考虑：(1)拱上塔吊布置：八工作面的划分需匹配拱上塔吊的布置情况，确保拱上所有的工作面均有塔吊工作范围所覆盖，即每个工作面或者每两个工作面由1台塔吊专供，防止出现不同工作面之间“抢”塔吊的情况；(2)拱上平台布置：考虑各工作面的钢筋、模板等材料转运，在拱上两岸对称地设置相应的施工平台，确保至少每两个工作面共用一个施工平台；(3)对于两岸来说，均为4个工作面，两岸应按先施工第2和4工作面，再施工第1和3工作面的方法进行施工，除了应力方面的考虑外。也是为了：一方面减少每次的浇筑时长，降低风险；另一方面可错开作业班组，确保有充足的施工准备，减少组织难度。

在分环分段分工作面的基础上，两岸对称布置塔吊6和拱上施工平台3，其中塔吊6的作业半径能够保证覆盖全桥范围。此外，除底板环12的底模为一次性投入之外，模板的周转则根据分段结果进行周转。本实施例中，采用3环8工作面6工作段的方式能够更加容易、安全和高效率的完成对桥长大于或等于600m的拱桥的劲性骨架拱桥外包混凝土的施工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大跨拱桥外包混凝土的施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：

S1、将拱桥外包混凝土沿高度方向分成顶板环、底板环和腹板环；

S2、将顶板环沿拱桥纵向分成m个顶板工作面，将底板环沿拱桥纵向分成m个底板工作面，将腹板环沿拱桥纵向分成m个腹板工作面；m为偶数，沿拱桥两岸各设置相同数量的顶板工作面、底板工作面和腹板工作面，拱桥两岸的顶板工作面、底板工作面和腹板工作面分别对应对称设置；并将顶板工作面、底板工作面和腹板工作面分别分成相等数量的工作段；

S3、先以工作段为施工单位且沿拱桥两岸对称施工所有底板工作面的外包混凝土，然后以工作段为施工单位沿拱桥两岸和拱桥横向两侧对称施工所有腹板工作面的外包混凝土，再以工作段为施工单位沿拱桥两岸对称施工所有顶板工作面的外包混凝土，完成拱桥外包混凝土施工；

在步骤S3中：施工完成底板环的外包混凝土时，先施工完所有底板工作面靠近拱脚的工作段，然后施工完所有底板工作面的下一对应工作段，从拱脚向拱顶，依次循环施工完所有底板工作面对应工作段；施工完成腹板环的外包混凝土时，先施工完所有腹板工作面靠近拱脚的工作段，然后施工完所有腹板工作面的下一对应工作段，依次循环施工完所有腹板工作面对应工作段；施工完成底板环的外包混凝土时，先施工完所有底板工作面靠近拱脚的工作段，然后施工完所有底板工作面的下一对应工作段，依次循环施工完所有底板工作面对应工作段。

2.根据权利要求1所述的大跨拱桥外包混凝土的施工方法，其特征在于，在步骤S2中，所有底板工作面的对应工作段的混凝土方量差值小于或等于20m³，所有腹板工作面的对应工作段的混凝土方量差值小于或等于20m³，所有顶板工作面的对应工作段的混凝土方量差值小于或等于20m³。

3.根据权利要求2所述的大跨拱桥外包混凝土的施工方法，其特征在于，在步骤S2中，m＝8，从拱脚到拱顶，拱桥同岸的四个底板工作面依次为第一底板工作面、第二底板工作面、第三底板工作面和第四底板工作面，拱桥同岸的四个腹板工作面依次为第一腹板工作面、第二腹板工作面、第三腹板工作面和第四腹板工作面，拱桥同岸的四个顶板工作面依次为第一顶板工作面、第二顶板工作面、第三顶板工作面和第四顶板工作面；

在步骤S3中，从拱脚向拱顶的方向施工每个底板工作面的工作段的外包混凝土，循环步骤A直至所有底板工作面的外包混凝土施工完成；步骤A：先同步施工第二底板工作面和第四底板工作面的一个工作段的外包混凝土，再同步施工第一底板工作面和第三底板工作面的一个工作段的外包混凝土；

在步骤S3中，从拱脚向拱顶的方向施工每个腹板工作面的工作段的外包混凝土，循环步骤B直至所有腹板工作面的外包混凝土施工完成，步骤B：先同步施工第二腹板工作面和第四腹板工作面的一个工作段的外包混凝土，再同步施工第一腹板工作面和第三腹板工作面的一个工作段的外包混凝土；

在步骤S3中，从拱脚向拱顶的方向施工每个顶板工作面的工作段的外包混凝土，循环步骤C直至所有顶板工作面的外包混凝土施工完成，步骤C：先同步施工第二顶板工作面和第四顶板工作面的一个工作段的外包混凝土，再同步施工第一顶板工作面和第三顶板工作面的一个工作段的外包混凝土。

4.根据权利要求3所述的大跨拱桥外包混凝土的施工方法，其特征在于，将顶板工作面、底板工作面均沿拱桥纵向分成6个工作段，将腹板工作面分成6或7个工作段，将位于拱桥的拱脚处的腹板工作面靠近拱脚的一侧沿高度方向分成两个工作段，将腹板工作面的剩余工作段沿拱桥纵向分布。

5.根据权利要求1所述的大跨拱桥外包混凝土的施工方法，其特征在于，工作段的端部与拱桥的拱的劲性骨架的节点板错位设置；

劲性骨架包括上弦管、下弦管以及上弦管和下弦管之间的腹联和斜联，节点板是劲性骨架的上弦管与斜联之间或与腹联之间的连接板，或节点板是劲性骨架的下弦管与斜联之间或与腹联之间的连接板，或节点板是腹联和斜联之间的连接板。

6.根据权利要求1所述的大跨拱桥外包混凝土的施工方法，其特征在于，靠近拱顶的腹板工作面的长度大于靠近拱脚的腹板工作面的长度。

7.根据权利要求1-6任一所述的大跨拱桥外包混凝土的施工方法，其特征在于，底板环的高度高于底板环与腹板环之间的倒角及倒角的倒角筋，顶板环的高度高于顶板环与腹板环之间的倒角及倒角的倒角筋，顶板环的高度比底板环的高度低8cm-12cm；

在步骤S3中，采用模板系统施工拱桥外包混凝土，模板系统包括：底板环底模、底板环外侧模、底板环内模、腹板模板、顶板底模、顶板顶模和顶板侧模；底板环底模、底板环外侧模、底板环内模用于施工底板工作面的工作段的外包混凝土；顶板底模、顶板顶模和顶板侧模用于施工顶板工作面的工作段的外包混凝土；腹板模板用于施工腹板工作面的工作段的外包混凝土。

8.根据权利要求7所述的大跨拱桥外包混凝土的施工方法，其特征在于，同一纵向位置的顶板工作面和底板工作面的端部位于拱桥的拱的同一横断面；顶板环的高度比底板环的高度低8cm-12cm；

将底板环外侧模转用至顶板侧模，将底板环内模转用至顶板底模。

9.根据权利要求8所述的大跨拱桥外包混凝土的施工方法，其特征在于，施工顶板工作面的工作段时，当前顶板工作面采用对应两个工作段的顶板底模，其中一个顶板底模用于当前工作段的外包混凝土施工，另一个顶板底模用于下一工作段的外包混凝土的钢筋绑扎和混凝土浇筑。

10.根据权利要求1-6任一所述的大跨拱桥外包混凝土的施工方法，其特征在于，在步骤S3之前，在拱上两岸对称的设置若干塔吊，所有拱上的塔吊能够覆盖拱桥纵向范围；

并根据塔吊位置设置相应的施工平台，使得所有拱上的施工平台在拱上两岸对称设置。