巫山大寧河特大橋拱肋斜拉扣掛法施工設(shè)計(jì)

田繼開

（中鐵大橋局施工設(shè)計(jì)事業(yè)部 武漢 430050）

1 工程概況

巫山大寧河特大橋位于長江支流大寧河入江口附近，在著名的長江三峽風(fēng)景區(qū)內(nèi)。橋梁全長682m，主跨為凈跨400m的鋼箱桁架上承式拱橋，主拱凈矢高80m，矢跨比1／5，拱軸系數(shù)m＝1．9，橋式布置見圖1。

圖1 橋式布置圖（單位：cm）

主拱圈橫向?yàn)?片拱肋。單片桁架拱肋分18個(gè)節(jié)段，1個(gè)拱頂合龍段，全橋共55個(gè)節(jié)段，最大吊裝節(jié)段重量為162t，吊裝節(jié)段最長約28．5 m。拱圈節(jié)段安裝采用扣、錨索系統(tǒng)斜拉扣掛法施工，節(jié)段吊裝利用纜索吊機(jī)進(jìn)行［1］。拱肋示意圖見圖2。

圖2 拱肋示意圖

2 施工設(shè)計(jì)難點(diǎn)

（1）扣塔高度大，扣、錨索施工過程中需嚴(yán)格控制不平衡水平力，否則將導(dǎo)致扣塔頂水平位移過大或者扣塔底受拉開裂。

（2）兩岸地形陡峭，錨碇布置受限，錨索錨固布置困難。

（3）兩岸土層松散，開挖風(fēng)險(xiǎn)大，需盡量減少開挖量。

（4）工程地處國家5A級風(fēng)景區(qū)，環(huán)境保護(hù)要求高，設(shè)計(jì)施工應(yīng)采取可靠措施，盡量減少對地表環(huán)境的影響。

3 扣、錨索系統(tǒng)布置

扣、錨索系統(tǒng)一般由扣塔、扣索、錨索、錨固系統(tǒng)等部分組成。本橋扣、錨索系統(tǒng)布置見圖3。

圖3 扣、錨索系統(tǒng)布置圖

本橋扣、錨索系統(tǒng)布置主要特點(diǎn)：

（1）錨索盡量錨固在各主墩承臺(tái)上，充分利用主體結(jié)構(gòu)受力，減少錨體結(jié)構(gòu)的工程量。

（2）扣塔設(shè)計(jì)充分利用主體交界墩，節(jié)省臨時(shí)工程量。

（3）扣、錨索采用分離式布置，扣、錨索相對獨(dú)立。

（4）通過塔頂錨固構(gòu)造，有效保證了各組扣、錨索力作用線全部交于扣塔中心線上，從而使扣塔成為軸心受壓構(gòu)件。

（5）部分錨索臨時(shí)錨碇采用預(yù)應(yīng)力錨索式構(gòu)造，有效減少了錨碇體工程量和土石方開挖量。

4 扣塔施工設(shè)計(jì)

為減少臨時(shí)工程量，扣索塔架由主體交界墩及其上部鋼塔組成，鋼塔根部埋入交界墩混凝土中，形成固結(jié)。上部鋼塔立柱采用熱軋寬翼緣H型鋼，橫向布置3組塔柱，上、下游塔柱中心至中游塔柱中心均為10m，以N型萬能桿件作為聯(lián)結(jié)系?？鬯⒅B接采用精制螺栓，聯(lián)結(jié)系桿件采用普通螺栓連接。鋼塔凈高33．2m，到交界墩底部總高約115m。鋼塔布置見圖4。

圖4 鋼塔架布置圖

5 扣、錨索施工設(shè)計(jì)

扣、錨索采用分離式布置，扣、錨索相對獨(dú)立。兩岸各布置9對扣、錨索。每對扣、錨索橫向共3組，分別對應(yīng)3片主桁。扣、錨索均采用Φj15．24（Rby＝1 860MPa）鋼絞線。設(shè)計(jì)時(shí)，先計(jì)算統(tǒng)計(jì)各段主拱圈的重量，然后根據(jù)施工順序，計(jì)算扣、錨索索力，最后根據(jù)計(jì)算索力確定鋼絞線數(shù)量。一般情況下，扣、錨索安全系數(shù)應(yīng)不小于2．5。

6 錨固系統(tǒng)施工設(shè)計(jì)

錨固系統(tǒng)主要由扣索前端錨固、扣塔端錨固和錨索后端錨固3部分組成?？鬯髑岸送ㄟ^錨箱與扣點(diǎn)拉板銷接進(jìn)行錨固，拉板內(nèi)側(cè)與拱肋腹板內(nèi)側(cè)對齊?？鬯隋^固包括在交界墩范圍通過墩身預(yù)留孔道和張拉錨槽、以及在鋼塔部分采用橫向錨梁等2種形式進(jìn)行扣、錨索錨固。錨索后端錨固采用2種形式，兩岸1～5號錨索均錨固在主體結(jié)構(gòu)拱座或承臺(tái)上，6～9號錨索采用獨(dú)立臨時(shí)錨碇進(jìn)行錨固。

6．1 扣索前端錨固

扣點(diǎn)采用拉板的形式，內(nèi)側(cè)設(shè)加勁板保證拉板側(cè)向穩(wěn)定。2塊拉板對齊主拱圈上弦的鋼箱梁腹板，與鋼箱梁頂板進(jìn)行全熔透焊［2］。

拉板與錨箱通過鋼銷連接?？鬯鞑捎娩撱q線，在錨箱處采用固定端P型錨固定。扣索前端錨固構(gòu)造見圖5。

圖5 扣索前端錨固構(gòu)造圖

6．2 扣塔端錨固

本橋的扣塔端錨固包括交界墩錨固和鋼塔錨固2個(gè)部分。每組扣、錨索的水平分力應(yīng)大小相等，方向相反，以避免對扣塔產(chǎn)生不平衡水平力。根據(jù)總體布置，各組扣、錨索在立面上均交于扣塔中心線上，這樣就避免了因?yàn)樨Q向合力偏心而引起的扣塔立柱受力不均勻。因此，扣塔端錨固構(gòu)造需嚴(yán)格滿足扣、錨索布置的要求。

在扣塔的交界墩部分錨固時(shí)，扣、錨索分別穿過交界墩的預(yù)留孔道后，在墩身另外一側(cè)的張拉錨槽內(nèi)進(jìn)行錨固。交界墩身錨固構(gòu)造見圖6。

圖6 交界墩范圍錨固布置圖

一般情況下，對于采用分離式布置的扣、錨索，扣索和錨索除一端分別錨固在拱段前端和后錨碇處外，另一端均錨固在扣索塔架頂順橋向布置的張拉錨梁兩端。由于多根扣索在拱段上的錨點(diǎn)位置各不相同，而與之相對應(yīng)的各根錨索錨固位置也不盡相同，即使每組扣、錨索的水平分力相等，扣、錨索的豎向分力也并不完全相等。由于扣索和錨索在張拉錨梁的錨點(diǎn)一般均不與扣索塔架中心重合，則張拉錨梁對扣索塔架頂?shù)呢Q向合力將偏離扣索塔架中心，從而對扣塔產(chǎn)生較大的偏心彎矩，對扣索塔架的設(shè)計(jì)造成困難。

采用分離式扣、錨索縱向張拉錨固構(gòu)造的扣索塔架，其頂部需承受豎向力和偏心力矩2種荷載。經(jīng)過分析，若對分離式扣、錨索采用橫向錨梁進(jìn)行錨固，在各組扣、錨索作用線均交于扣塔中心線上的情況下，扣索塔架頂部只承受豎向力，不承受不平衡水平力和偏心彎矩，從而在極大程度上減小扣塔的設(shè)計(jì)荷載，為扣塔設(shè)計(jì)帶來便利。

因此，本橋的分離式扣、錨索在扣塔的鋼塔范圍采用橫向錨梁錨固的方式，有效保證了各組扣、錨索力作用線均交于扣塔中心線上，從而明顯改善扣塔的整體受力狀態(tài)。該方法實(shí)現(xiàn)方式為：每組扣、錨索分別對稱平衡錨固于同一根橫向錨梁上，此錨梁再通過下部設(shè)置的強(qiáng)大分配梁體系將荷載均勻傳遞至鋼塔立柱上。

本橋錨索后端錨固系統(tǒng)的布置充分利用了主體墩臺(tái)受力，主要采用2種形式：①兩岸1～5號錨索均錨固在主體結(jié)構(gòu)拱座或承臺(tái)上，經(jīng)分析計(jì)算，主體結(jié)構(gòu)受力安全；②6～9號錨索采用臨時(shí)的獨(dú)立錨碇進(jìn)行錨固，錨碇規(guī)模根據(jù)錨索索力計(jì)算確定。

利用主體結(jié)構(gòu)墩臺(tái)時(shí)，錨索后端與錨箱相連，再由錨箱通過銷軸將錨索力傳遞到錨座，最終由錨座通過預(yù)埋錨筋將荷載傳遞到主體墩臺(tái)。布置時(shí)，盡量使錨固于同一承臺(tái)的所有錨筋的合力中心線通過承臺(tái)底中心，以免承臺(tái)樁基承受過大彎矩。利用主體結(jié)構(gòu)墩臺(tái)的錨索后端錨固布置見圖7。

圖7 錨索后端錨固布置圖

采用臨時(shí)獨(dú)立錨碇時(shí)，錨索后端直接錨固于錨碇體。兩岸各設(shè)2個(gè)整體式鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力錨索式錨碇，錨碇抗滑移穩(wěn)定系數(shù)不小于1．2［3］。為保證錨碇基礎(chǔ)的安全，基坑周邊設(shè)置截水溝，并用漿砌石固面。需注意，預(yù)應(yīng)力錨索必須錨固于新鮮、穩(wěn)定的巖面里，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證錨索的安全性能。

7 結(jié)語

本工程施工方利用本文所述方法安裝巫山大寧河特大橋主拱圈，達(dá)到了以下效果：

（1）充分利用了主體墩臺(tái)進(jìn)行受力，有效減少了錨索后錨固系統(tǒng)的工程量，同時(shí)減少了后錨固開挖量。

（2）將主體交界墩作為扣塔的一部分，進(jìn)行扣、錨索的塔端錨固，節(jié)省了扣塔工程量。

（3）對扣、錨索的鋼塔范圍錨固構(gòu)造進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過新型的張拉錨固形式達(dá)到了扣、錨索力作用線交于扣塔中心線上的目的，有效改善了扣塔的受力狀態(tài)，較傳統(tǒng)施工方式節(jié)省了扣塔工程量。

（4）在橋梁施工領(lǐng)域，較早地采用大噸位分組式預(yù)應(yīng)力錨索錨碇，有效解決了山區(qū)復(fù)雜地形地質(zhì)條件下，錨碇布置困難的難題，同時(shí)減少了開挖工程量，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

實(shí)踐證明，本橋的斜拉扣掛法施工設(shè)計(jì)可較好地滿足拱橋施工的需要，具有廣泛的適用性和較高的經(jīng)濟(jì)性，可供今后類似工程借鑒。

［1］ JGJ041－2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］．北京：人民交通出版社，2000．

［2］ 李星榮，魏才昂，丁峙崐，等．鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004．

［3］ JTG D63－2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京：人民交通出版社，2007．