上承式鋼筋混凝土箱型拱橋上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

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(廣西交科工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路交通建設(shè)工程的數(shù)量明顯有所增多，其中橋梁作為公路交通中不可或缺的部分受到了人們的普遍關(guān)注，其安全性和施工技術(shù)更是施工開展的重要基礎(chǔ)。本文主要探討了上承式鋼筋混凝土箱型拱橋的上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)，即預(yù)制安裝施工技術(shù)，以期為實際應(yīng)用提供參考。

1 鋼筋混凝土箱型拱橋施工技術(shù)概述

近年來，由于拱橋具有安全性較高、受力小以及維護(hù)費用較低等優(yōu)勢而得到廣泛應(yīng)用，其中鋼筋混凝土拱橋更是因為其良好的上述特點進(jìn)一步取得了更好的應(yīng)用效果。在鋼筋混凝土拱橋施工過程中，其方法主要可分為預(yù)制安裝法和懸臂現(xiàn)澆法，其中預(yù)制安裝法的優(yōu)點主要體現(xiàn)為成本較低、安全性較高，促進(jìn)了施工的進(jìn)度等。本文主要結(jié)合實例，分析了鋼筋混凝土箱型拱橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制安裝方法施工的具體效果。

2 工程概述

廣西某大橋，全長為1 665.24 m，主橋跨徑為160 m以上的上承式鋼筋混凝土箱型拱橋，橋?qū)?9 m，橋的矢跨徑為1/6.5，詳細(xì)如圖1。在單幅拱內(nèi)布置有7個箱，且每個拱箱可分為7段展開吊裝。此外，在拱圈中的現(xiàn)澆拱之上設(shè)有蓋梁和立柱，23.42 m為立柱的最大高度，全橋一共有52根立柱，而蓋梁每半幅有17個，一共34個。行車道為空心板，跨徑為10 m，一共418塊空心板，單幅橫向布置9塊，一共布置5聯(lián)。

該橋常年所處的水位較為穩(wěn)定，且流量受到季節(jié)的影響較小，平均風(fēng)速為1.50 m/s，有記錄以來，最大風(fēng)速為17～20 m/s。

3 鋼筋混凝土箱型拱橋上部結(jié)構(gòu)施工

3.1 設(shè)計施工方案

預(yù)制安裝方法施工為上承式鋼筋混凝土箱型拱橋上部結(jié)構(gòu)施工的主要施工方法，預(yù)制以及安裝為該技術(shù)的關(guān)鍵所在。在預(yù)制作的過程中，所采用的方法主要為二次預(yù)制法。具體而言，首先由于拱箱腹板和橫隔板等小構(gòu)件板面太薄，難以保證其質(zhì)量，所以預(yù)制主要采用先臥式。其次在小構(gòu)件預(yù)制完成后，將其運(yùn)送到拱箱預(yù)制場中，按照尺寸在地胎上進(jìn)行拼裝，然后進(jìn)行混凝土的灌注，從而形成拱箱節(jié)段。最后將拱箱節(jié)段運(yùn)送到起吊場地，采用橫移纜索吊機(jī)進(jìn)行安裝。在安裝的過程中，應(yīng)該采用鋼絞線斜拉扣掛技術(shù)進(jìn)行臨時固定，而在完成安裝后再展開箱肋間中縫、箱頂整體化層的澆筑以及展開拱上立柱、蓋梁以及橋面板的施工安裝。

3.2 拱箱的預(yù)制及其施工方法

主橋的單拱箱寬度為1.58 m，高度為2.7 m，將7個箱單幅橫向進(jìn)行布置，在每個拱箱進(jìn)行吊裝時，分7段進(jìn)行展開，在兩幅中共有節(jié)段98個，最大吊重單段為78 t，混凝土總計用量為4 759 m3。在23#～29#橋墩的位置上向右側(cè)設(shè)置拱箱預(yù)制場。此外，將14條拱箱分段預(yù)制地胎設(shè)置在預(yù)制場中，拱箱的預(yù)制可同時預(yù)制兩條，并存放34條地胎，疊加兩層，共存放68個箱段。此外，由于23#～29#橋墩右側(cè)的場地有限，因此導(dǎo)致拱箱橫隔板和腹板另選場地展開預(yù)制工作，并且橫隔板和腹板的預(yù)制應(yīng)該設(shè)立在2#拌合站中，而拼裝工作則應(yīng)該在橫隔板和腹板預(yù)制完成后在拱箱預(yù)制場中完成。其中，橫隔板和腹板到拱箱預(yù)制場距離大約為300 m。

在展開拱箱的施工過程中，預(yù)制安裝方法主要可分為三個方面：

(1)制作拱箱地胎。在運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)放樣的基礎(chǔ)上進(jìn)行地胎的制作，因為在拱箱端頭進(jìn)行了接頭角鋼的預(yù)埋，同時截面制作需要較高的精度，所以為了保證澆筑箱端在展開接頭的過程中不出現(xiàn)變形以及預(yù)埋走樣的情況，通常均需要在地胎的兩端根據(jù)大樣圖進(jìn)行混凝土定位臺座的設(shè)置，其中定位臺座的底部和頂部均應(yīng)該埋有螺栓，而在螺栓埋設(shè)的過程中則應(yīng)該根據(jù)圖紙高度進(jìn)行放樣，從而為定位端頭膜和預(yù)埋件提供支撐，同時應(yīng)該將拱軸線、上弦線和其他接頭構(gòu)件的位置線進(jìn)行定位，詳細(xì)見圖1。

圖1 拱箱預(yù)制地胎示意圖

(2)拱箱的預(yù)制流程和注意事項。拱箱的施工方法主要為預(yù)制組裝法，其預(yù)制流程主要為：①在預(yù)制場中采用臥式預(yù)制的方法對腹板和橫隔板進(jìn)行預(yù)制，應(yīng)該嚴(yán)格按照設(shè)計尺寸要求，預(yù)制工作也應(yīng)該按照相關(guān)的規(guī)范進(jìn)行，避免開裂的問題產(chǎn)生；②將底板鋼筋安裝到拱箱預(yù)制地胎上；③腹板和橫隔板的安裝應(yīng)該嚴(yán)格按照設(shè)計位置要求，同時利用吊錘對地胎墨線進(jìn)行位置的調(diào)整，在位置調(diào)整準(zhǔn)確后采用臨時撐架進(jìn)行定位固定；④對底板、腹板以及橫隔板接縫混凝土進(jìn)行澆筑；⑤澆筑完成后再進(jìn)行頂板模板以及鋼筋的安裝；⑥進(jìn)行頂板混凝土的澆筑以及結(jié)束拱箱節(jié)段的預(yù)制。在進(jìn)行拱箱預(yù)制的過程中，不僅要保證混凝土具備足夠的強(qiáng)度，而且因為拱箱安裝精度直接由拱箱長度所決定，所以應(yīng)該保證每個拱箱的節(jié)段的長度。在拱箱預(yù)制完成后，應(yīng)該準(zhǔn)確測量拱箱的長度，并對溫度進(jìn)行測量。而在拱座的施工過程中，應(yīng)該精準(zhǔn)測量兩岸拱座的實際距離，從而驗證調(diào)整預(yù)制工作。

(3)處理扣鎖預(yù)埋段。在預(yù)制拱箱的吊裝過程中，應(yīng)該與扣索進(jìn)行連接，并采用預(yù)埋鋼絞法和預(yù)埋鋼棒法。其中鋼絞法的操作極為簡單，施工也較為迅速，然而因為本橋拱箱的橫向間距較小，在拱箱吊裝完成后導(dǎo)致扣索難以被去除，所以在本文中所采用的方法主要為預(yù)埋鋼絞法，詳細(xì)施工方法見圖2。即鋼絞線通過低順腹板、底板，并從另一側(cè)腹板穿過，最終為鋼筋提供了錨固穩(wěn)定性。

圖2 預(yù)埋鋼絞線示意圖

3.3 拱箱的安裝

拱箱安裝過程中，主要包括六個方面：(1)拱箱節(jié)段一共可分為98個，最大吊重單段為78 t。全橋一共有52根立柱，而蓋梁每半幅有17個，一共34個。行車道為空心板，跨徑為10 m，一共418塊空心板，單幅橫向布置9塊，一共布置5聯(lián)。除去拱座上的立柱，其他均采用預(yù)制安裝方法進(jìn)行施工。(2)纜索吊裝系統(tǒng)。本文橋梁的主拱肋安裝均采用纜索吊機(jī)進(jìn)行安裝，而在對鋼絞線斜拉扣掛進(jìn)行臨時固定時，均采用吊扣塔真正合一的方式展開(見圖3)。(3)拱箱安裝工藝。將拱箱運(yùn)送至起吊位置主要采用平車軌道，起吊運(yùn)輸主要采用單組主索，并將一段混凝土拱箱起吊運(yùn)輸?shù)桨惭b位置，然后對接，初步張拉扣索，再安裝設(shè)立的側(cè)纜風(fēng)，同時對拱箱的軸線和標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，此后逐步將扣索收緊，放松吊點，在完成錨固后將吊點釋放。在后續(xù)安裝過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照兩岸階段對稱的原則。在單側(cè)肋合攏并完成線型的調(diào)整后逐漸放松拆除扣索，最后再展開其他拱肋的吊裝，并在全部拱肋完成吊裝后對拱腳進(jìn)行封閉。(4)為了快速安全地完成拱箱安裝，應(yīng)按照一定的次序開展拱箱安裝工作，同時應(yīng)該符合相關(guān)的設(shè)計要求。(5)扣掛體系。拱肋扣點結(jié)構(gòu)、扣索、塔架以及扣索地錨為扣掛體系的主要組成部分。在本文的實際案例中，所采用的扣索主要是規(guī)格為1 860 MPaφ15.24 mm的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，預(yù)埋鋼絞線扣點結(jié)構(gòu)，而鋼絞線則主要采用鋼絞線扣點結(jié)構(gòu)的預(yù)埋，并由鋼絞線通過塔頂索鞍轉(zhuǎn)向后進(jìn)入到后地錨張拉端，在后地錨張拉端上使用夾片錨具，索力的調(diào)整主要采用千斤頂展開。若要實現(xiàn)拱肋安裝時由纜索起重繩垂直力到扣索鋼鉸線扣掛受力的轉(zhuǎn)換，通常均需要通過起重索的放松和扣索千斤頂張拉收緊。其中，每根扣索拉力一般控制在10 t左右，且鋼絞線扣索力安全系數(shù)≥10 t[1]。拱肋節(jié)段扣掛系統(tǒng)的受力應(yīng)該同時使用多種不同的電算程序展開計算以及復(fù)核，從而為計算結(jié)果的無誤提供保障。在安裝過程中，應(yīng)該通過合理布設(shè)扣索來實現(xiàn)一次扣索同時吊起多條拱肋的目的。(6)調(diào)節(jié)拱肋軸線以及標(biāo)高。吊裝拱肋的過程中，相關(guān)的控制指標(biāo)主要為拱肋軸線和標(biāo)高，其控制過程較為復(fù)雜，在整個吊裝過程中，往往需要相關(guān)的測量技術(shù)人員展開跟蹤觀側(cè)，而軸線的調(diào)整則主要根據(jù)扣掛系統(tǒng)調(diào)整標(biāo)高和臨時橫向側(cè)風(fēng)纜展開。此外，因為兩岸的扣索長度不一致，并且在溫度變化的作用下會對已安裝的拱肋標(biāo)高產(chǎn)生影響，而為了消除上述問題，通常需要在合攏前對已經(jīng)完成安裝的拱肋進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整，在將標(biāo)高調(diào)整至規(guī)范要求時，即可進(jìn)行合攏施工。

圖3 纜索吊裝系統(tǒng)的總體布置平面圖

3.4 經(jīng)濟(jì)性分析

懸臂現(xiàn)澆施工是目前箱拱設(shè)計施工的主要方法，但該方法在地形條件受限、沒有預(yù)制場地的地段，使得預(yù)制安裝的工作更加具備安全性和經(jīng)濟(jì)性，詳細(xì)見表1。而從表1中也可看出，該表為考慮工期對費用所產(chǎn)生的影響，在工期加快的情況下采用雙幅同時懸臂技術(shù)來澆筑施工，則會使得材料設(shè)備的投入加倍。

表1 懸臂現(xiàn)澆拱箱和預(yù)制安裝施工拱箱的經(jīng)濟(jì)性比較表

4 結(jié)語

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路進(jìn)入山區(qū)的情況越來越常見，而鋼筋混凝土箱型拱橋由于在造價、后期維護(hù)以及耐久性等多方面均具有較好的優(yōu)勢而得到了廣泛應(yīng)用。相比之下，懸臂現(xiàn)澆施工則對施工環(huán)境的要求較低，但是該施工方法卻在造價、施工風(fēng)險等方面卻較高，嚴(yán)重限制了該方法的應(yīng)用。其中采用預(yù)制安裝的方法展開施工為上承式鋼筋混凝土箱型拱橋上部結(jié)構(gòu)的主要施工方法，本文結(jié)合實際案例，從拱箱的預(yù)制及其施工方法、拱箱的安裝等方面出發(fā)，并與懸臂現(xiàn)澆施工進(jìn)行比較，分析了其經(jīng)濟(jì)性，以此深入分析了預(yù)制安裝方法所發(fā)揮的作用。