鋼筋混凝土拱橋主拱圈懸臂澆筑施工問題

劉剛 曲磊 亓秀菊

（山東宇通路橋集團有限公司，山東 東營 257300）

一、工程概況

某特大橋工程是SJ高速公路控制性工程，起訖樁號k65+279.8～k65+645.3，橋梁全長365m，半幅橋橋面橫坡2%，主橋為長185m的鋼筋混凝土箱型拱；橋梁凈矢高30m，凈跨徑185m，矢跨比為1∶6.17；該橋梁按照公路一級荷載等級設(shè)計，行車時速80km，橋址處最大設(shè)計風(fēng)速為20.8m/s。單幅橋單箱雙室箱型截面為7.5m寬、2.8m高，縱向劃分為27段，除兩岸拱腳1#段支架現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)及拱橋合龍段吊架施工外，其余節(jié)段均采用掛籃懸臂澆筑施工。充分對比施工成本、工藝技術(shù)、結(jié)構(gòu)安全、成橋效果后，最終決定采用掛籃懸臂混凝土現(xiàn)澆箱型拱橋施工工藝，既能保證大跨徑鋼混拱橋結(jié)構(gòu)的整體性，又能提升橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

二、施工技術(shù)難點及部署

（一）技術(shù)難點

該特大鋼筋混凝土拱橋主拱圈懸臂澆筑施工主要面臨以下技術(shù)難題：一是扣搭設(shè)計及施工。該拱橋主拱圈扣搭主要采用多規(guī)格鋼管及型鋼構(gòu)成的空間桁架結(jié)構(gòu)，構(gòu)造受力復(fù)雜，除必須準(zhǔn)確分析扣索影響搭架程度外，還必須嚴(yán)格保證拼裝施工精度。二是掛籃設(shè)計及運行。該特大鋼混拱橋主拱圈懸臂澆筑施工時澆筑節(jié)段長度長、重量大，其懸臂節(jié)段澆筑必須沿拱圈頂面爬升，掛籃結(jié)構(gòu)在功能、受力及變形等方面必須符合要求。三是扣索張拉。必須嚴(yán)格控制扣搭變形及偏位；錨索扣搭張拉必須一次到位，所以在扣搭施工前須通過有限元分析施工流程及結(jié)構(gòu)設(shè)計，得到最合理的索力施工數(shù)據(jù)。四是拱圈的線性控制。該特大鋼混拱橋主拱圈線性程度與成橋后拱圈受力情況直接相關(guān)，必須加強拱圈線性控制以保證其受力合理。

（二）施工部署

考慮到掛籃安裝需要，拱圈拱腳起步段應(yīng)搭接現(xiàn)澆施工，其余節(jié)段均采用掛籃懸臂澆筑施工。勁性骨架在安裝好后方可對合龍段吊架施工。掛籃1#～5#節(jié)段按要求扣掛在交接墩蓋梁；6#～13#節(jié)段則順次扣掛在扣搭完成的1層～4層錨箱結(jié)構(gòu)處。設(shè)置在交界墩頂?shù)拇羁墼O(shè)計高度為26.9m，其頂部增設(shè)焊接纜索支架及兩根工作索，用于施工材料、機具設(shè)備等的運輸。

三、主拱圈懸臂澆筑施工

（一）掛籃結(jié)構(gòu)

該橋梁主拱圈懸臂澆筑施工主要以懸澆掛籃為承重構(gòu)件，經(jīng)充分考慮主拱圈寬度較寬、節(jié)段角度變化大等情況，最終選用下承上行式斜爬掛籃，并從拱腳開始對稱澆筑。該型式掛籃結(jié)構(gòu)結(jié)合了承重桁架系統(tǒng)和底籃支承系統(tǒng)優(yōu)勢，在箱梁底部倒置安裝主桁架結(jié)構(gòu)，分配梁是擱置于主桁的上弦型鋼；澆筑懸臂施工時，用拉桿提起主桁架和模板，并使其緊貼箱梁底，設(shè)置千斤頂在后支點以調(diào)整底模標(biāo)高；將抗剪臂設(shè)置在中橫梁后部，抵消箱梁在澆筑過程中產(chǎn)生的部分或全部下滑力。掛籃行走過程中，松開拉桿、抗剪臂和后部千斤頂?shù)?，掛籃結(jié)構(gòu)全部懸掛于箱梁頂面，借助頂推掛鉤實現(xiàn)掛籃前行。

確定該鋼混結(jié)構(gòu)拱橋主拱圈懸臂澆筑施工掛籃荷載工況主要考慮澆筑長度、仰角角度、行走狀況、梁體承力等，并應(yīng)用MIDAS有限元分析軟件驗算最不利工況荷載[1]，掛籃MIDAS模型圖如圖1所示，各工況計算結(jié)果如表1所示。

圖1 掛籃MIDAS模型圖

表1 各工況掛籃結(jié)構(gòu)受力情況計算結(jié)果

由表1可知，全部工況下彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力、軸應(yīng)力取值分別不超過145MPa、85MPa和140MPa，各工況失穩(wěn)模態(tài)最小穩(wěn)定系數(shù)均超出4，故掛籃結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。

（二）掛籃拼裝、加載、前行及拆除

將掛籃安裝在1#節(jié)段拱箱后澆筑起步段混凝土，在縱梁處安裝千斤頂，并以此為底座將掛籃后部支撐于拱箱底板。錨緊拉桿且掛籃安裝穩(wěn)固后安裝模板系統(tǒng)并調(diào)整標(biāo)高，檢測無誤后澆筑混凝土。

預(yù)載掛籃前，應(yīng)在1#節(jié)段將掛籃拼裝好，通過塔吊將沙袋提升至底模堆載，結(jié)束預(yù)拼后按照設(shè)計荷載的0.6倍、1倍和1.2倍加載掛籃主承重系統(tǒng)靜力[2]，測試掛鉤支承點、各桿件應(yīng)力應(yīng)變及后支座局部受力情況等，對比測試結(jié)果和理論值，調(diào)整并優(yōu)化立模預(yù)抬高方案。

掛籃行走前先按設(shè)計要求安裝軌道，放松千斤頂和拉桿，使掛籃反力輪和箱梁底部接觸并脫模，取走抗剪臂后在止推軌道后部頂推鋼盒，間接傳力給滑船，使掛籃沿軌道順利前行。在千斤頂回油時，將厚度適中的鋼板疊放于鋼盒和滑船之間，并插入銷子避免掛籃滑退。千斤頂頂推運動時不斷接長軌道，掛籃尾部滾輪在梁底滾動，使掛籃不斷交替前移，并整體移動至下個節(jié)段。掛籃止推主要由頂推盒和千斤頂將止推信息傳遞至剪力鍵，通過剪力鍵抵消掛籃下推力。

依次拆除內(nèi)外模、底模、工作平臺、通道、部分橫梁等，保證掛籃前后部分基本平衡；吊升掛籃掛鉤至設(shè)計高度并移向拱座方向后，下放至拱圈1#節(jié)段以下地面處拆除。

（三）合龍段施工

兩岸掛籃現(xiàn)澆結(jié)束后拆除掛籃，并觀測24h內(nèi)的溫度變形，根據(jù)觀測結(jié)果選擇溫度穩(wěn)定的時段合龍施工。合龍段施工時，安裝吊架模板、綁扎鋼筋，在溫度最穩(wěn)定時焊接鎖定勁性骨架，在22∶00～次日7∶00澆筑合龍段混凝土，避免低強度混凝土開裂。

（四）松扣及卸扣施工

等合龍段澆筑混凝土并達到設(shè)計強度，且齡期在96h以上后分級逐段放松扣索，使扣索力轉(zhuǎn)換為拱圈內(nèi)力。按照扣索及錨索張拉的逆程序?qū)ΨQ放松扣索，保證扣搭及錨索水平力始終處于平衡，松扣后必須全面測試拱圈結(jié)構(gòu)受力狀況、拱軸撓度軸線偏移量等[3]，調(diào)整并優(yōu)化拱上橋梁結(jié)構(gòu)加載方案。

四、結(jié)語

綜上，本文針對懸臂拼裝鋼箱拱橋施工特點提出一次扣索張拉到位的思路，能保證扣索索力的穩(wěn)定性并獲得理想的主拱圈結(jié)構(gòu)線形。對比應(yīng)用MIDAS有限元分析軟件所得到的空間模型計算結(jié)果與工程施工實測數(shù)據(jù)，其掛籃結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，一次張拉到位確定扣索索力的方法切實可行。