淺談大跨度鋼筋混凝土拱橋拱梁同步施工關(guān)鍵技術(shù)

【摘 要】鋼筋混凝土拱橋是一種非常適宜山區(qū)地形的橋型，具有跨越能力大、造價經(jīng)濟(jì)、造型美觀的優(yōu)點(diǎn)，在世界各地得到大量的修建。以格魯吉亞南北走廊公路項(xiàng)目B3拱橋?yàn)楸尘埃攸c(diǎn)從“懸臂澆筑、斜拉扣掛、上下同步推進(jìn)”幾個方面進(jìn)行了研究，介紹了大跨度鋼筋混凝土拱橋拱梁同步施工的技術(shù)要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土拱橋； 拱梁同步； 臨時拉索

【中圖分類號】U445.4； U448.22【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

0 引言

拱橋技術(shù)的發(fā)展與施工技術(shù)的進(jìn)步密不可分，最大安全風(fēng)險主要在施工階段，拱橋的施工方法隨著跨徑的不斷增大也隨之相應(yīng)變化，而施工技術(shù)的進(jìn)步，又促進(jìn)拱橋往更大方向發(fā)展。國內(nèi)大跨度鋼筋混凝土拱橋一般采用懸臂澆筑、鋼管混凝土勁性骨架外包混凝土和纜索吊裝箱型拱三種方案，但其宗旨都是先成拱，后完成拱上結(jié)構(gòu)。格魯吉亞南北走廊公路項(xiàng)目的B3拱橋采用了臨時斜拉索懸臂桁架法澆筑施工，使拱梁同步施工的成橋方案。大跨度鋼筋混凝土拱橋采用懸臂桁架法施工的全世界目前僅有西班牙的Tilos橋采用了此方案，雖然我國已建成的各類型拱橋數(shù)不勝數(shù)，但還沒有使用過此類方法修建拱橋。相信不久的將來此方案將會填補(bǔ)我國拱橋建設(shè)的空白。

1 工程概況

B3拱橋位于格魯吉亞高加索山區(qū)，全長432 m，主跨285 m，矢高f=49.18 m，矢跨比1/5.668（圖1）。拱圈采用雙肋薄壁鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，單側(cè)拱箱30個節(jié)段，最長拱圈節(jié)段5.94 m。兩條拱肋間距9 m，寬跨比1/31，單肋寬3 m；拱箱高3.50 m，高跨比1/79.4。拱箱壁厚從拱腳的40 cm，漸變減薄至拱頂?shù)?5 cm（圖2）。兩岸橋臺設(shè)置巖錨，4×7組19束1860鋼絞線對橋臺主梁進(jìn)行錨固，錨索長度38～56 m不等，巖錨孔徑350 mm，最大鉆孔深度39 m。

施工過程中使橋道鋼梁與拱圈、臨時扣鎖、墩柱形成桁架結(jié)構(gòu)。拱箱采用自密實(shí)高強(qiáng)高性能混凝土（C80～C95），一方面為了減小拱箱構(gòu)造尺寸，以此減輕拱圈重量，達(dá)到減小地震響應(yīng)的目的；另一方面，可通過混凝土優(yōu)異的工作性能滿足鋼筋混凝土薄壁箱型拱箱的施工要求，解決了混凝土澆筑振搗的難題。另外，為了橋梁抗震和施工需要，橋道梁采用鋼箱-混凝土組合結(jié)構(gòu)。

橋位處于峽谷地形，地勢險要，兩岸邊坡近乎直立，橋面至谷底高差164 m，西岸橋臺處的基巖主要為火山巖，東岸橋臺處的基巖為白堊系碳酸鹽巖。項(xiàng)目區(qū)域氣候條件惡劣，冬季時間長達(dá)5個月，最低溫度-26.3 ℃，每年最大降雪量360 cm，最小降雪量112 cm；夏季短，最高溫度27.2 ℃，晝夜溫差大，紫外線強(qiáng)。一年中適宜施工工期最長7個月。橋區(qū)地震烈度高，地表峰值加速度0.26g。

2 工藝原理

拱梁同步施工法［1］是采用掛籃懸臂澆筑拱圈節(jié)段，再澆筑拱上立柱，然后采用移動式塔吊安裝橋道鋼梁和臨時斜拉扣索并張拉臨時扣索，兩岸循環(huán)推進(jìn)，斜拉扣索一端錨固于已澆筑拱圈節(jié)段，另一端錨固于橋道鋼梁的底面，通過橋道鋼梁將巨大水平分力傳遞至橋臺，再傳給橋臺巖錨，整個施工過程形成一個桁架懸臂結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

3 施工順序

橋臺巖錨施工—橋臺及橋臺鋼梁施工—巖錨張拉—引橋及拱座施工—拱圈節(jié)段及臨時斜拉索施工—拱上立柱施工—鋼梁架設(shè)—合龍—橋面系施工。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 橋臺巖錨施工

兩岸橋臺設(shè)置巖錨，4×7組19束1860鋼絞線對橋臺主梁進(jìn)行錨固，錨索長度38～56 m不等，巖錨孔徑350 mm，最大鉆孔深度39 m，角度以39°～55°星型放射。錨筋體錨固端長度8 m，自由端根據(jù)錨索長度變化而變化。鉆孔完成后進(jìn)行錨筋體安裝并完成錨固端注漿。

4.2 橋臺及橋臺鋼梁施工

兩岸橋臺現(xiàn)澆而成，橋臺內(nèi)預(yù)留巖錨穿束管道，巖錨鋼束從橋臺內(nèi)穿過與橋臺鋼梁錨固連接。對錨筋體進(jìn)行張拉，張拉力達(dá)到2 970 kN。

4.3 巖錨張拉

鉆孔內(nèi)錨固段水泥注漿體強(qiáng)度需達(dá)到25 MPa以上，方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。預(yù)應(yīng)力張拉時，需分兩次進(jìn)行張拉，兩次張拉間隔時間為3～5天。錨索張拉控制程序?yàn)椋?—20%σ（測量初始讀數(shù)）—70%σ（測量伸長值）；（間隔3～5天） 0—70%σ（測量初始讀數(shù)）—100%σ（測量伸長值）；σ為張拉控制力2 970 kN超張拉15%到3 415 kN時的應(yīng)力。錨索張拉完成7天后，對錨索拉力等進(jìn)行綜合評估合格后截除多余鋼絞線，并進(jìn)行封錨、封端。

4.4 引橋及拱座施工

引橋及拱座采用傳統(tǒng)施工工藝，修建便道至各墩位及拱座，拱座體積較大，兩岸地質(zhì)較為堅(jiān)硬，采用爆破施工開挖。采用旋挖鉆或沖擊鉆進(jìn)行樁基施工，翻模澆筑墩柱直至墩頂。同時在兩岸橋臺拼裝移動式塔吊，開始完成引橋段鋼梁架設(shè)。

4.5 拱圈節(jié)段及臨時斜拉索施工

拱圈設(shè)計(jì)為雙肋拱，截面尺寸為3 m×3.5 m，壁厚以40 cm、30 cm、25 cm從拱腳漸變至跨中。從拱座開始每4個節(jié)段拱圈節(jié)段加1個拱上立柱加1跨鋼梁為一個施工循環(huán)，節(jié)段施工采用自行式爬坡輕型掛籃現(xiàn)場澆筑，掛籃長度約12 m。拱腳處拱圈節(jié)段最長5.96 m，至合龍段逐漸減少至最短3.31 m。第一個拱圈節(jié)段澆筑完成后等待混凝土強(qiáng)度滿足后，利用掛籃自身的爬行裝置向前移動至第二個節(jié)段。第二個節(jié)段完成后安裝第一組對角線臨時扣索并進(jìn)行張拉，臨時扣索采用21束Y1860 S7鋼絞線組成。完成第三、四個拱圈節(jié)段后，在第四個拱圈節(jié)段安裝第二組對角線臨時扣索并張拉，隨后拆除第一組臨時扣索，使拱圈通過第二組拉索受力，開始拱上立柱施工。

4.6 拱上立柱施工

拱上立柱截面尺寸為1.6 m×1.5 m、1.4 m×1.5 m、1.2 m×1.5 m。施工采用翻?；蚺滥Ｊ┕?，每4 m一個施工節(jié)段，待每一節(jié)段立柱強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后移動模板至下一節(jié)段進(jìn)行下一環(huán)節(jié)施工。

4.7 鋼梁架設(shè)施工

梁部設(shè)計(jì)為鋼混結(jié)合梁（圖4），由兩個鋼箱通過桁架連接而成，單跨19 m，橋面混凝土厚度25 cm。

根據(jù)橋梁受力設(shè)計(jì)，每一跨鋼梁重量不一，最重單跨單箱重40 t。箱梁采用移動式塔吊進(jìn)行安裝（圖5）。鋼梁采用集中加工運(yùn)至施工現(xiàn)場，通過自制運(yùn)梁軌道車從已加好的梁端運(yùn)至塔吊后方，塔吊通過180°旋轉(zhuǎn)將鋼梁架設(shè)到位。鋼梁采用焊接連接。至此，拱梁同步懸臂桁架法一個循環(huán)完成，以此類推直至鋼梁合龍。拱圈合龍后逐一拆除臨時扣索，拱橋自身受力體系完成。

4.8 拱圈合龍

合龍段采用西岸掛籃前進(jìn)，東岸掛籃退后2 個節(jié)段進(jìn)行合龍澆筑。采用4組骨架作為合龍段施工，骨架長3.5 mm，每組采用2根［36槽鋼和2塊厚44 mm鋼板密封焊接為一個整體。合龍前對溫度進(jìn)行檢測，選取當(dāng)日溫度最低且穩(wěn)定的時段進(jìn)行混凝土澆筑。待合龍段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)后逐步拆除臨時對角線扣索，完成拱圈內(nèi)力轉(zhuǎn)換。

5 注意事項(xiàng)

（1）自行式爬坡掛籃的不僅要滿足拱圈節(jié)段施工長度，還要滿足輕量化設(shè)計(jì)，根據(jù)圖紙要求不超過25 t。

（2）對角線臨時扣索，在拱圈施工循環(huán)的的第二和第四節(jié)段及時進(jìn)行對角線臨時錨索，隨著拱橋整體逐漸向跨中合龍，在1/4與1/2之間左右，施工過程中會不斷往上翹，索力會不斷釋放，釋放以后按效應(yīng)來說，效應(yīng)會逐漸降低，降低以后由于結(jié)構(gòu)跨度大，拉力逐步減少以后，使墩身（立柱）底部與拱固結(jié)位置應(yīng)力很容易超標(biāo)，因此需要實(shí)時調(diào)整索力，以保證桁架結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

（3）拱上立柱施工，在懸臂狀態(tài)的最前端，受風(fēng)力、溫度、濕度影響，對測量監(jiān)控影響最大，需在每天風(fēng)力較小，溫度、濕度較低的時間進(jìn)行墩柱放樣工作?；炷翝仓捎靡苿踊せ蚍Ｊ┕?，拱上移動吊架緊密配合。

（4）橋面運(yùn)輸設(shè)備是該橋的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)中采用一臺臂長40 m，在30 m的位置可吊起40 t鋼梁的移動式塔吊。設(shè)計(jì)圖中塔吊自重約180 t，從市場調(diào)研結(jié)果來看該設(shè)備需要特殊定制。

6 結(jié)束語

B3拱橋從設(shè)計(jì)角度來看，橋梁整體建構(gòu)設(shè)計(jì)輕盈，拱圈截面、拱上立柱以及鋼梁尺寸設(shè)計(jì)都非常小，適應(yīng)高加索山脈的高地震烈度區(qū)域。拱梁同步施工方案［2］是拱圈、立柱及橋面結(jié)構(gòu)同步跟進(jìn)，在澆筑混凝土過程中形成桁架結(jié)構(gòu)的施工方法。施工時利用預(yù)應(yīng)力束作為已澆結(jié)構(gòu)的臨時索，將桁架錨固在橋臺上，兩岸對稱施工，直至合龍。其關(guān)鍵技術(shù)在于拱圈節(jié)段自行式爬坡掛籃、對角線臨時扣索及應(yīng)力控制、拱上立柱施工、橋面運(yùn)輸設(shè)備的選用以及監(jiān)控量測。其精髓就是拱橋整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得足夠輕盈，抗震性能好，節(jié)約主體材料，較少成拱輔助措施。

參考文獻(xiàn)

［1］ 郭俊峰. 大跨度拱橋施工階段纜索吊裝系統(tǒng)計(jì)算分析［J］. 鐵道建筑技術(shù)， 2020（11）：5.

［2］ 謝彬. 300 m懸臂澆筑鋼筋混凝土拱橋設(shè)計(jì)研究［D］. 長沙：長沙理工大學(xué)，2015.

［作者簡介］閆攀飛（1989—），男，本科，工程師，從事公路工程項(xiàng)目管理工作。