混凝土箱肋拱在橋梁轉體中的應用

伍屹立 王 宏

1 工程概況

珍珠大橋位于務川—彭水公路，跨越洋岡河，橋面到水面的垂直高差為110 m，全長137.7 m，橋梁寬度為12.5 m。本橋為凈跨120 m的鋼筋混凝土箱形截面懸鏈線拱，拱軸系數為 m=1.756，矢跨比1/7，成橋時拱頂設預拱度 24 cm，并沿縱向按二次拋物線分布，拱圈及拱座采用C50混凝土。

2 施工方案

轉體系統由下述幾個部分組成，見圖1。

2.1 鋼筋混凝土拱肋

單箱單室的鋼筋混凝土拱肋，混凝土強度為C50，拱肋采用液壓自爬模施工，每個節段的長度為4.0 m～4.5 m(水平距離為4 m)。橋臺以下部分的拱肋依靠拱腳后方的巖石澆筑，橋臺以上的拱肋在空中豎向澆筑。

轉體拱肋的理論重量為630 t，理論轉體角度為71.745°。

2.2 旋轉鉸

旋轉鉸是確保拱肋轉體順利進行的主要機構之一，其加工精度和安裝精度直接影響著轉體過程的平穩、順暢，以避免轉動過程出現過大的振動，另外還決定了兩岸拱肋的橫橋向合龍精度。

2.3 扣索

扣索是拱肋轉體過程中的主要受力桿件，是拱肋下放過程中的安全保證。在轉體的初期(牽引階段)，扣索和牽引索一起確保拱肋的轉體和受力安全;在轉體的后期(下放階段)，扣索單獨承擔拱肋的重量，并與臨時扣索一起確保拱肋的受力安全。

扣索由4束 22φ 15.24的鋼絞線組成，施工過程中的最大理論扣索索力為7 710 kN，每根鋼絞線的平均最大索力為87.6 kN，其理論安全系數為3。扣索單根鋼絞線的索力要求不小于10kN。扣索的初始理論長度(未計張拉工作長度)為70 m，旋轉到位時的理論長度為114.3 m。

2.4 牽引索

牽引索是拱肋轉體初期的主要動力，也是此階段拱肋受力安全的保障。牽引索的索力必須與拱肋狀態角度及扣索索力相適應，以確保拱肋安全順利地實施轉體。同時，在轉體初期，牽引索的索力還應兼顧使扣索索力不小于規定的最小值，以確保扣索在低應力狀態下的錨固安全。

牽引索由 1束 10φ 15.24的鋼絞線構成，轉體過程中，牽引索的最大索力為1 220 kN，每根鋼絞線的平均最大索力為122 kN，其理論安全系數為2.1。扣索的初始理論長度(未計張拉工作長度)為148 m，旋轉到位時的理論長度為142 m。在整個轉體過程中，牽引索的空間角度基本不變，因此不設轉向裝置。

2.5 臨時扣索

臨時扣索就是為了改善拱肋在混凝土澆筑過程中的這種受力狀態而設置的。另外，臨時扣索的設置還提高了拱肋在整個混凝土澆筑過程中的抗風穩定性。

臨時扣索由2束5根φ 15.24的鋼絞線組成，在拱肋澆筑至7a號橫隔板時張拉，張拉數值為150 kN(每根鋼絞線1.5 kN)，拱肋澆筑完畢時其索力達到最大值，為230 kN。在轉體扣索安裝完畢并進行初張拉后，臨時扣索解除。

2.6 臨時系桿

在澆筑和轉體的早期階段，拱肋基本處于直立狀態，此時的拱肋可以通過調整臨時扣索、扣索以及牽引索等纜索的索力來保證安全。隨著轉體角度的加大，拱肋受力逐漸變成以自重作用下的正彎矩為主。此時，臨時扣索和牽引索已失去作用并已解除，系統成為完全依靠扣索扣掛拱肋的靜定結構，扣索索力的大小完全取決于系統自身的平衡而不能人為調整。逐漸加大的拱腹拉應力成為拱肋受力安全的關鍵，臨時系桿就是為了減小這種拉應力而設置的。

臨時系桿由3束6φ 15.24的鋼絞線組成，在拱肋轉體進行至21.5°時張拉位于中間的一束，張拉力為800 kN;當拱肋轉體進行至32°時，張拉其余的 2束臨時系桿，張拉力均為800 kN。

在拱肋合龍后，臨時系桿按規定程序與扣索一起交替解除。

2.7 扣索轉向鞍座

扣索轉向鞍座設于拱肋后方地面以上一定高度的轉向鞍座定位架上。其位置根據拱肋轉體的初始狀態和結束狀態的扣索方位確定。根據施工單位的原有材料，本橋的轉向鞍座設計成一系列的滾輪組。一根鋼絞線通過與9個滾輪的接觸實現轉向。滾輪安裝在輪軸上，輪軸直徑為120 mm，長度為700 mm，每一根輪軸上安裝22個滾輪，與每束扣索的22根鋼絞線相對應，見圖2。

2.8 扣索張拉臺座

扣索張拉臺座是一嵌固于巖石中的鋼筋混凝土板樁，需要能夠承受扣索最大張拉力(750 t)的作用。考慮摩擦力等不利因素，作用于扣索張拉臺座上的索力按1 000 t計算。務川岸由于一側路基懸空，沒有合適的巖石地基，因此采用開口的箱形截面基礎。

2.9 鋼絞線

用于轉體下放的φ 15.24鋼絞線有左捻和右捻兩種規格，數量各一半。

3 主要施工步驟

1)按設計要求開鑿拱座，完成鉸座、鉸軸、拱腳勁性骨架以及鉸軸防脫臼裝置的施工，鋼管勁性骨架內填充混凝土。2)拱座后背的處理及拱肋的澆筑。3)轉向架及其張拉臺座、牽引索張拉臺座的施工。4)張拉臨時扣索，張拉扣索中的2號、3號束中的10根鋼絞線共150 kN。5)拱肋澆筑完畢，拆除爬模。6)安裝轉體扣索，張拉扣索中的1號，4號束中的18根鋼絞線共230 kN。7)拆除臨時扣索。8)再張拉轉體扣索至300 kN。9)張拉牽引索至1 100 kN。10)利用放松扣索→張拉牽引索→再放松扣索→再張拉牽引索→……循環往復，使拱肋實現轉體。除極個別步驟外，牽引索的張拉行程控制在19 cm以內。11)當拱肋旋轉至16.25°時，拆除已完全松弛的牽引索。12)當拱肋旋轉至 21.45°時，扣索由1號、4號束的18根鋼絞線轉換到2號、3號束的44根鋼絞線。此時的扣索索力為1 414 kN。13)當拱肋旋轉至21.45°時，在更換扣索的同時張拉3束臨時系桿中的2號束，張拉力為800 kN。張拉臨時系桿和更換扣索可獨立進行，沒有同步要求。14)繼續旋轉拱肋至32°時，張拉1號、3號臨時系桿，每束各張拉800 kN(對稱進行)。15)繼續旋轉至合龍高程。16)用同樣的方法施工控制對岸的拱肋，使兩岸拱肋就位高程一致。

4 拱肋轉體到位后的工作要點

1)在晚間對體內勁性骨架進行合龍，以保證焊接過程的安全。2)在合龍段混凝土澆筑前將勁性骨架上平聯合龍，以保證合龍段混凝土的安全。3)體內勁性骨架合龍完畢后將扣索索力提高830 kN，此時的扣索出索量為40 mm，兩岸可不同步操作。4)合龍段混凝土澆筑完畢后，嚴格按照原控制參數總表中的第89步～95步進行操作。5)第90步為2號、3號扣索索力的部分放松，放松參數為:每束扣索索力減小 668 kN，2束一共放松1 336 kN。此時2號、3號扣索的進索量為 120 mm，以進索量控制操作。6)對其兩岸拱座旋轉鉸恢復鋼筋安裝離模澆筑與拱肋、拱座同等強度的C50混凝土。

5 結語

珍珠大橋負角度豎轉施工工藝于2007年7月3日～7月8日(上游)和2007年9月8日～9月12日(下游)成功轉體到位。4個拱肋轉體過程扣索索力及進索量實際測量值與理論值相差很小，扣索的放索控制精度控制達到預先的要求。理論值與實際測量值誤差在10%以內，從各拱肋上下緣應力來看所測的拉、壓應力都大大低于規范規定的數值，因而在整個施工過程中，拱肋的受力是安全的，而且有很大的安全儲備。從以上的綜述可以看出，該箱肋拱轉體施工方法新穎，為國內首創并實施，在國內無施工經驗可詢等情況下成功轉體為以后在山區高深U形峽谷建設橋梁積累了寶貴的經驗。

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