上承式鋼筋混凝土箱型拱橋上部結構施工關鍵技術

謝云億

(廣西交科工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

隨著我國社會經濟的快速發展，公路交通建設工程的數量明顯有所增多，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注，其安全性和施工技術更是施工開展的重要基礎。本文主要探討了上承式鋼筋混凝土箱型拱橋的上部結構施工關鍵技術，即預制安裝施工技術，以期為實際應用提供參考。

1 鋼筋混凝土箱型拱橋施工技術概述

近年來，由于拱橋具有安全性較高、受力小以及維護費用較低等優勢而得到廣泛應用，其中鋼筋混凝土拱橋更是因為其良好的上述特點進一步取得了更好的應用效果。在鋼筋混凝土拱橋施工過程中，其方法主要可分為預制安裝法和懸臂現澆法，其中預制安裝法的優點主要體現為成本較低、安全性較高，促進了施工的進度等。本文主要結合實例，分析了鋼筋混凝土箱型拱橋上部結構采用預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，橋寬29 m，橋的矢跨徑為1/6.5，詳細如圖1。在單幅拱內布置有7個箱，且每個拱箱可分為7段展開吊裝。此外，在拱圈中的現澆拱之上設有蓋梁和立柱，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。

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

3 鋼筋混凝土箱型拱橋上部結構施工

3.1 設計施工方案

預制安裝方法施工為上承式鋼筋混凝土箱型拱橋上部結構施工的主要施工方法，預制以及安裝為該技術的關鍵所在。在預制作的過程中，所采用的方法主要為二次預制法。具體而言，首先由于拱箱腹板和橫隔板等小構件板面太薄，難以保證其質量，所以預制主要采用先臥式。其次在小構件預制完成后，將其運送到拱箱預制場中，按照尺寸在地胎上進行拼裝，然后進行混凝土的灌注，從而形成拱箱節段。最后將拱箱節段運送到起吊場地，采用橫移纜索吊機進行安裝。在安裝的過程中，應該采用鋼絞線斜拉扣掛技術進行臨時固定，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個箱單幅橫向進行布置，在每個拱箱進行吊裝時，分7段進行展開，在兩幅中共有節段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設置拱箱預制場。此外，將14條拱箱分段預制地胎設置在預制場中，拱箱的預制可同時預制兩條，并存放34條地胎，疊加兩層，共存放68個箱段。此外，由于23#～29#橋墩右側的場地有限，因此導致拱箱橫隔板和腹板另選場地展開預制工作，并且橫隔板和腹板的預制應該設立在2#拌合站中，而拼裝工作則應該在橫隔板和腹板預制完成后在拱箱預制場中完成。其中，橫隔板和腹板到拱箱預制場距離大約為300 m。

在展開拱箱的施工過程中，預制安裝方法主要可分為三個方面：

(1)制作拱箱地胎。在運用計算機技術進行精準放樣的基礎上進行地胎的制作，因為在拱箱端頭進行了接頭角鋼的預埋，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變形以及預埋走樣的情況，通常均需要在地胎的兩端根據大樣圖進行混凝土定位臺座的設置，其中定位臺座的底部和頂部均應該埋有螺栓，而在螺栓埋設的過程中則應該根據圖紙高度進行放樣，從而為定位端頭膜和預埋件提供支撐，同時應該將拱軸線、上弦線和其他接頭構件的位置線進行定位，詳細見圖1。

圖1 拱箱預制地胎示意圖

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

(3)處理扣鎖預埋段。在預制拱箱的吊裝過程中，應該與扣索進行連接，并采用預埋鋼絞法和預埋鋼棒法。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致扣索難以被去除，所以在本文中所采用的方法主要為預埋鋼絞法，詳細施工方法見圖2。即鋼絞線通過低順腹板、底板，并從另一側腹板穿過，最終為鋼筋提供了錨固穩定性。

圖2 預埋鋼絞線示意圖

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。除去拱座上的立柱，其他均采用預制安裝方法進行施工。(2)纜索吊裝系統。本文橋梁的主拱肋安裝均采用纜索吊機進行安裝，而在對鋼絞線斜拉扣掛進行臨時固定時，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。將拱箱運送至起吊位置主要采用平車軌道，起吊運輸主要采用單組主索，并將一段混凝土拱箱起吊運輸到安裝位置，然后對接，初步張拉扣索，再安裝設立的側纜風，同時對拱箱的軸線和標高進行調整，此后逐步將扣索收緊，放松吊點，在完成錨固后將吊點釋放。在后續安裝過程中，應嚴格按照兩岸階段對稱的原則。在單側肋合攏并完成線型的調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行封閉。(4)為了快速安全地完成拱箱安裝，應按照一定的次序開展拱箱安裝工作，同時應該符合相關的設計要求。(5)扣掛體系。拱肋扣點結構、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格為1 860 MPaφ15.24 mm的高強度低松弛鋼絞線，預埋鋼絞線扣點結構，而鋼絞線則主要采用鋼絞線扣點結構的預埋，并由鋼絞線通過塔頂索鞍轉向后進入到后地錨張拉端，在后地錨張拉端上使用夾片錨具，索力的調整主要采用千斤頂展開。若要實現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≥10 t[1]。拱肋節段扣掛系統的受力應該同時使用多種不同的電算程序展開計算以及復核，從而為計算結果的無誤提供保障。在安裝過程中，應該通過合理布設扣索來實現一次扣索同時吊起多條拱肋的目的。(6)調節拱肋軸線以及標高。吊裝拱肋的過程中，相關的控制指標主要為拱肋軸線和標高，其控制過程較為復雜，在整個吊裝過程中，往往需要相關的測量技術人員展開跟蹤觀側，而軸線的調整則主要根據扣掛系統調整標高和臨時橫向側風纜展開。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高產生影響，而為了消除上述問題，通常需要在合攏前對已經完成安裝的拱肋進行標高調整，在將標高調整至規范要求時，即可進行合攏施工。

圖3 纜索吊裝系統的總體布置平面圖

3.4 經濟性分析

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

表1 懸臂現澆拱箱和預制安裝施工拱箱的經濟性比較表

4 結語

隨著我國社會經濟的快速發展，高速公路進入山區的情況越來越常見，而鋼筋混凝土箱型拱橋由于在造價、后期維護以及耐久性等多方面均具有較好的優勢而得到了廣泛應用。相比之下，懸臂現澆施工則對施工環境的要求較低，但是該施工方法卻在造價、施工風險等方面卻較高，嚴重限制了該方法的應用。其中采用預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構的主要施工方法，本文結合實際案例，從拱箱的預制及其施工方法、拱箱的安裝等方面出發，并與懸臂現澆施工進行比較，分析了其經濟性，以此深入分析了預制安裝方法所發揮的作用。