鳳凰二橋多跨葵花形混凝土拱橋施工技術

秦星

摘要：廣州南沙鳳凰二橋是多跨連續葵花形混凝土拱橋，且地處華南富淤泥質地域，跨越Ⅵ級通航水道。本文從主橋支架、體系轉換、主腹拱結合部施工等方面，介紹了主橋復合支架多孔對稱、雙幅同步施工工藝，體系轉換階段多孔同步分級落架、系桿分次張拉的拱腳水平推力控制措施，以及腹拱根部用臨時柔性鉸替代砼半鉸避免該處混凝土局部開裂的辦法，提供了華南地區多跨連續葵花形砼拱橋拱梁施工的成功范例。

【關鍵詞】多跨；葵花形；拱橋

拱橋因為它的形態優美，而工程造價低廉，但是結構的承載力大而成為一種廣泛的橋梁結構形式，葵花形拱橋因為它的造型輕盈、通透，像葵花的花瓣而得名。作為一種結構新穎、造型優美的上承式混凝土拱橋，葵花形拱橋采用腹拱橫跨主墩直接連接兩邊主拱，大拱上面疊小拱，給結構賦予了更強的層次感，使其既有傳統拱橋的厚重美，又由于其線條優美而顯現代靈動美，且大幅度提高了橋下凈空。預應力葵花拱結構同時具備拱橋和連續剛構橋梁的優點，通過系桿的使用，平衡拱腳的水平推力，減小對地基承載力的要求，對于地質條件不良且有通航要求的河段，是一種很有潛力的新橋型。

1.工程概況

1.1 總體布置

廣州南沙鳳凰二橋起點樁號為K2+384，終點樁號為K2+696，全長0.312km，由中間的四跨混凝土連拱和兩岸跨混凝土拱梁組合而成，跨徑組合為40m+4x58m+40m，橋梁的寬度為40.9m，分上下兩幅，單幅橋面寬度19.85m，兩幅橋中央分隔帶凈寬為1.2m。

1.2 施工條件

鳳凰二橋上跨上橫瀝水道，航道等級為內河Ⅵ級，橋址處地勢相對較平坦，枯水期橋區水深約8～12m。覆蓋層從上而下依次為飽和流塑淤泥、松散的粉細砂、全風化強風化的花崗巖。

2.項目技術特點

與國內外眾多已建成的砼拱橋相比，鳳凰二橋最大的特點在于其結構為多跨連續拱，且地處富淤泥質地域，無法通過設計強大的邊墩來抵抗結構體系的水平推力。因此，如何在施工中成功控制該水平推力，制定一套完整適用的施工方法，以達到結構安全、順利成橋的目的，是該項目的關鍵技術難題。

鑒于該橋結構體系受力復雜、拱橋水平推力控制及支架拆除等體系轉換工作難度大等特點，其施工技術重點放在以下幾個方面（1）主橋支架設計，確定主拱支架的合理剛度、腹拱及主梁支架的合理形式，并進行支架穩定性分析；（2）控制拱腳水平推力，優化體外預應力系桿的張拉時機和張拉力的大小；（3）體系轉換，優化支架落架順序，確保結構安全過渡到成橋狀態；（4）混凝土拱肋結構抗裂，從設計和施工角度規避腹拱拱腳等局部應力集中問題。

3.主橋支架設計及施工

3.1 支架整體布置

考慮到橋區所在Ⅵ級航道受橋高限制，組織大型浮吊設備進場難度很大，結合本工程工期緊的特點，本項目的主橋現澆支架選用施工時間相對較短的少點支架與滿堂支架組合的方案。

岸側拱梁現澆支架（60#-61#墩、65#-66#墩）采用下部鋼管立柱與上部碗扣式支撐架組成的復合支架，腹拱及拱上縱梁現澆支架采用碗扣式滿堂支架，通航孔處的現澆支架（62#-63#墩）采用鋼管樁基礎與上部碗扣式支撐架組成的復合支架，并設置30m×6m凈空臨時通航孔，其余水上現澆支架（61#-62#墩、63#-65#墩）采用鋼管樁基礎加上部碗扣式滿堂支撐架組合的復合支架。

3.2 支架施工工藝

施工準備—鋼管樁施沉—平聯、斜撐制安—主橫梁安裝—鋼桁拱架、貝雷梁安裝—分配梁安裝—碗扣支架搭設—支架驗收。

3.3 主橋支架施工

3.3.1鋼管樁施沉。本橋主橋支架共計428根螺旋鋼管樁，有φ1000x10、φ800x10、φ630x14、φ630x8四種樁型，根據需要采用打樁船+D-80柴油錘和履帶吊+DZ90液壓振動錘兩種方式沉放。

3.3.2平聯、斜撐制安。平聯與鋼管樁之間的連接采用 “哈佛接頭”，根據相貫線，提前在后場下料。部分平聯需要與墩身連接（扶墻）墩身施工時提前做好預埋件埋設。

3.3.3主橫梁安裝。主橫梁采用雙拼HN700、雙拼HM588型鋼，采用后場備料加工、前場將焊接固定。

3.3.4鋼桁拱梁、貝雷梁安裝。為確保主拱通航，采用33m×3.3m鋼拱架作為上部支撐結構，上下弦桿采用HN700×300型鋼。鋼拱架在后場加工，現場用浮吊整體安裝就位。

3.3.5非通航孔的主縱梁采用“321”貝雷梁，預先在陸上拼裝成長度9m、12m、15m單層結構形式，采用浮吊或履帶吊安裝就位。安裝時，貝雷梁的支撐點對應于銷軸連接節點位置，其他位置用豎桿加強，各組貝雷梁之間每隔9m用∠75×75×6mm角鋼剪刀撐聯結成整體，橫向用U形限位卡、端頭用I14工字鋼焊接固定在主橫梁上。

3.3.6碗扣支架搭設。支架縱向間距0.6m，頂部布置縱橫封口桿，底部布置縱橫掃地桿，每根立桿與封口桿的連接牢固采用扣件。按照構造要求，支架中間、四周設置連續剪刀撐，剪刀撐的縱橫向距離不得>4跨，角度控制在45°-60°。

4.葵花形拱橋體系的轉換

在拱橋現澆支架拆除前，所有結構重量均有支架承擔，此時拱結構沒有水平向的推力，但是隨著拱橋現澆支架的拆除，結構自重逐漸由拱圈承擔，且內力大小會隨活載的變化而變化，從而產生不平衡水平推力，直接影響成橋質量及安全。故需在體系轉換過程中有效控制拱腳水平推力，從而保證體系轉換過程平穩安全的完成。

4.1 總體落架方案

如前所述，鳳凰二橋主橋支架采用復合支架法。其支架落架過程，對橋梁結構而言是一個加載過程，橋梁自重由支架和結構共同承擔過渡成全部由橋梁結構承擔，結構的受力和變形極為復雜，而且多跨連續拱橋的拱與拱之間也存在較為復雜的作用關系，不同落架方案對拱腳水平推力、拱圈內力及變形均有較大的影響。不合理的落架方案將會給結構的安全帶來較大的安全隱患。

根據均衡、對稱的原則，初步考慮三種落架方案：方案一：由兩側往中間的順序落架，即首先邊拱，然后次邊拱，最后中拱；方案二：由中間往兩側的順序落架，即首先中拱，然后次邊拱，最后中拱；方案三：同步落架。

通過建模分析發現，方案一、方案二由于在落架過程中都會存在一個墩子兩側的兩個拱圈一個已經落架，另外一個沒有落架，拱腳都存在一側落架另一側未落的情況，導致墩底產生極大的不平衡水平推力而產生較大的位移。方案三同步落架則可以確保每一個拱圈同時對拱腳墩底產生水平推力，并相互平衡，從而減小墩底水平位移，滿足規范要求的小于6mm的限值，因此選擇方案三同步落架。

4.2 單孔支架拆除

拱支架為滿堂支架，每孔均有幾千的立桿，為了能夠盡可能的同步，采用循環落架法。即分區域多次循環旋轉立桿頂托的螺母逐步、均勻、緩慢地落架，具體落架步驟如下：

第一步：將拱圈從拱頂到拱腳依次劃分5個區域（拱頂、1/4區域、拱腳）；第二步：將拱頂區域的立桿頂托螺栓松1/2絲；第三步：將拱圈1/4區域的立桿頂托螺栓松1/2絲；第四步：將拱腳區域的立桿頂托螺栓松1/2絲；第五步：依次重復第二到第三步知道全部立桿與拱圈完全脫離。

經仿真計算可知，隨著卸落過程的深入，其拱座水平推力、拱座軸力及拱座彎矩等，變化趨勢都較為平穩而合理，可保證落架過程結構及支架穩定。

4.3 體系轉換實施

體系轉換由支架落架與系桿張拉過程組合而成，具體分如下16個步驟：（1）第一次張拉體外系桿；（2）拆除縱梁支架、邊拱（60-61、65-66）支架；（3）第二次張拉體外系桿；（4）61#-62#、63#-64#、64#-65#跨主拱支架循環卸落12mm；（5）第三次張拉體外系桿；（6）通航孔（62-63）跨中桁架整體卸落；（7）第四次張拉體外系桿；（8）61#-62#、63#-64#、64#-65#跨拱頂支架循環落架；（9）第五次張拉體外系桿；（10）全部拱腳支架循環落架；（11）第六次張拉體外系桿；（12）施工部分防撞墻、人行道基座、人行道板及欄桿；（13）第七次張拉體外系桿；（14）全部腹拱支架同步、對稱、循環落架；（15）第八次張拉體外系桿；（16）施工橋面鋪裝；終調全部系桿，封錨。

體系轉換全過程統一指揮，體外系桿張拉、支架拆除、桁架卸落時務求同步、緩慢、對稱、均勻，同時嚴密監測左右幅主墩順橋向位移。

5.主腹拱結合部施工

為確保腹拱拱腳后澆部位施工質量，拱腳部位設置臨時柔性鉸：主腹拱拱腳連接段預埋型鋼構件，待腹拱支架拆除后，后澆混凝土連接，用臨時柔性鉸替代原設計中的半鉸結構，既達到施工過程混凝土振搗密實目的，又能通過柔性鉸釋放施工過程中產生的集中應力，避免主腹拱連接部位混凝土開裂，見圖1。

6.結束語

廣州南沙鳳凰二橋是一座多跨連續葵花形混凝土拱橋，施工中采用復合支架多孔對稱、雙幅同步施工工藝，解決了多跨連續葵花形砼拱橋的結構體系和建設條件復雜的技術難題；通過多孔同步分級落架、系桿分次張拉，有效控制了體系轉換各階段拱腳水平推力；通過在腹拱根部用臨時柔性鉸替代砼半鉸，避免了該處混凝土局部開裂，方便了砼后澆施工。成橋后拱圈線形良好，外觀質量高，各項技術指標完全滿足規范及設計要求，為華南富淤泥質地域同類型橋梁施工提供了成功范例和有益借鑒。

【參考文獻】

[1]陳強，張凱杰，周水興，龔興生.單箱單室混凝土拱橋拱圈懸臂澆筑施工控制[J].公路，2019（01）：103-107.

[2]劉滔，刁硯.鋼管混凝土拱橋拱腳臨時鉸應力分析[J].四川建材，2019，45（01）：163-164.