掛籃懸澆拱橋1#拱圈支架體系受力轉換研究

楊 林

（中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530000）

1 工程概況

馬蹄河特大橋的橋跨布置為2×30m預制T梁+凈跨180m主拱（拱上跨度195m，為15×13m空心板）+2×30m預制T梁，全橋長327.595m，如圖1所示。主橋為鋼筋混凝土箱形拱橋，凈跨徑180m，凈矢高32m，凈矢跨比1/5.625，拱軸系數1.988，為等高截面懸鏈線拱，采用掛籃懸臂澆筑法施工。整個拱箱分29個節段施工，其中兩岸各設一個拱腳現澆段，拱頂設一個吊架澆筑合攏段，其余26個節段均為掛籃懸臂澆筑。

圖1 馬蹄河特大橋橋型布置圖（單位：cm）

拱圈第一節段采用斜拉支架現澆施工，第一節段拱圈長10.284m，寬7.5m，高3.3m，單箱雙室結構，采用C50混凝土，方量為155.9m3，質量為405.4t。

拱圈第一節段支架采用交界墩墩柱作塔柱，精軋螺紋鋼筋和低松弛鋼絞線作為拉索，形成簡易“斜拉橋”的方式進行懸澆，為保證墩柱的受力平衡，對交界墩柱進行反拉。在施工2#節段拱圈之前，必須將第一節段拱圈通過扣錨索錨固于交界墩上面的錨箱上，以便拆除第一節段拱圈的斜拉支架，同時留出掛籃拼裝的施工作業空間。這就需要進行體系受力轉換，將斜拉支架上的拱圈質量有效地轉換到扣索鋼絞線上，從而保證拱圈的穩定和安全，受力體系轉換如圖2所示。

2 體系轉換的難點

在拱圈的懸澆支架中，斜拉的精軋螺紋鋼筋穿過拱圈腹板錨固于支架的縱向“H”型鋼上，精軋螺紋鋼筋上端錨固于墩柱上。而穿過拱圈的部位已與混凝土連成一個整體，在體系轉換過程中，如果扣錨索初拉力過大，會導致拱圈上升過程受到精軋螺紋鋼筋的阻力而無法提升，使拱圈底面拉應力過大而出現裂縫；如果扣錨索初拉力過小，又無法將1#節段拱圈與支架脫離。因此給扣錨索施加一個合適的初拉力，才能保證扣索的索力有效地施加到拱圈上，從而使斜拉支架不再承受拱圈的質量，同時保證拱腳處底面的拉應力、墩柱偏位不超過規范值，這是整個體系轉換過程成敗的關鍵，而有效地給扣錨索施加一個合適的初拉力是整體體系轉換的難點。另外，扣錨索的初拉力的有效施加受較多因素影響，主要有以下因素：

（1）拱圈節段底部距離拱座2m長度為直線，剩下8.284m為弧形，拱圈標高提高時存在部分質量為支架承受，但計算初應力取值時按全部1#節段質量考慮；

（2）1#節段拱圈標高提高時，精軋螺紋鋼筋會承受內支撐力，導致扣索施加初應力與計算有偏差。在體系受力轉換過程中，消除這些影響因素是轉換成敗的控制點。

3 初拉力的確定

圖2 受力體系轉換示意圖

為給扣錨索確定一個合適的初拉力，就要保證給扣錨索施加初拉力時拱圈前段有上升趨勢，即標高提高。拱圈底混凝土與斜拉支架脫離，拱腳處底面出現拉應力解決節段質量不準確的影響因素?，F采用Midas/Civil對支架體系轉換的受力狀況進行分析，從而確定扣錨索的初拉力大小，如圖3、圖4所示。

圖3 Midas/CiviI模型

通過數據的反復代入，確定初拉力如表1所示。

表1 理論計算數據表

扣索初拉力為556kN，錨索初拉力為308kN，這時拱圈頂面標高提高0.01mm，拱腳底面出現拉應力0.2MPa，說明初拉力已有效地施加到拱圈上，且滿足拱圈底部拉應力在允許范圍之內，不會出現裂縫。

4 體系受力轉換的實施

圖4 初拉力應力偏位情況

為了有效地將初拉力加載至拱圈上，保證扣錨索與斜拉支架體系的有效轉換，分2次對扣錨索施加拉力，第一次為10%扣錨索拉力，停頓5min，再施加拉力至40%扣錨索拉力。嚴格按照以下步驟進行，可以解決精軋螺紋鋼筋承受內支撐力的問題。

（1）將1#節段扣索（24根）、錨索（15根）進行單端擠壓P錨，并穿入現澆段混凝土和錨箱中，并對單根鋼絞線進行預緊，使鋼絞線受力繃緊。

（2）對兩個錨箱的扣錨索進行對稱張拉至10%扣錨索初拉力，即扣索139kN，錨索77kN；停頓5min，再施加拉力至40%扣錨索拉力，即扣索556kN，錨索308kN。

（3）先擰除T1、T2、T3、T4（從拱圈前端向拱腳開始）精扎螺紋鋼筋拱圈底面的螺母，再割除拱圈底面的精扎螺紋鋼筋，拆除螺母和割除精扎螺紋鋼筋必須對稱進行（先中間，后兩邊）。擰除墩柱錨固點T1精扎螺紋鋼筋的螺母，在拱圈頂部割斷T1精扎螺紋鋼筋，對稱拆除T1精扎螺紋鋼筋（先中間，后兩邊），再拆除背索B1（先中間，后兩邊）；T2精扎螺紋鋼筋和B2采用同樣的方式進行拆除。

（4）對稱張拉扣錨索至100%設計力，即扣索1390kN，錨索770kN。

（5）擰除墩柱錨固點T3精扎螺紋鋼筋的螺母，在拱圈頂部割斷T3精扎螺紋鋼筋，對稱拆除T3精扎螺紋鋼筋（先中間，后兩邊）；T4精扎螺紋鋼筋采用同T3的方式進行拆除。

在整個體系轉換過程中，做好墩頂偏位、墩底應力、拱腳應力、拱圈前端標高的監測，于2014年8月6日成功完成拱圈1#節段體系受力轉換，如圖5、圖6所示。

圖5 受力體系轉換前

圖6 受力體系轉換后

5 監控量測

在體系轉換過程中，采用全站儀、水準儀、正弦式應變計對墩柱偏位、拱圈頂面標高、應力進行監測，采集數據如表2所示。

表2 體系轉換后數據收集表

通過對比表1和表2，拱腳底面拉應力、墩底應力、墩柱偏位均小于理論計算值，拱腳應力為0、拱圈前端頂面標高變化為0，主要是扣索受力過程中精軋螺紋鋼筋承受內支撐所致，如圖7、圖8所示。通過對扣錨索索力監測達到設計索力，控制過程是成功的。

圖7 拱圈拱腳截面應力應變測點布置圖（單位：cm）

圖8 墩柱墩底應力測點布置圖

6 結束語

馬蹄河特大橋是國內首次采用斜拉支架進行懸澆1#節段的拱橋，也是首次進行斜拉支架（精軋螺紋鋼筋+三角托架組合）受力向扣錨索受力的體系轉換，開創性地實現了剛性受力系統向柔性受力系統的成功轉換，為以后其他橋梁中類似剛性支架向柔性拉索轉換提供了參考經驗，同時也為支架結構類型開辟了新的思路。