大跨徑拱橋常備式鋼拱架安拆施工技術

王 偉，張 朋 崗

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

兩河口水電站密瓦段Ⅶ標折多溝大橋為鋼筋混凝土箱型拱橋，全長183.5 m，上部為主跨110 m的上承式鋼筋混凝土箱形拱。主拱圈凈矢跨比為1/5，凈矢高22 m，拱圈寬6.08 m，全高2.1 m。橋位地處高山峽谷地帶，跨度大(110 m)、高差大(約90 m)，溝底亂石、雜木堆積。若采用傳統的落地式支架法作為主拱圈現澆支撐體系，不僅浪費資源，而且技術安全風險高。經研究決定，該橋主拱圈采用強度高、更輕便的常備式鋼拱架做為支撐系統，用以實現澆筑主拱圈的目的，筆者詳細解析了其安拆技術。

2 施工準備

(1)吊裝設備準備。根據現場地形、地貌情況及大型拱橋現澆主拱圈施工工藝，在進行常備式鋼拱架施工前架設一套纜索吊裝系統[1]，主要承擔主拱圈鋼拱架的安裝與拆除、空心板吊裝及鋼筋、模板、混凝土等材料的吊運?？紤]到施工過程中需要吊裝物體的最大重量，以右側邊板空心板(重17.9 t)設計纜索吊額定起重量為20 t；吊具重量為1.2 t，沖擊系數取1.4，因此，在進行鋼絲繩、索塔、錨碇等纜索吊各結構系統安全驗算時采用的重量為：(20+1.2)×1.4=29.68(t)。計算時按30 t計。

(2)設置臨時拱座。為使主拱圈拱座結構及受力不受鋼拱架支撐影響，在拱座前應設置臨時支撐結構：臨時拱座。為保證安全，臨時拱座宜采用與主體拱座同標號混凝土結構，且需設置在較完整的基巖基礎上。經精確測量后，安放了可卸落式臨時支座并由預埋入臨時拱座的限位鋼銷進行固定，臨時支座由16組橋梁專用砂筒活塞構成。

(3)合理設計鋼拱架[2]。主拱圈內弧長度為121.268 m。為便于對拱架上部的線型和高度進行調整，鋼拱架組裝的總弧長應略小于內弧長度。常備式鋼拱架單片基本的三角長度為4 m，端三角長3 m，故每列需投入28片基本三角和2片端三角，計算得總弧長為118 m，較為合理。每列橫向間距為0.85 m，共需8列，計算得總寬度為6.8 m，滿足主拱圈寬度需要。

經委托四川交大工程檢測咨詢有限公司，通過采用Midas/civil 2012有限元分析軟件建模，各桿件采用梁單元模擬，全橋共14 134個單元，在采用螺栓連接處釋放桿件的橫橋向轉動約束，按照主拱圈混凝土結構加受力驗算施工階段，綜合考慮風荷載、溫度變化、地震作用等影響因素，分別對鋼拱架在預壓階段的鋼拱架受力、主拱圈底板及其施工荷載共同作用下與鋼拱架單獨受力驗算；主拱圈底板、腹板、橫隔板荷載作用下受力驗算，鋼拱架與底板鋼筋混凝土共同受力；主拱圈頂板荷載作用下鋼拱架與底板及腹板鋼筋混凝土共同受力驗算；全部主拱圈及其施工荷載共同作用下受力驗算，主拱圈底板、腹板及鋼拱架共同受力；五個工況下進行應力應變分析，均滿足設計及規范要求。

3 施工方法

3.1 常備式鋼拱架的安裝方法

在綜合考慮主拱圈跨度、常備式鋼拱架結構性能、現場環境等因素后，鋼拱架的整體安裝思路[3]為：每列分3段在岸上組裝，纜索吊裝每段就位、空中懸拼合攏；逐列安裝，列與列之間采用專用桿件連接，形成整體。

(1)預拱度設置[3]。主拱圈施工期間的彈性撓度由鋼拱架的自重撓度+澆筑第一環混凝土時的鋼拱架撓度+澆筑第二環混凝土時的鋼拱架撓度+澆筑第三環混凝土時的鋼拱架撓度+拆架后的拱肋撓度組成。參考相關資料，彈性撓度取δ1=25 mm。通過對基本三角(或端三角)上拼裝銷孔的間隙進行實際測量，每個接頭非彈性變形(銷孔間隙)為0.5 mm，主拱圈統一縱向平面有32個銷接接頭，則全橋ds=32×0.5=16(mm)；同跨徑時，由弧長與矢高的變化關系求得拱架頂部非彈性撓度δ2≈10 mm。由于砂筒安裝前已經重物預壓，故將砂筒壓縮值修正為5 mm，同時，因現場所采用的墊木木質較硬，筆者根據類似的工程經驗，將墊木的壓縮量修正為5 mm，得δ3=10 mm。則因恒載、溫度變化、混凝土收縮徐變及拱座水平位移產生的撓度δu=228 mm(設計已給定)。

綜合以上所述，取鋼拱架頂部總的預拱度值δ=δ1+δ2+δ3+δu=273(mm)。

(2)安裝順序。整體安裝順序：從一側安裝第一列→安裝臨時抗風纜索→安裝第二列→安裝橫向連接及臨時抗風纜索→直至8列安裝完成并安裝抗風纜索。

單列安裝順序：分別進行岸拱腳段吊裝就位→安裝臨時抗風纜索→拱頂合攏段安裝就位→安裝臨時抗風纜索→同樣方法安裝下一列。

(3)岸上單段組裝。根據材料剛度及穩定性能并綜合考慮吊裝安全要求，單列由3段組裝而成：兩段由2片端三角和9片基本三角組成拱腳段，1段由8片基本三角組成跨中段，采用30 t汽車吊配合人工進行組裝。組裝時，應根據常備式鋼拱架結構的基本受力及工作原理，采用墊木支墊，使每組裝段弧形心向下，不可橫向水平放置或吊裝以避免構件變形。

(4)單段吊裝。由于該拱橋位區域順時風速可達12級，為減少纜索吊的側向受力，確保施工安全，將纜索吊設計為中間固定式塔鞍，使每列常備式鋼拱架不可能垂直安裝就位。為解決安裝就位問題，該工程采用正吊歪拖施工工藝：① 吊裝前，將鋼拱架吊裝段固定在纜索吊前后兩吊點上，兩吊點距鋼拱架弧長的中心位置大致相等，吊點采用鋼筋環在其軸線位置進行橫向限位，以使鋼拱架吊裝過程保持平衡，同時，在吊點位置安裝歪拖繩，歪拖繩采用左右兩側各1根φ21.5鋼絲繩，長300 m；② 在精準測量放線的基礎上，利用纜索吊將安裝段吊至欲安裝部位的上方，收放起重索進行縱向調整，待其下落至近安裝部位時，利用兩岸的5 t歪拖慢速卷揚機進行橫向調整，安裝就位。根據現場實際情況計算得到最大水平偏移：全寬(6.08/2)-列寬(0.52/2)=2.78(m)；最大偏移角度：Cot(最大水平偏移2.78/拱頂距主索高度14.79)≈10°。③ 每段安裝就位后，采用扣索及布置在橋兩側的8組風纜進行臨時固定，風纜繩采用2Ф19.5的麻芯鋼索。安裝過程中，風纜與地面之間的夾角不大于30°，風纜水平投影與橋軸線之間的夾角不小于50°。為減小風纜垂度的非彈性影響，風纜初張力按5 t控制。

(5)單列合攏[4]。合攏段通過上述正吊歪拖施工工藝就位，通過收放扣索、起重索調整縱向合攏高度。鋼拱架合攏時，應分別在兩拱腳及合攏連接段處設臨時鉸連接，采用鉸拱方式合攏(圖1)，以利于銷孔間隙、砂筒壓縮等非彈性變形產生的鋼拱架附加內力的釋放。待合攏完成后，再利用小型倒鏈配合人工連接下弦，完成單列安裝。

(6)逐列安裝形成整體。采用同樣方法繼續安裝下一列。第二列安裝完成后，在扣繩、吊點牢固的情況下，在1、2列之間安裝完成所有的橫向連接件，以增加鋼拱架整體的穩定性；同時，安裝臨時纜風繩，方法與單列鋼拱架安裝的方式相同。依次安裝，形成拱架整體(圖2)。

圖1 單列合攏示意圖

3.2 常備式鋼拱架拆除的施工方法

圖2 安裝完成效果圖

拱架拆除系利用已經成型的主拱圈固定拱架，采用纜索吊配合人工進行拆除，基本上按照逆安裝順序分列、分段進行。

(1)拱架的卸落條件。當主拱圈混凝土強度滿足設計要求的支撐體系卸落結構強度時，方可卸落；設計無要求時，可通過建立模型受力分析確定。為保證工程質量和施工安全，該橋采用100%混凝土設計強度。

(2)卸落量控制。鋼拱架卸落前，采用鋼絲繩進行多點臨時固定，防止鋼拱架突然失穩。在卸落鋼拱架時，只有當其達到一定的卸落量時，鋼拱架才脫離主拱圈體并實現力的轉移。拱架脫離時的基本卸落量h=拱圈體彈性下沉量+鋼拱架彈性回升量。通過專業第三方計算：h=11.524 cm(未考慮計入風纜初張力和部分非彈性及施工安全等因素)，該橋臨時支座(活塞式砂筒)實際設計總卸落量為16 cm，大于11.524 cm，滿足卸落要求。

(3)拱架整體分級卸落[5]。拱架卸落是主拱圈和鋼拱架的協同受力體系向主拱圈獨自承受結構重量的應力轉換過程，因此其拆卸量的大小直接影響到主拱圈的受力過程，若卸量過大、速度過快會使主拱圈應力突然增大，可能產生應力裂縫等質量危害。因此，應遵循逐級卸落原則，在鋼拱架卸落過程中，做好監控量測工作。卸落鋼拱架時，應先對稱松動兩拱腳支座后緣的鑄鋼對口楔塊，再同時對稱卸落砂筒，使鋼拱架緩慢、均衡下落。設計砂筒的總卸落量為16 cm，分8個落次卸完，每次卸落量為2 cm左右，各個砂筒每次的卸砂量約為4.4 L。

(4)逐列逐段拆除。拆除鋼拱架時，將鋼拱架的單列從拱頂分段拆除，每列分5個吊運段，每個吊運段由6個基本三角(或5個基本三角和1個端三角)構成。鋼拱架的節段拆除應嚴格遵循對稱均衡原則，拆除并完成一列后，方可進入下一列(圖3)。具體步驟為：①拆除拱段與相鄰幅之間的橫向連接及兩端的連接鋼銷、螺栓；②利用支撐于主拱圈上的倒鏈滑車組，前后對稱、均勻地將鋼拱架下放到一定高度；③轉移至天線起吊滑車上吊運上岸：當拆除段利用支撐于主拱圈上的倒鏈滑車組下放到一定高度后，天線主起吊滑車亦行駛至與拆除段相同的縱向位置，利用轉向滑車橫拉主起吊滑車的前后吊點，與拆除段的前后吊點連接；④提升主起吊滑車前后吊點至支撐于主拱圈上的滑車組完全放松后，拆除支撐于拱圈上的該段倒鏈滑車組，通過纜索吊將拆除段運輸上岸。對于本列未拆除部分的鋼拱架需利用4道、8根φ21.5鋼絲繩固定上游第四列拱架(該列拱架最后拆除)，以保證其穩定性。逐列拆除，直至全部拆除完成。

圖3 逐列拆除示意圖

4 施工控制要點

4.1 安裝施工控制要點

(1) 在纜索吊吊裝鋼拱架前，應對纜索吊裝系統進行全面的檢查并進行試吊，其主要目的是檢驗系統的吊重能力是否滿足設計要求、系統的安全可靠性及其工作狀態。根據纜索吊的設計要求，其額定起重量為20 t，直接利用成捆的鋼筋原材作為試吊重物，采用鋼絲繩索將成捆鋼筋捆成整體，通過改變原材鋼筋的數量以滿足試吊重量要求。根據《公路工程施工安全技術規范》纜索吊機正式吊裝前應進行起吊試驗[6]，為保證試吊過程安全，現場按60%G(12 t)→100%G(20 t)→125%G(25 t)進行分級加載(G為纜索設計額定起重力，20 t)。

(2)拱腳處臨時支座(活塞式砂筒)所用的砂應為潔凈的標準砂，砂筒與砂筒活塞之間的空隙應用瀝青或黃油封閉，防止雨水或泥水滲入造成砂體板結，確保后期拱架卸載時其能順利流出。

(3)考慮到常備式鋼拱架結構的剛度和穩定性，該橋單列鋼拱架采用3段吊裝空中懸拼施工，每段長度分別為43 m、32 m和43 m，同時采取了防變形措施：角鋼三角支架。若進行其他跨徑條件下的安裝，應根據材料的結構性能及施工需要合理劃分吊裝節段。

(4)采用正吊歪拖施工工藝吊裝時，應注意歪拖繩的牽引點須固定在拼裝節段吊點的扣環上，以防止鋼拱架發生扭轉，使吊裝節段保持順直狀態，便于節段的安裝和合攏施工。

(5)拱腳節段就位后，扣索應通過纜索吊塔鞍固定于后方主錨上，以減少纜索吊主索塔的側向受力。同時，在該節段安裝時，應設置一定的施工預抬高值(初步擬定拱腳段為8 cm)，以便于拱頂段的順利安裝和單列合攏。

(6)及時進行每列鋼拱架的互連，以增強其結構的整體穩定性，同時，應及時安裝臨時抗風纜繩，在確保安全穩定后方可結束該列施工。

4.2 鋼拱架拆卸的控制要點

(1)鋼拱架整體卸落時，應遵循逐級卸落的原則，嚴格控制卸落量；兩側和同側應均衡卸落，卸落量應基本保持一致，可用量杯計量卸砂量和鋼尺標記卸落剛度，防止在卸落過程中鋼拱架橫向傾斜。

(2)在鋼拱架卸落過程中，應在兩岸L/4(L為拱橋的凈跨徑，長110 m)及拱頂設置主拱圈變形觀測點，做好主拱圈的變形觀測工作，及時反饋信息，確保施工安全。

(3)由于常備式鋼拱架卸落是利用主拱圈進行固定，拱架的部分重力將作用于主拱圈上，而拆除過程會影響到主拱圈的受力，因此，應遵循“由小到大、由慢到快”逐塊逐列拆除的原則，嚴格控制拆除塊的組成與重量。

5 結 語

折多溝大橋主拱圈采用常備式鋼拱架，有效解決了該橋跨徑大、高差大、安全風險大等施工技術難題，順利完成了主拱圈現澆混凝土施工，確保了工程質量和安全。筆者從常備式鋼拱架安裝和拆除施工的技術角度出發闡述了其施工工藝和施工控制要點，并通過實際案例證明了正吊歪拖空中懸拼施工工藝和逐級卸落分段拆除施工技術的適用性與可靠性，為大跨徑拱橋常備式鋼拱架安拆施工積累了大量經驗，可供類似施工條件下拱橋工程的施工參考與借鑒。