鋼筋混凝土拱橋主拱圈懸臂澆筑施工問題

劉剛 曲磊 亓秀菊

（山東宇通路橋集團有限公司，山東 東營 257300）

一、工程概況

某特大橋工程是SJ高速公路控制性工程，起訖樁號k65+279.8～k65+645.3，橋梁全長365m，半幅橋橋面橫坡2%，主橋為長185m的鋼筋混凝土箱型拱；橋梁凈矢高30m，凈跨徑185m，矢跨比為1∶6.17；該橋梁按照公路一級荷載等級設計，行車時速80km，橋址處最大設計風速為20.8m/s。單幅橋單箱雙室箱型截面為7.5m寬、2.8m高，縱向劃分為27段，除兩岸拱腳1#段支架現澆結構及拱橋合龍段吊架施工外，其余節段均采用掛籃懸臂澆筑施工。充分對比施工成本、工藝技術、結構安全、成橋效果后，最終決定采用掛籃懸臂混凝土現澆箱型拱橋施工工藝，既能保證大跨徑鋼混拱橋結構的整體性，又能提升橋梁結構的耐久性。

二、施工技術難點及部署

（一）技術難點

該特大鋼筋混凝土拱橋主拱圈懸臂澆筑施工主要面臨以下技術難題：一是扣搭設計及施工。該拱橋主拱圈扣搭主要采用多規格鋼管及型鋼構成的空間桁架結構，構造受力復雜，除必須準確分析扣索影響搭架程度外，還必須嚴格保證拼裝施工精度。二是掛籃設計及運行。該特大鋼混拱橋主拱圈懸臂澆筑施工時澆筑節段長度長、重量大，其懸臂節段澆筑必須沿拱圈頂面爬升，掛籃結構在功能、受力及變形等方面必須符合要求。三是扣索張拉。必須嚴格控制扣搭變形及偏位；錨索扣搭張拉必須一次到位，所以在扣搭施工前須通過有限元分析施工流程及結構設計，得到最合理的索力施工數據。四是拱圈的線性控制。該特大鋼混拱橋主拱圈線性程度與成橋后拱圈受力情況直接相關，必須加強拱圈線性控制以保證其受力合理。

（二）施工部署

考慮到掛籃安裝需要，拱圈拱腳起步段應搭接現澆施工，其余節段均采用掛籃懸臂澆筑施工。勁性骨架在安裝好后方可對合龍段吊架施工。掛籃1#～5#節段按要求扣掛在交接墩蓋梁；6#～13#節段則順次扣掛在扣搭完成的1層～4層錨箱結構處。設置在交界墩頂的搭扣設計高度為26.9m，其頂部增設焊接纜索支架及兩根工作索，用于施工材料、機具設備等的運輸。

三、主拱圈懸臂澆筑施工

（一）掛籃結構

該橋梁主拱圈懸臂澆筑施工主要以懸澆掛籃為承重構件，經充分考慮主拱圈寬度較寬、節段角度變化大等情況，最終選用下承上行式斜爬掛籃，并從拱腳開始對稱澆筑。該型式掛籃結構結合了承重桁架系統和底籃支承系統優勢，在箱梁底部倒置安裝主桁架結構，分配梁是擱置于主桁的上弦型鋼；澆筑懸臂施工時，用拉桿提起主桁架和模板，并使其緊貼箱梁底，設置千斤頂在后支點以調整底模標高；將抗剪臂設置在中橫梁后部，抵消箱梁在澆筑過程中產生的部分或全部下滑力。掛籃行走過程中，松開拉桿、抗剪臂和后部千斤頂等，掛籃結構全部懸掛于箱梁頂面，借助頂推掛鉤實現掛籃前行。

確定該鋼混結構拱橋主拱圈懸臂澆筑施工掛籃荷載工況主要考慮澆筑長度、仰角角度、行走狀況、梁體承力等，并應用MIDAS有限元分析軟件驗算最不利工況荷載[1]，掛籃MIDAS模型圖如圖1所示，各工況計算結果如表1所示。

圖1 掛籃MIDAS模型圖

表1 各工況掛籃結構受力情況計算結果

由表1可知，全部工況下彎曲應力、剪應力、軸應力取值分別不超過145MPa、85MPa和140MPa，各工況失穩模態最小穩定系數均超出4，故掛籃結構整體穩定。

（二）掛籃拼裝、加載、前行及拆除

將掛籃安裝在1#節段拱箱后澆筑起步段混凝土，在縱梁處安裝千斤頂，并以此為底座將掛籃后部支撐于拱箱底板。錨緊拉桿且掛籃安裝穩固后安裝模板系統并調整標高，檢測無誤后澆筑混凝土。

預載掛籃前，應在1#節段將掛籃拼裝好，通過塔吊將沙袋提升至底模堆載，結束預拼后按照設計荷載的0.6倍、1倍和1.2倍加載掛籃主承重系統靜力[2]，測試掛鉤支承點、各桿件應力應變及后支座局部受力情況等，對比測試結果和理論值，調整并優化立模預抬高方案。

掛籃行走前先按設計要求安裝軌道，放松千斤頂和拉桿，使掛籃反力輪和箱梁底部接觸并脫模，取走抗剪臂后在止推軌道后部頂推鋼盒，間接傳力給滑船，使掛籃沿軌道順利前行。在千斤頂回油時，將厚度適中的鋼板疊放于鋼盒和滑船之間，并插入銷子避免掛籃滑退。千斤頂頂推運動時不斷接長軌道，掛籃尾部滾輪在梁底滾動，使掛籃不斷交替前移，并整體移動至下個節段。掛籃止推主要由頂推盒和千斤頂將止推信息傳遞至剪力鍵，通過剪力鍵抵消掛籃下推力。

依次拆除內外模、底模、工作平臺、通道、部分橫梁等，保證掛籃前后部分基本平衡；吊升掛籃掛鉤至設計高度并移向拱座方向后，下放至拱圈1#節段以下地面處拆除。

（三）合龍段施工

兩岸掛籃現澆結束后拆除掛籃，并觀測24h內的溫度變形，根據觀測結果選擇溫度穩定的時段合龍施工。合龍段施工時，安裝吊架模板、綁扎鋼筋，在溫度最穩定時焊接鎖定勁性骨架，在22∶00～次日7∶00澆筑合龍段混凝土，避免低強度混凝土開裂。

（四）松扣及卸扣施工

等合龍段澆筑混凝土并達到設計強度，且齡期在96h以上后分級逐段放松扣索，使扣索力轉換為拱圈內力。按照扣索及錨索張拉的逆程序對稱放松扣索，保證扣搭及錨索水平力始終處于平衡，松扣后必須全面測試拱圈結構受力狀況、拱軸撓度軸線偏移量等[3]，調整并優化拱上橋梁結構加載方案。

四、結語

綜上，本文針對懸臂拼裝鋼箱拱橋施工特點提出一次扣索張拉到位的思路，能保證扣索索力的穩定性并獲得理想的主拱圈結構線形。對比應用MIDAS有限元分析軟件所得到的空間模型計算結果與工程施工實測數據，其掛籃結構整體穩定，一次張拉到位確定扣索索力的方法切實可行。