連續梁拱橋小角度斜跨高速公路施工技術

尹嘉鑫

（山西交物路橋建設有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

連續梁拱橋小角度斜跨高速公路施工技術因具有跨位大、結構美觀、成本低等優點而被廣泛應用于橋梁工程中。然而，由于部分連續梁鋼筋混凝土拱橋缺乏合理設計和施工規范，拱橋質量無法達到預期標準，容易出現空鼓等問題，嚴重影響拱橋性能，影響后期使用安全性。

此外，由于連續梁拱橋的安裝順序和施工工藝與拱橋結構內力和拱圈形狀有很大的關系，不同路段拱橋荷載條件和結構體系各不相同，拱橋變形和內力也會發生變化，因此有必要加強對連續梁拱橋小角度斜跨高速公路施工技術的研究。基于此，文章以山東濟南某小角度斜跨連續梁拱橋工程為例，對該施工技術進行研究。

1 連續梁拱橋小角度斜跨高速公路施工技術要點分析

1.1 工程概況

某小型橋橫跨黃河支流，全長505m，主橋全長245m，對該工程的小跨度鋼管混凝土拱橋拱肋施工進行分析和探究。

連續梁采用滿堂支架法現澆和全封閉菱形掛籃對稱懸臂澆筑。該橋單個T 構包括0 號節段、標準節段、合龍節段、現澆節段。主墩施工的同時施工墩梁臨時固結，采用滿堂支架法現澆0 號節段，再采用掛籃左右對稱進行1～13 號節段懸臂施工。按先邊跨再中跨的順序合龍，采用滿堂支架法現澆邊跨15 號節段后，采用掛籃合龍邊跨；前移中跨掛籃進行中跨14 號節段施工后，采用掛籃合龍中跨。之后拆除墩梁臨時固結和支架。

1.2 吊裝拱橋拱肋階段

基于工程實際情況，該項工程采用鋼管拱肋吊裝系統及吊索形式，主要塔型為門式塔，施工人員采用萬向桿鉸接下端，然后用上門式塔連接拱橋腳墩。由鋼絲繩、絞盤以及跑車構成升降系統，通過主繩牽引升降系統，固索使用鋼絞線15.28mm，標準強度為1860MPa，采用上下對稱布置方式。

在拱肋扣上采用鋼絞線基礎錨固，通過扣塔底座使索鞍進入地錨，然后穿過地錨張拉梁，再使用架子，加緊張拉千斤頂的錨桿，從而實現錨固拱肋及調節拱肋扣高度的目的。

在升降系統過程中，施工人員需確保每一拱肋均能安全穩定地進行安裝[1]。通過對工程吊索系統進行分析，判斷其實際承載力，確定橋上與橋下拱肋數量，并要求拱肋靶面位移≤30mm，不同拱肋對接誤差≤3mm，拱軸線橫向位移距離≤10m。

在該工程安裝每個拱肋的過程中，應按照以下步驟進行作業：

第一，在安裝拱肋前的準備階段，施工人員觀察拱肋不同測點處的實際標高，并將其調整到理想位置。

第二，安裝纜索，在安裝期間不施加力。在安裝過程中，使用索鉤吊裝起拱肋中線正下方的拱肋段，同時不斷調整沿橋（縱角），并使用相應規格索鉤調整橫角。

第三，搭接臨時架完成后安裝螺栓結構。需要注意，在進行其他類型作業之前，必須將電纜緊固力調整為彈力。

第四，在吊裝拱橋工作階段，設計人員可利用仿真計算模型進行計算，從而基于相應力值調整索力，使鋼管拱與理論位置接近，可采用高強度偏心螺栓，再進行下提作業。

1.3 拱肋合龍階段

在拱肋合龍階段，因拱肋在各結構中受力較大，所以安全系數相對較小。鋼管拱合龍成功是確保整個工程滿足施工要求的關鍵。在此期間，施工人員應充分了解工程實際情況，確保施工技術具有較強的合理性、合龍方式具有較高的可行性[2]。

為確保拱肋合龍階段能安全、穩定、高效進行，該工程主要采用單側預埋方式，并在跨中留空，遵循對稱性原理處理鋼管桁架，先將兩側臺面對稱布置，使第1 段位于桁架與梁底之間，第2 段在其上，第3 段為吊裝鋼管拱肋背面區域，在吊裝鋼管拱肋南岸時，適當調整吊裝高度，循環第1 段；第1 段作業結束后，基于該工程實際情況，采用套焊方式固定好第1 段，永久關閉切口。

完成施工后，施工人員及時測量合龍前拱肋軸線、截面高度及索力，確保索力安全，拱肋和拱軸誤差達到設計要求。

1.4 松扣索

在拱肋上、下合龍作業的準備階段，施工人員應及時檢查主弦橫梁、節點，確保焊接完成并符合相關標準。完成拱腳主弦管焊接補強作業后，松扣索主要作業方式為：緩慢松開拱腳四分之一扣索力，確保兩側對稱，可通過重力軸進行調整索作業，使實際值與設計值相吻合。

1.5 吊裝線纜

該工程拱肋吊裝系統不受纜索系統影響，其扣式塔架也是門式萬能桿，且在桿內部存有鉸鏈，但是因為施工條件限制，北塔和南塔之間存在一定差異[3]。

該工程吊裝扣掛系統主要采用15.35mm 預應力鋼絞線作為扣索，通過以下施工工藝實施錨固作業：

用相應規格的預應力鋼絞線將P 型錨具推進至錨固點位置處，通過懸吊塔，使索鞍進入錨固位置，并通過錨上拉力及時調整錨肋與拱肋高度，在此期間可使用相應規格的千斤頂進行預應力張拉作業。該工程采用弓形肋交叉作業方式，預留出間隙，后采用單側嵌合方式進行施工。鋼管桁架施工過程中秉持對稱性原則，但因受到橋塔高度和橋梁兩側空間的限制，兩端拉索的錨固結構與工程所用懸吊系統和橋梁中跨存在不對稱情況。該項工程拱橋纜索吊裝系統如圖1 所示。

圖1 該項工程拱橋纜索吊裝系統

2 連續梁拱橋拱肋小角度截斷索力計算

2.1 計算索力分析模型

針對吊裝鋼管混凝土拱橋拱肋施工，為構建有限單元控制數據模型，可通過以下公式進行分析：

式（1）中：Z 為鋼管混凝土拱橋拱肋吊裝矩陣，x 為在吊裝拱肋期間實際位移向量，W 為吊裝拱橋拱肋節點時實際效力向量。

針對某一特殊吊裝作業，吊裝拱橋拱肋階段實際位移向量的函數可用以下公式表示：

將式（1）與式（2）結合，將求索力值轉化為有一定約束條件的公式：

式（3）中：具有約束條件的求索力，最小目標函數為f；扣索索力實際向量組為G；吊裝節點實際傳輸量為xj。

式（4）中：第n 個扣索位置實際索力值用Gn 表示；第j個拱橋拱肋節點豎向實際位移狀態為xj(G)；分別由h1和h2表示拱肋標高偏差上限及下限；扣索數量用M表示；標高節點用H 表示。

2.2 計算連續梁拱橋拱肋扣索索力

該工程在設計掛靠系統的過程中，主要將其設計為標準的對稱體系，即確保南岸、北岸扣索組數、扣塔高度、水平傾角、扣點位置都保持一致，實際兩側位置與計劃設計岸扣相同，而上游拱軸線與下游拱軸線存在標高偏差。

進行到吊裝鋼管拱肋作業時，基于該工程各項數值，計算出索力精度較低，不能達到既定要求，同時在安裝過程中出現較大誤差。并且，當拱肋進行到合攏段時，上、下拱肋實際測線與理想測線有較大差距，因此需要工作人員基于工程實際情況，相應調索力數量，確保拱肋作業順利完成后，扣索受力狀態和線性都可滿足相應要求[4]。同時，計算最佳設計變量。該工程大橋南、北半跨拱肋有扣索20 對，且同側拱肋上的扣索索力相同，總設計變量n=20。

因為不利應力產生因素主要在內力控制截面、扣索力調整范圍以及拱肋高程控制點上，所以必須約束變量，并在調整索力計算時，將狀態變量融入其中，得出扣索力與索力在調節范圍上有較為緊密的聯系。該工程不同位置實際張力值以及調整后數值如表1所示。

表1 不同位置扣索張力值調整前、調整后數值表（單位：mN/m）

通過對表1 的分析發現，調整不同扣索位置之后，南北連桿索力值差異明顯減少，在連續梁小角度斜跨施工過程中取得了更好的施工效果，整個施工流程也更為精確。

3 結語

綜上所述，為明確連續梁拱橋施工中，應用小角度斜跨高速公路施工技術的難點及重點，以山東濟南某小角度斜跨連續梁拱橋施工為例，分析扣索索力不準確問題的解決方法。研究表明，合理規范連續梁小角度斜跨施工技術，可明顯降低南北連桿索力值差異，保證施工效果。