淺談大跨度鋼筋混凝土拱橋拱梁同步施工關鍵技術

【摘 要】鋼筋混凝土拱橋是一種非常適宜山區地形的橋型，具有跨越能力大、造價經濟、造型美觀的優點，在世界各地得到大量的修建。以格魯吉亞南北走廊公路項目B3拱橋為背景，重點從“懸臂澆筑、斜拉扣掛、上下同步推進”幾個方面進行了研究，介紹了大跨度鋼筋混凝土拱橋拱梁同步施工的技術要點。

【關鍵詞】鋼筋混凝土拱橋； 拱梁同步； 臨時拉索

【中圖分類號】U445.4； U448.22【文獻標志碼】A

0 引言

拱橋技術的發展與施工技術的進步密不可分，最大安全風險主要在施工階段，拱橋的施工方法隨著跨徑的不斷增大也隨之相應變化，而施工技術的進步，又促進拱橋往更大方向發展。國內大跨度鋼筋混凝土拱橋一般采用懸臂澆筑、鋼管混凝土勁性骨架外包混凝土和纜索吊裝箱型拱三種方案，但其宗旨都是先成拱，后完成拱上結構。格魯吉亞南北走廊公路項目的B3拱橋采用了臨時斜拉索懸臂桁架法澆筑施工，使拱梁同步施工的成橋方案。大跨度鋼筋混凝土拱橋采用懸臂桁架法施工的全世界目前僅有西班牙的Tilos橋采用了此方案，雖然我國已建成的各類型拱橋數不勝數，但還沒有使用過此類方法修建拱橋。相信不久的將來此方案將會填補我國拱橋建設的空白。

1 工程概況

B3拱橋位于格魯吉亞高加索山區，全長432 m，主跨285 m，矢高f=49.18 m，矢跨比1/5.668（圖1）。拱圈采用雙肋薄壁鋼筋混凝土箱型結構，單側拱箱30個節段，最長拱圈節段5.94 m。兩條拱肋間距9 m，寬跨比1/31，單肋寬3 m；拱箱高3.50 m，高跨比1/79.4。拱箱壁厚從拱腳的40 cm，漸變減薄至拱頂的25 cm（圖2）。兩岸橋臺設置巖錨，4×7組19束1860鋼絞線對橋臺主梁進行錨固，錨索長度38～56 m不等，巖錨孔徑350 mm，最大鉆孔深度39 m。

施工過程中使橋道鋼梁與拱圈、臨時扣鎖、墩柱形成桁架結構。拱箱采用自密實高強高性能混凝土（C80～C95），一方面為了減小拱箱構造尺寸，以此減輕拱圈重量，達到減小地震響應的目的；另一方面，可通過混凝土優異的工作性能滿足鋼筋混凝土薄壁箱型拱箱的施工要求，解決了混凝土澆筑振搗的難題。另外，為了橋梁抗震和施工需要，橋道梁采用鋼箱-混凝土組合結構。

橋位處于峽谷地形，地勢險要，兩岸邊坡近乎直立，橋面至谷底高差164 m，西岸橋臺處的基巖主要為火山巖，東岸橋臺處的基巖為白堊系碳酸鹽巖。項目區域氣候條件惡劣，冬季時間長達5個月，最低溫度-26.3 ℃，每年最大降雪量360 cm，最小降雪量112 cm；夏季短，最高溫度27.2 ℃，晝夜溫差大，紫外線強。一年中適宜施工工期最長7個月。橋區地震烈度高，地表峰值加速度0.26g。

2 工藝原理

拱梁同步施工法［1］是采用掛籃懸臂澆筑拱圈節段，再澆筑拱上立柱，然后采用移動式塔吊安裝橋道鋼梁和臨時斜拉扣索并張拉臨時扣索，兩岸循環推進，斜拉扣索一端錨固于已澆筑拱圈節段，另一端錨固于橋道鋼梁的底面，通過橋道鋼梁將巨大水平分力傳遞至橋臺，再傳給橋臺巖錨，整個施工過程形成一個桁架懸臂結構，如圖3所示。

3 施工順序

橋臺巖錨施工—橋臺及橋臺鋼梁施工—巖錨張拉—引橋及拱座施工—拱圈節段及臨時斜拉索施工—拱上立柱施工—鋼梁架設—合龍—橋面系施工。

4 關鍵技術

4.1 橋臺巖錨施工

兩岸橋臺設置巖錨，4×7組19束1860鋼絞線對橋臺主梁進行錨固，錨索長度38～56 m不等，巖錨孔徑350 mm，最大鉆孔深度39 m，角度以39°～55°星型放射。錨筋體錨固端長度8 m，自由端根據錨索長度變化而變化。鉆孔完成后進行錨筋體安裝并完成錨固端注漿。

4.2 橋臺及橋臺鋼梁施工

兩岸橋臺現澆而成，橋臺內預留巖錨穿束管道，巖錨鋼束從橋臺內穿過與橋臺鋼梁錨固連接。對錨筋體進行張拉，張拉力達到2 970 kN。

4.3 巖錨張拉

鉆孔內錨固段水泥注漿體強度需達到25 MPa以上，方可進行預應力張拉。預應力張拉時，需分兩次進行張拉，兩次張拉間隔時間為3～5天。錨索張拉控制程序為：0—20%σ（測量初始讀數）—70%σ（測量伸長值）；（間隔3～5天） 0—70%σ（測量初始讀數）—100%σ（測量伸長值）；σ為張拉控制力2 970 kN超張拉15%到3 415 kN時的應力。錨索張拉完成7天后，對錨索拉力等進行綜合評估合格后截除多余鋼絞線，并進行封錨、封端。

4.4 引橋及拱座施工

引橋及拱座采用傳統施工工藝，修建便道至各墩位及拱座，拱座體積較大，兩岸地質較為堅硬，采用爆破施工開挖。采用旋挖鉆或沖擊鉆進行樁基施工，翻模澆筑墩柱直至墩頂。同時在兩岸橋臺拼裝移動式塔吊，開始完成引橋段鋼梁架設。

4.5 拱圈節段及臨時斜拉索施工

拱圈設計為雙肋拱，截面尺寸為3 m×3.5 m，壁厚以40 cm、30 cm、25 cm從拱腳漸變至跨中。從拱座開始每4個節段拱圈節段加1個拱上立柱加1跨鋼梁為一個施工循環，節段施工采用自行式爬坡輕型掛籃現場澆筑，掛籃長度約12 m。拱腳處拱圈節段最長5.96 m，至合龍段逐漸減少至最短3.31 m。第一個拱圈節段澆筑完成后等待混凝土強度滿足后，利用掛籃自身的爬行裝置向前移動至第二個節段。第二個節段完成后安裝第一組對角線臨時扣索并進行張拉，臨時扣索采用21束Y1860 S7鋼絞線組成。完成第三、四個拱圈節段后，在第四個拱圈節段安裝第二組對角線臨時扣索并張拉，隨后拆除第一組臨時扣索，使拱圈通過第二組拉索受力，開始拱上立柱施工。

4.6 拱上立柱施工

拱上立柱截面尺寸為1.6 m×1.5 m、1.4 m×1.5 m、1.2 m×1.5 m。施工采用翻模或爬模施工，每4 m一個施工節段，待每一節段立柱強度滿足設計要求后移動模板至下一節段進行下一環節施工。

4.7 鋼梁架設施工

梁部設計為鋼混結合梁（圖4），由兩個鋼箱通過桁架連接而成，單跨19 m，橋面混凝土厚度25 cm。

根據橋梁受力設計，每一跨鋼梁重量不一，最重單跨單箱重40 t。箱梁采用移動式塔吊進行安裝（圖5）。鋼梁采用集中加工運至施工現場，通過自制運梁軌道車從已加好的梁端運至塔吊后方，塔吊通過180°旋轉將鋼梁架設到位。鋼梁采用焊接連接。至此，拱梁同步懸臂桁架法一個循環完成，以此類推直至鋼梁合龍。拱圈合龍后逐一拆除臨時扣索，拱橋自身受力體系完成。

4.8 拱圈合龍

合龍段采用西岸掛籃前進，東岸掛籃退后2 個節段進行合龍澆筑。采用4組骨架作為合龍段施工，骨架長3.5 mm，每組采用2根［36槽鋼和2塊厚44 mm鋼板密封焊接為一個整體。合龍前對溫度進行檢測，選取當日溫度最低且穩定的時段進行混凝土澆筑。待合龍段混凝土達到設計強后逐步拆除臨時對角線扣索，完成拱圈內力轉換。

5 注意事項

（1）自行式爬坡掛籃的不僅要滿足拱圈節段施工長度，還要滿足輕量化設計，根據圖紙要求不超過25 t。

（2）對角線臨時扣索，在拱圈施工循環的的第二和第四節段及時進行對角線臨時錨索，隨著拱橋整體逐漸向跨中合龍，在1/4與1/2之間左右，施工過程中會不斷往上翹，索力會不斷釋放，釋放以后按效應來說，效應會逐漸降低，降低以后由于結構跨度大，拉力逐步減少以后，使墩身（立柱）底部與拱固結位置應力很容易超標，因此需要實時調整索力，以保證桁架結構的整體穩定性。

（3）拱上立柱施工，在懸臂狀態的最前端，受風力、溫度、濕度影響，對測量監控影響最大，需在每天風力較小，溫度、濕度較低的時間進行墩柱放樣工作。混凝土澆筑采用移動滑膜或翻模施工，拱上移動吊架緊密配合。

（4）橋面運輸設備是該橋的重點，設計中采用一臺臂長40 m，在30 m的位置可吊起40 t鋼梁的移動式塔吊。設計圖中塔吊自重約180 t，從市場調研結果來看該設備需要特殊定制。

6 結束語

B3拱橋從設計角度來看，橋梁整體建構設計輕盈，拱圈截面、拱上立柱以及鋼梁尺寸設計都非常小，適應高加索山脈的高地震烈度區域。拱梁同步施工方案［2］是拱圈、立柱及橋面結構同步跟進，在澆筑混凝土過程中形成桁架結構的施工方法。施工時利用預應力束作為已澆結構的臨時索，將桁架錨固在橋臺上，兩岸對稱施工，直至合龍。其關鍵技術在于拱圈節段自行式爬坡掛籃、對角線臨時扣索及應力控制、拱上立柱施工、橋面運輸設備的選用以及監控量測。其精髓就是拱橋整體結構設計得足夠輕盈，抗震性能好，節約主體材料，較少成拱輔助措施。

參考文獻

［1］ 郭俊峰. 大跨度拱橋施工階段纜索吊裝系統計算分析［J］. 鐵道建筑技術， 2020（11）：5.

［2］ 謝彬. 300 m懸臂澆筑鋼筋混凝土拱橋設計研究［D］. 長沙：長沙理工大學，2015.

［作者簡介］閆攀飛（1989—），男，本科，工程師，從事公路工程項目管理工作。