混凝土箱肋拱在桥梁转体中的应用

伍屹立 王 宏

1 工程概况

珍珠大桥位于务川—彭水公路，跨越洋冈河，桥面到水面的垂直高差为110 m，全长137.7 m，桥梁宽度为12.5 m。本桥为净跨120 m的钢筋混凝土箱形截面悬链线拱，拱轴系数为 m=1.756，矢跨比1/7，成桥时拱顶设预拱度 24 cm，并沿纵向按二次抛物线分布，拱圈及拱座采用C50混凝土。

2 施工方案

转体系统由下述几个部分组成，见图1。

2.1 钢筋混凝土拱肋

单箱单室的钢筋混凝土拱肋，混凝土强度为C50，拱肋采用液压自爬模施工，每个节段的长度为4.0 m～4.5 m(水平距离为4 m)。桥台以下部分的拱肋依靠拱脚后方的岩石浇筑，桥台以上的拱肋在空中竖向浇筑。

转体拱肋的理论重量为630 t，理论转体角度为71.745°。

2.2 旋转铰

旋转铰是确保拱肋转体顺利进行的主要机构之一，其加工精度和安装精度直接影响着转体过程的平稳、顺畅，以避免转动过程出现过大的振动，另外还决定了两岸拱肋的横桥向合龙精度。

2.3 扣索

扣索是拱肋转体过程中的主要受力杆件，是拱肋下放过程中的安全保证。在转体的初期(牵引阶段)，扣索和牵引索一起确保拱肋的转体和受力安全;在转体的后期(下放阶段)，扣索单独承担拱肋的重量，并与临时扣索一起确保拱肋的受力安全。

扣索由4束 22φ 15.24的钢绞线组成，施工过程中的最大理论扣索索力为7 710 kN，每根钢绞线的平均最大索力为87.6 kN，其理论安全系数为3。扣索单根钢绞线的索力要求不小于10kN。扣索的初始理论长度(未计张拉工作长度)为70 m，旋转到位时的理论长度为114.3 m。

2.4 牵引索

牵引索是拱肋转体初期的主要动力，也是此阶段拱肋受力安全的保障。牵引索的索力必须与拱肋状态角度及扣索索力相适应，以确保拱肋安全顺利地实施转体。同时，在转体初期，牵引索的索力还应兼顾使扣索索力不小于规定的最小值，以确保扣索在低应力状态下的锚固安全。

牵引索由 1束 10φ 15.24的钢绞线构成，转体过程中，牵引索的最大索力为1 220 kN，每根钢绞线的平均最大索力为122 kN，其理论安全系数为2.1。扣索的初始理论长度(未计张拉工作长度)为148 m，旋转到位时的理论长度为142 m。在整个转体过程中，牵引索的空间角度基本不变，因此不设转向装置。

2.5 临时扣索

临时扣索就是为了改善拱肋在混凝土浇筑过程中的这种受力状态而设置的。另外，临时扣索的设置还提高了拱肋在整个混凝土浇筑过程中的抗风稳定性。

临时扣索由2束5根φ 15.24的钢绞线组成，在拱肋浇筑至7a号横隔板时张拉，张拉数值为150 kN(每根钢绞线1.5 kN)，拱肋浇筑完毕时其索力达到最大值，为230 kN。在转体扣索安装完毕并进行初张拉后，临时扣索解除。

2.6 临时系杆

在浇筑和转体的早期阶段，拱肋基本处于直立状态，此时的拱肋可以通过调整临时扣索、扣索以及牵引索等缆索的索力来保证安全。随着转体角度的加大，拱肋受力逐渐变成以自重作用下的正弯矩为主。此时，临时扣索和牵引索已失去作用并已解除，系统成为完全依靠扣索扣挂拱肋的静定结构，扣索索力的大小完全取决于系统自身的平衡而不能人为调整。逐渐加大的拱腹拉应力成为拱肋受力安全的关键，临时系杆就是为了减小这种拉应力而设置的。

临时系杆由3束6φ 15.24的钢绞线组成，在拱肋转体进行至21.5°时张拉位于中间的一束，张拉力为800 kN;当拱肋转体进行至32°时，张拉其余的 2束临时系杆，张拉力均为800 kN。

在拱肋合龙后，临时系杆按规定程序与扣索一起交替解除。

2.7 扣索转向鞍座

扣索转向鞍座设于拱肋后方地面以上一定高度的转向鞍座定位架上。其位置根据拱肋转体的初始状态和结束状态的扣索方位确定。根据施工单位的原有材料，本桥的转向鞍座设计成一系列的滚轮组。一根钢绞线通过与9个滚轮的接触实现转向。滚轮安装在轮轴上，轮轴直径为120 mm，长度为700 mm，每一根轮轴上安装22个滚轮，与每束扣索的22根钢绞线相对应，见图2。

2.8 扣索张拉台座

扣索张拉台座是一嵌固于岩石中的钢筋混凝土板桩，需要能够承受扣索最大张拉力(750 t)的作用。考虑摩擦力等不利因素，作用于扣索张拉台座上的索力按1 000 t计算。务川岸由于一侧路基悬空，没有合适的岩石地基，因此采用开口的箱形截面基础。

2.9 钢绞线

用于转体下放的φ 15.24钢绞线有左捻和右捻两种规格，数量各一半。

3 主要施工步骤

1)按设计要求开凿拱座，完成铰座、铰轴、拱脚劲性骨架以及铰轴防脱臼装置的施工，钢管劲性骨架内填充混凝土。2)拱座后背的处理及拱肋的浇筑。3)转向架及其张拉台座、牵引索张拉台座的施工。4)张拉临时扣索，张拉扣索中的2号、3号束中的10根钢绞线共150 kN。5)拱肋浇筑完毕，拆除爬模。6)安装转体扣索，张拉扣索中的1号，4号束中的18根钢绞线共230 kN。7)拆除临时扣索。8)再张拉转体扣索至300 kN。9)张拉牵引索至1 100 kN。10)利用放松扣索→张拉牵引索→再放松扣索→再张拉牵引索→……循环往复，使拱肋实现转体。除极个别步骤外，牵引索的张拉行程控制在19 cm以内。11)当拱肋旋转至16.25°时，拆除已完全松弛的牵引索。12)当拱肋旋转至 21.45°时，扣索由1号、4号束的18根钢绞线转换到2号、3号束的44根钢绞线。此时的扣索索力为1 414 kN。13)当拱肋旋转至21.45°时，在更换扣索的同时张拉3束临时系杆中的2号束，张拉力为800 kN。张拉临时系杆和更换扣索可独立进行，没有同步要求。14)继续旋转拱肋至32°时，张拉1号、3号临时系杆，每束各张拉800 kN(对称进行)。15)继续旋转至合龙高程。16)用同样的方法施工控制对岸的拱肋，使两岸拱肋就位高程一致。

4 拱肋转体到位后的工作要点

1)在晚间对体内劲性骨架进行合龙，以保证焊接过程的安全。2)在合龙段混凝土浇筑前将劲性骨架上平联合龙，以保证合龙段混凝土的安全。3)体内劲性骨架合龙完毕后将扣索索力提高830 kN，此时的扣索出索量为40 mm，两岸可不同步操作。4)合龙段混凝土浇筑完毕后，严格按照原控制参数总表中的第89步～95步进行操作。5)第90步为2号、3号扣索索力的部分放松，放松参数为:每束扣索索力减小 668 kN，2束一共放松1 336 kN。此时2号、3号扣索的进索量为 120 mm，以进索量控制操作。6)对其两岸拱座旋转铰恢复钢筋安装离模浇筑与拱肋、拱座同等强度的C50混凝土。

5 结语

珍珠大桥负角度竖转施工工艺于2007年7月3日～7月8日(上游)和2007年9月8日～9月12日(下游)成功转体到位。4个拱肋转体过程扣索索力及进索量实际测量值与理论值相差很小，扣索的放索控制精度控制达到预先的要求。理论值与实际测量值误差在10%以内，从各拱肋上下缘应力来看所测的拉、压应力都大大低于规范规定的数值，因而在整个施工过程中，拱肋的受力是安全的，而且有很大的安全储备。从以上的综述可以看出，该箱肋拱转体施工方法新颖，为国内首创并实施，在国内无施工经验可询等情况下成功转体为以后在山区高深U形峡谷建设桥梁积累了宝贵的经验。

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