混凝土拱桥悬臂法施工中的索力控制

陈方燕，阎慧群

(四川大学建筑与环境学院，四川成都610065)

我国素有多桥古国之誉，拱桥在我国有悠久的历史，有着举足轻重的地位。在现存的古代桥梁中，拱桥不仅在数量上占绝对优势，在技术工艺上也优于其它桥型。近年来，在吸纳了现代计算方法和现代施工工艺的基础上，拱桥的发展更为迅猛，目前已经建成并投入使用的重庆朝天门长江大桥为“世界第一拱桥”，主跨达552 m，如图1所示。

图1 重庆朝天门长江大桥

悬臂施工法根据施工中临时辅助设施与拱圈组成的受力结构不同，又可分为自由悬臂拼装法、斜拉法、悬臂桁架法等。悬臂浇筑斜拉扣挂施工方法对场地要求不高，在我国山区的拱桥施工有广泛的应用价值。该法利用临时斜拉索扣住已浇筑好的拱圈节段，采用移动挂篮从拱脚开始对称逐段悬臂浇筑拱圈混凝土，直至拱顶合龙。采用斜拉扣挂法施工中的扣索索力对施工过程中拱圈内力、成桥后拱圈内力与线型有着直接影响，因此寻找一组合理施工的施工扣索索力是十分必要的，也是目前国内外研究的重点之一。

分段悬臂现浇施工法早已应用于梁桥和斜拉桥的施工中。在国外，也应用于混凝土拱桥的建设中，如南非的Bloukrans桥、克罗地亚的Sibenik桥和Pag桥、日本的外津桥和日本第二东名富士川桥。在国内，该工艺在拱桥的应用研究还很少。我国的攀西高速公路白沙沟1#大桥在我国第一次采用了分段悬臂现浇的拱圈施工方法。在悬臂施工中，拱肋进行分段浇筑时，拱肋要承受自重和挂篮等临时荷载，其上缘会产生很大的拉应力，而过大的拉应力可能会使截面开裂。因此，必须设置背索，通过调整索力来控制拱圈截面的应力大小。拉索索力直接影响拱肋截面的应力、拱轴线的标高，拱肋截面应力是悬臂施工控制的关键因素。

1 悬臂现浇拱桥施工方法

搭架斜拉索法悬臂浇筑拱圈，即在拱脚墩台处安装由万能杆件拼成的临时塔架，用斜拉索一端扣住拱圈节段，另一端锚固在台后的锚碇上。用设在已浇筑好的拱段上的悬臂挂篮逐段悬臂浇筑拱圈混凝土。整个拱圈混凝土的浇筑应从两拱脚开始对称地进行，逐节向河中悬臂推进，直至拱顶合龙。设计塔架其受力应由拱的跨径和矢跨比等确定。斜拉索采用预应力钢绞线，其断面和长度由拱段的长度和位置确定。在拱圈混凝土全部灌注完毕以后，在拱圈顶面安装可调整内力的液压千斤顶，然后放松拉索，再灌注拱上立柱和桥面系。施工模型如图2。

图2 桥梁模型示意图

2 索力控制与调整

在悬臂施工中，拱肋进行分段浇筑时，拱肋要承受自重和挂篮等临时荷载，其上缘会产生很大的拉应力，而过大的拉应力可能会使截面开裂。因此，必须设置背索，通过调整索力来控制拱圈截面的应力大小。在施工过程中需要利用应力平衡法等一些方法，大致确定各个施工阶段扣索的索力范围。由于没有考虑索与索之间的相互影响及临时荷载对索力的影响等因素，求得的索力范围会有一定的误差，但在对各个施工阶段进行索力调整时有极大的参考作用。

索力调整，终其目的，即在每个施工阶段，控制并且避免拱肋断面因拉应力过大而开裂(基本上控制在1MPa以下)，从而保证施工过程中拱肋的抗裂安全性。在悬臂浇筑某个节段时，每次只需要做到调整前一个节段上的拉索的索力。而索力调整又可以分为两个进程:本节段上索的初张(发生在该阶段浇筑后拆除挂篮之前);索力二次调整(发生在拆除挂篮并安装至该节段的端头的相应位置准备浇筑下一节段浇筑前期)，目的是为了使所有施工阶段中各个控制断面上下缘的拉应力都不至于过大，控制在合理的范围内。索力调整时，做法是将采用试算法得到的索力值和以应力平衡法计算得到的索力范围相比较，从而进行相应调整。关键点是对控制断面的应力做出判断，若控制断面的下缘拉应力超出规定的范围，则应使索力调小一些，若控制断面的上缘应力拉应力超出规定的范围，则应使索力调大一些。一般的原则为:在拱肋第n个节段混凝土浇筑之前，把第n－1个节段上索的索力调大，使相应控制断面下缘稍微产生一点拉应力，但必须在允许的范围之内，而上缘就会有一定的预压力。那么该节段浇筑后，在该节段混凝土的湿重、挂篮的重力、索力和已浇筑好的拱肋自重共同作用下，各个控制断面上缘混凝土会产生一定的拉应力，且必须在控制的范围之内。

最后，在浇筑拱顶合龙段之前，对所有的索进行索力调整，从而使拱轴线在合龙后达到一个预先设定的受力更为合理的目标线形。此处的目标线形，即设计拱轴线，指的是拱圈在一期和二期恒载共同作用下，考虑混凝土的收缩徐变效应而得到的线形。我们可以初步假定，恒载作用时，拱圈基本处于均压状态。那么，在活载以及温度等其它荷载作用下，拱圈断面就只有相比较而很小的拉应力，这就是结构安全以及受力合理的保证。工程中，要达到这种理想的线形是十分困难的。

在拱圈合龙之前，进行索力调整就是为了使拱圈的线形在考虑混凝土的收缩徐变效应能趋于理想线形，在进行拱顶合龙前调索时，应根据已浇筑拱肋的实际线形对成桥后线形进行预测并判断是否符合设计的要求再确定是否进行调索和如何调索。

当然，调索的前提条件是必须保证拱肋各个控制断面的应力不能超过控制应力，即在拱圈的最大悬臂阶段及拱顶合龙浇筑后还未形成刚度前的拱肋结构的安全性。在控制过程中，在拱肋混凝土的各个节段浇筑时设置预拱度，即相当于采取设置预应力的方法。拱肋合龙前对所有索力进行调整，只是更进一步地使线形完美。

3 结束语

对于采用悬臂施工方法的拱桥，在各个施工阶段的内力与变形是不断变化的，应该密切注意施工过程中的内力变化及挠度变化。桥梁的安全施工与顺利合龙，对整个施工过程进行跟踪分析和实时控制是非常有必要的。

［1］周叶军，周厚斌，张大伟．基于ANSYS的悬臂浇筑拱桥施工扣索索力优化［J］．施工技术与检测技术，2009，29(1)∶211－213

［2］张治成，叶贵如，王云峰．大跨度拱桥拱肋线形调整中的扣索索力优化［J］．工程力学，2004(6)

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［4］顾安邦，范立础．桥梁工程［M］．北京:人民交通出版社，2000

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