沪杭高速铁路大跨度自锚式转体拱桥现浇膺架施工

■ 王秋会 苏国琳

1 工程概况

沪杭高速铁路是国家铁路规划中沪杭甬高速铁路的重要组成部分。跨石大公路，采取自锚式转体拱桥，孔跨组成为（88+160+88）m，为上承式拱桥（见图1）。拱肋采用抛物线形，矢跨比为1/6。边、中跨拱肋拱顶截面高4 m，拱脚截面高6 m，拱肋横向宽7.5 m，采用单箱室截面。拱肋上设置3个拱上立柱，支承（20+22+22+20）m连续梁，为配合拱肋曲线变化，连续梁边跨截面高度上采用变截面，梁端截面高4 m，跨中截面高3 m，连续梁与拱肋结构分离。由于该桥处于软基地区，施工采用平行既有公路搭设膺架现浇拱圈及拱上结构，再水平转体、合龙的施工方法，支架现浇位置及平转见图2。

2 支架

根据拱圈结构形式、同类桥梁施工经验及现场实际，初步选取较合理、安全的支架形式为碗扣支架和梁式膺架方案。

2.1 支架方案比较

主要从地质情况、施工成本及周期、施工环境及支架受力等方面对2种支架方案可行性进行比较分析。

（1）地质情况。该桥址处土质自上而下依次为1～3 m填筑土、19～26 m淤泥质粉质黏土、6～16 m粉质黏土及凝灰岩、强风化凝灰岩层等。且该土质局部偶有松软淤泥夹层，承载力及稳定性较差。因此，不宜采用碗扣支架。

（2）施工成本及周期。采用“满堂红”碗扣支架需大面积做复合地基和地基换填处理，费用较高，工期较长。因此，不宜采用碗扣支架。

（3）施工环境。在主桥2#墩位置处，有公路通过，车流量较大，且该处地埋管线较多，地基处理困难。必须采用梁式支架，既能确保公路行车净空，又避免拆移管线地基处理等。因此，必须采用梁式膺架。

（4）支架受力。拱角推力较大，对碗口斜撑设置及搭设质量均有较高要求，质量安全较难保证，故采用受力较明确的梁式支架体系。因此，不宜采用碗扣支架。

综上所述，施工选择贝雷梁膺架方案。

2.2 支架形式

支架设置原则：（1）满足结构要求，即能准确形成拱桥线形，且在施工时结构变形不能超过规范要求；（2）满足施工安全要求，即必须对支架安全性进行检算。

2.2.1 支架结构及细部处理

主拱肋支架形式见图3。基础采用钻孔桩加承台，承台上设置φ630 mm×10 mm钢管立柱支撑，钢管内填充细砂，距离钢管顶1m范围内灌注混凝土，以提高钢管立柱顶端局部刚度。

考虑拱肋隔板及拱上立柱混凝土重量集中的不利作用，A墩各钢管内部灌注C30混凝土，使其成为钢管混凝土组合截面参与受力。横梁采用几何线形相匹配的异型钢筋混凝土帽梁形式。帽梁上安装型钢支座，贝雷梁沿顺桥向安装在型钢支座上，每跨端部上下弦杆与预埋于帽梁内的耳板销接，形成多跨连续梁式桁架支架。

2.2.2 拱肋弧线调整

拱肋弧线采用在贝雷梁顶纵向设置调弧方木进行调整。沿横桥向铺设15 cm×15 cm方木，方木根据腹板、隔板及底板等不同部位分别采取25 cm及40 cm的不同间距设置；方木上铺设12 mm厚竹胶板作为拱肋底模。内模采用碗扣钢管支撑。为满足安全需要，拱肋两侧分别设置宽1.5 m的施工通道，通道外侧设置栏杆及防护安全网。

2.3 支架计算

2.3.1 模型

仅取半对称结构模拟，有限元模型见图4，桁架单元336个，梁单元13 932个，实体单元10 564个。采用桁架模拟贝雷梁接头耳板拉杆，实体单元模拟异型帽梁能较为真实的反映墩顶的固结刚度情况。A、B墩立柱钢管混凝土截面采用钢-混组合截面处理。约束边界，墩底全部采用固结，拱角贝雷梁支撑用铰接和固结模拟；贝雷梁耳板与混凝土异型帽梁体单元内部节点采用弹性连接的刚接模拟。

荷载计算主要考虑新浇筑混凝土重量、模板及施工荷载，自重程序自动考虑。混凝土对支架的作用分为正压力和沿切向的摩擦力。对支架受力偏于安全考虑，计算中仅施加法向荷载，不考虑摩擦力。另外对拉索张拉力按照300 t节点荷载考虑。

2.3.2 结论分析

（1）A墩顶水平位移。计算表明，设置300 t拉力使墩顶水平挠度由6.59 mm减小到1 mm，说明该张拉力值能较好的限制水平推力引起的支架变形，保证拱圈混凝土浇筑质量。较小的墩顶水平位移会引起贝雷梁桁式梁发生较大异性变形。可见，依靠水平对拉索可使墩顶水平位移几乎减少到零，对保证浇筑质量具有重大意义。

（2）A、C墩强度检算。立墩校核时，计算工况为将全部荷载施加于支架上，不考虑加载顺序。最不利位置在A、C墩拱顶侧的立墩上，轴力分别为3 646 kN和2 143 kN。对钢管混凝土组合截面立墩采用换算截面法校核强度，钢和C30混凝土弹性模量比为7。计算可知，A、C墩强度均满足要求。

贝雷梁是承弯构件，在拱角区域内腹杆要承受较大轴向力，为保证浇筑质量和安全，将贝雷梁1.5 m长度内腹杆上下翼缘背1 cm厚钢板给予加强。计算结果显示最大应力为151.1 MPa，满足临时构件强度要求值。

3 拱肋混凝土施工

拱圈是全桥主要受力结构，也是浇筑过程较难控制的部分。

3.1 浇筑顺序

主拱圈沿拱跨方向划分为3个梁段施工，考虑主拱圈浇筑与支架变形间的相互影响，为保证支架受力均匀，变形较小，防止混凝土裂缝，采用“纵向分段、水平分层”的施工方法。施工中每梁段间设置宽1 m的间隔槽，分段、分层见图5。

具体施工按照对称原则，半拱圈浇筑顺序按照①→②→③→④→⑤，其中，①、②、③代表梁段1～3，④、⑤代表间隔槽。浇筑顺序为自拱脚梁段1开始浇筑至梁段3，浇筑完成且其强度达到75%设计强度和接合面按施工缝处理后，由拱脚至拱顶对称进行间隔槽浇筑。

同一梁段内的箱形拱肋段分先浇筑底板腹板然后浇筑顶板的2次浇筑。拱梁结合段分4次浇筑，先浇筑箱形位置拱圈底腹板和顶板，再浇筑拱上梁部腹板，最后是梁部顶板。在拱肋结束前完成拱上立柱及拱上连续梁的支架安装工作。主拱肋是全桥结构受力的关键，尤其在建设阶段更为重要。

3.2 对拉索的应用

浇筑第1跨梁段时水平推力最大，此时为最危险段，支架受力极为不利。施工中随着梁段浇筑混凝土量的增大，逐渐增加对拉索索力，实现动态随时调整，更好地保证浇筑质量。具体为：最初施加60 t预张力，当两侧浇筑212.5 m3时，对拉索力调整至100 t；两侧浇筑425 m3时，对拉索力调整至180 t；两侧浇筑637.5 m3时，对拉索力调整至240 t；最后共计张拉至300 t。施工中做好变形监控检测。

拱圈浇筑完后，其他施工顺序为：拱上立柱→张拉临时系杆→拱上连续梁→转体→封铰→合龙→永久系杆→桥面系等。

4 施工监控

为确保拱桥施工过程的结构安全，对该桥进行了监控。主要对施工支架承载力、浇筑过程支架钢管立墩应力检测、张拉临时系杆张拉时拱肋应力监控、拆除拱肋、连续梁支架及转体的监控等。

监控结果显示：拱肋浇筑完成张拉完临时系杆后拱肋截面上下缘应力及线形跟理论计算值很好吻合，成桥状态、拱上连续梁等也较好吻合，满足规范要求。

5 结束语

沪杭高速铁路跨石大公路转体桥型独特，施工难度较大，其支架设计方案选型合理，支架结构新颖、受力明确，很好地保证了拱肋及其拱上结构的线形和质量。拱圈浇筑所采用的分层、分段对称浇筑顺序，使得浇筑过程中支架变形受力均匀，保证了拱圈浇筑施工质量。该支架应用中尤其采用对拉索克服水平推力的思路为其他拱式桥梁的施工提供了重要参考。

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[5]中铁大桥局集团有限公司．杭州石大路（88+160+88）m上承式拱桥施工监控报告[R]