巫山大宁河特大桥拱肋斜拉扣挂法施工设计

田继开

（中铁大桥局施工设计事业部 武汉 430050）

1 工程概况

巫山大宁河特大桥位于长江支流大宁河入江口附近，在著名的长江三峡风景区内。桥梁全长682m，主跨为净跨400m的钢箱桁架上承式拱桥，主拱净矢高80m，矢跨比1／5，拱轴系数m＝1．9，桥式布置见图1。

图1 桥式布置图（单位：cm）

主拱圈横向为3片拱肋。单片桁架拱肋分18个节段，1个拱顶合龙段，全桥共55个节段，最大吊装节段重量为162t，吊装节段最长约28．5 m。拱圈节段安装采用扣、锚索系统斜拉扣挂法施工，节段吊装利用缆索吊机进行［1］。拱肋示意图见图2。

图2 拱肋示意图

2 施工设计难点

（1）扣塔高度大，扣、锚索施工过程中需严格控制不平衡水平力，否则将导致扣塔顶水平位移过大或者扣塔底受拉开裂。

（2）两岸地形陡峭，锚碇布置受限，锚索锚固布置困难。

（3）两岸土层松散，开挖风险大，需尽量减少开挖量。

（4）工程地处国家5A级风景区，环境保护要求高，设计施工应采取可靠措施，尽量减少对地表环境的影响。

3 扣、锚索系统布置

扣、锚索系统一般由扣塔、扣索、锚索、锚固系统等部分组成。本桥扣、锚索系统布置见图3。

图3 扣、锚索系统布置图

本桥扣、锚索系统布置主要特点：

（1）锚索尽量锚固在各主墩承台上，充分利用主体结构受力，减少锚体结构的工程量。

（2）扣塔设计充分利用主体交界墩，节省临时工程量。

（3）扣、锚索采用分离式布置，扣、锚索相对独立。

（4）通过塔顶锚固构造，有效保证了各组扣、锚索力作用线全部交于扣塔中心线上，从而使扣塔成为轴心受压构件。

（5）部分锚索临时锚碇采用预应力锚索式构造，有效减少了锚碇体工程量和土石方开挖量。

4 扣塔施工设计

为减少临时工程量，扣索塔架由主体交界墩及其上部钢塔组成，钢塔根部埋入交界墩混凝土中，形成固结。上部钢塔立柱采用热轧宽翼缘H型钢，横向布置3组塔柱，上、下游塔柱中心至中游塔柱中心均为10m，以N型万能杆件作为联结系。扣塔立柱连接采用精制螺栓，联结系杆件采用普通螺栓连接。钢塔净高33．2m，到交界墩底部总高约115m。钢塔布置见图4。

图4 钢塔架布置图

5 扣、锚索施工设计

扣、锚索采用分离式布置，扣、锚索相对独立。两岸各布置9对扣、锚索。每对扣、锚索横向共3组，分别对应3片主桁。扣、锚索均采用Φj15．24（Rby＝1 860MPa）钢绞线。设计时，先计算统计各段主拱圈的重量，然后根据施工顺序，计算扣、锚索索力，最后根据计算索力确定钢绞线数量。一般情况下，扣、锚索安全系数应不小于2．5。

6 锚固系统施工设计

锚固系统主要由扣索前端锚固、扣塔端锚固和锚索后端锚固3部分组成。扣索前端通过锚箱与扣点拉板销接进行锚固，拉板内侧与拱肋腹板内侧对齐。扣塔端锚固包括在交界墩范围通过墩身预留孔道和张拉锚槽、以及在钢塔部分采用横向锚梁等2种形式进行扣、锚索锚固。锚索后端锚固采用2种形式，两岸1～5号锚索均锚固在主体结构拱座或承台上，6～9号锚索采用独立临时锚碇进行锚固。

6．1 扣索前端锚固

扣点采用拉板的形式，内侧设加劲板保证拉板侧向稳定。2块拉板对齐主拱圈上弦的钢箱梁腹板，与钢箱梁顶板进行全熔透焊［2］。

拉板与锚箱通过钢销连接。扣索采用钢铰线，在锚箱处采用固定端P型锚固定。扣索前端锚固构造见图5。

图5 扣索前端锚固构造图

6．2 扣塔端锚固

本桥的扣塔端锚固包括交界墩锚固和钢塔锚固2个部分。每组扣、锚索的水平分力应大小相等，方向相反，以避免对扣塔产生不平衡水平力。根据总体布置，各组扣、锚索在立面上均交于扣塔中心线上，这样就避免了因为竖向合力偏心而引起的扣塔立柱受力不均匀。因此，扣塔端锚固构造需严格满足扣、锚索布置的要求。

在扣塔的交界墩部分锚固时，扣、锚索分别穿过交界墩的预留孔道后，在墩身另外一侧的张拉锚槽内进行锚固。交界墩身锚固构造见图6。

图6 交界墩范围锚固布置图

一般情况下，对于采用分离式布置的扣、锚索，扣索和锚索除一端分别锚固在拱段前端和后锚碇处外，另一端均锚固在扣索塔架顶顺桥向布置的张拉锚梁两端。由于多根扣索在拱段上的锚点位置各不相同，而与之相对应的各根锚索锚固位置也不尽相同，即使每组扣、锚索的水平分力相等，扣、锚索的竖向分力也并不完全相等。由于扣索和锚索在张拉锚梁的锚点一般均不与扣索塔架中心重合，则张拉锚梁对扣索塔架顶的竖向合力将偏离扣索塔架中心，从而对扣塔产生较大的偏心弯矩，对扣索塔架的设计造成困难。

采用分离式扣、锚索纵向张拉锚固构造的扣索塔架，其顶部需承受竖向力和偏心力矩2种荷载。经过分析，若对分离式扣、锚索采用横向锚梁进行锚固，在各组扣、锚索作用线均交于扣塔中心线上的情况下，扣索塔架顶部只承受竖向力，不承受不平衡水平力和偏心弯矩，从而在极大程度上减小扣塔的设计荷载，为扣塔设计带来便利。

因此，本桥的分离式扣、锚索在扣塔的钢塔范围采用横向锚梁锚固的方式，有效保证了各组扣、锚索力作用线均交于扣塔中心线上，从而明显改善扣塔的整体受力状态。该方法实现方式为：每组扣、锚索分别对称平衡锚固于同一根横向锚梁上，此锚梁再通过下部设置的强大分配梁体系将荷载均匀传递至钢塔立柱上。

本桥锚索后端锚固系统的布置充分利用了主体墩台受力，主要采用2种形式：①两岸1～5号锚索均锚固在主体结构拱座或承台上，经分析计算，主体结构受力安全；②6～9号锚索采用临时的独立锚碇进行锚固，锚碇规模根据锚索索力计算确定。

利用主体结构墩台时，锚索后端与锚箱相连，再由锚箱通过销轴将锚索力传递到锚座，最终由锚座通过预埋锚筋将荷载传递到主体墩台。布置时，尽量使锚固于同一承台的所有锚筋的合力中心线通过承台底中心，以免承台桩基承受过大弯矩。利用主体结构墩台的锚索后端锚固布置见图7。

图7 锚索后端锚固布置图

采用临时独立锚碇时，锚索后端直接锚固于锚碇体。两岸各设2个整体式钢筋混凝土预应力锚索式锚碇，锚碇抗滑移稳定系数不小于1．2［3］。为保证锚碇基础的安全，基坑周边设置截水沟，并用浆砌石固面。需注意，预应力锚索必须锚固于新鲜、稳定的岩面里，并通过试验验证锚索的安全性能。

7 结语

本工程施工方利用本文所述方法安装巫山大宁河特大桥主拱圈，达到了以下效果：

（1）充分利用了主体墩台进行受力，有效减少了锚索后锚固系统的工程量，同时减少了后锚固开挖量。

（2）将主体交界墩作为扣塔的一部分，进行扣、锚索的塔端锚固，节省了扣塔工程量。

（3）对扣、锚索的钢塔范围锚固构造进行了优化设计，通过新型的张拉锚固形式达到了扣、锚索力作用线交于扣塔中心线上的目的，有效改善了扣塔的受力状态，较传统施工方式节省了扣塔工程量。

（4）在桥梁施工领域，较早地采用大吨位分组式预应力锚索锚碇，有效解决了山区复杂地形地质条件下，锚碇布置困难的难题，同时减少了开挖工程量，经济环保。

实践证明，本桥的斜拉扣挂法施工设计可较好地满足拱桥施工的需要，具有广泛的适用性和较高的经济性，可供今后类似工程借鉴。

［1］ JGJ041－2000公路桥涵施工技术规范［S］．北京：人民交通出版社，2000．

［2］ 李星荣，魏才昂，丁峙崐，等．钢结构连接节点设计手册［M］．北京：中国建筑工业出版社，2004．

［3］ JTG D63－2007公路桥涵地基与基础设计规范［S］．北京：人民交通出版社，2007．