大跨度钢筋混凝土箱型拱桥无支架施工技术

张金龙 朱东生

摘要：本文通过乐山金口河金和大渡河大桥的缆索吊装、拱箱的试吊、拱肋的吊装的施工过程模拟了大跨度钢筋混凝土箱型拱桥无支架施工的整个过程。

关键字：箱型拱桥；缆索的吊装

1.工程概况

乐山市金口河金和大渡河大桥主拱净跨为2×80m的钢筋混凝土悬链线箱形拱桥，跨越大渡河，桥梁全长186.02m。桥梁全宽10.6米；平面位于直线段。主拱圈矢跨比1/8，采用等截面悬链线，拱軸系数m=1.756。预制拱箱高1.6m，顶面全宽8m，横向由5片拱箱构成，箱轴中距1.58m。设计每片箱肋分五段预制吊装合拢，最大吊装净重约35吨（边箱），全桥拱箱共50个吊装节段。拱箱吊装完成后，浇筑拱圈纵横缝和10cm厚的拱背现浇层，整体化拱圈。拱箱为C40混凝土。

2. 缆索吊装系统的布置

2.1 吊重的确定

拱箱最重节段为边箱拱脚段，节段最大净重量为35t，在吊装计算中，按拱箱35t控制设计，计算重量Pmax=35×1.2+4+1=47t，其中：4t为吊具及配重，1t为施工荷载，1.2为冲击系数。

2.2 主索

主索采用1组5∮47.5mm（6×37+1）的麻芯钢索，抗拉强度1700MPa。单根钢绳破断拉力为117.5吨。悬索跨度L=208.5米，空索垂度=6.8m，矢跨比为1/30.66，当吊运至索跨跨中时，主索垂度fmax=13.06m，矢跨比1/15.96，主索最大张力Tmax=192.1t，拉力安全系数K=3.06>[3]。主索长度按静力平衡原理进行计算，先假定主索初始垂度，计算重索垂度。初始垂度自定以后，空索长度为定值，在荷载作用下必然引起弹性伸长，受载后的总长度S应等于空索长度加上由于荷载引起的弹性伸长值ΔS，即S=+ΔS。

2.3 工作索

考虑到吊运扣索、检修滑车及运送小型机具的需要，在塔顶布置了1根∮47.5mm（6×37+1）工作索，抗拉强度1700 MPa，破断拉力= 117.5t，工作索安装垂度=6.42m，按最大计算吊重8t（含吊具及冲击系数）进行控制，吊重索跨跨中垂度fmax=12.52m，最大张力Tmax=36.7t，拉力安全系数K=3.2>[3]。

2.4 扣索

扣索皆采用6×37+1的麻芯钢索，抗拉强度1700 MPa。两岸拱脚段采用1∮47.5mm钢索，破断拉力117.5吨；两岸第二段采用2∮43.5mm钢索，破断拉力194.3吨。

金河岸一段扣索通过桥台扣在台尾、二段扣索皆通过横向风构上的座滑轮锚固于主锚碇上；306线岸第一段扣索通过设置于桥台后的锚索梁上锚固，第二段扣索锚固于主锚碇上。第二孔的一段和二段通过扣塔锚固在1#桥台的锚索梁上。金河岸为起吊岸。单肋共计8道（12根）扣索， 扣索长短采用滑车组卷扬机调整。

3 拱箱的试吊

吊装系统安装完成，正式吊装前，应进行以下几方面的工作：

（1）复核跨径、起拱线标高，放样拱脚对位大样并画线。

（2）对拱脚预埋件进行检查和校正。

（3）检测吊装段拱箱的几何尺寸及预制施工质量。

（4）对吊装系统进行全面检查并进行试吊，以检验吊重能力及系统工作状态。

3.1 试吊方案

1根据有关技术规范规定和本桥的实际情况，以本桥节段最大设计吊重G=47.244吨为试吊重量。直接利用拱肋作为试吊重量。行走完索跨全程后直接安装。

2试吊的目的是为了检查以下几个方面的情况：

①检查加载起吊后至跨中主索的垂度情况与设计是否相符。

②观测主塔受力变形情况、塔架基础、地锚的变形数据和稳定安全情况。

③牵引索、起重索的动作情况，跑车、倒拐滑车、滑车轮组的运转情况，卷扬机组的运行情况等。

3 试吊需要检查项目

①主索的吊重最大垂度：试吊最大重量节段，跑车运行至跨中，使用全站仪进行悬高测

量，参照标高为两岸主索座滑轮顶连线标高。

②塔架顶位移情况：分两个测量阶段，一是塔架在风缆初张力作用下的最大位移情况；二是每次加载后塔架位移情况。

③塔架基础沉降量：检查塔架基础的沉降量，在基础施工完成后测量其顶面标高，记录原始数据备案，塔架及缆索安装完成后测量一次，再与试吊过程中测量标高进行比较，计算出沉降量。

④地锚位移量：使用经过计量部门标定好的千分表测量，试吊前在地锚的锚桩后侧安装并固定好千分表，千分表顶杆接触地锚后，记录每个千分表初读数，试吊过程中观测并记录吊运过程中千分表读数。并及时将变化量反馈到指挥小组。

⑤检查塔架（垫梁）顶座滑轮、横移系统、牵引索、起重索、滑车轮的动作情况，跑车、卷扬机组的行走和运转速度。通过目测和计时试运行等手段检查。

4 拱肋的吊装

4.1 拱肋吊装顺序

主拱圈采用缆索吊装施工，按5段吊装施工工艺合拢，主拱圈可从上游至下游进行编号，第一孔拱片为1-1～1-5，第二孔为2-1～2-5。合拢主要步骤如下：

1.将1-3片拱箱的第Ⅰ、Ⅴ段（拱脚段）吊运至拱座。调整扣索使端头标高比设计值高约5～10cm，然后用铸铁板嵌塞拱座背面，两侧塞硬木锲夹夹紧，并卡紧扣索。

2.将1-3片预制拱箱的第Ⅱ、Ⅳ段拱箱就位，然后再将第Ⅲ段段合拢段就位，分别设置好墩扣和塔扣。

3.拧紧各段间接头螺栓，并焊接了段间连接钢板。

4.按照以上顺序吊装并合拢2-3片预制拱箱。

5.然后按照2-4，1-4，1-2，2-2，2-1，1-1，1-5，2-5顺序吊装合拢其余拱片。

6.主拱箱梁全部吊完后，集中焊接了主拱圈底面橫隔板处的连接钢板。

7.浇筑拱脚处混凝土。

4.2 拱肋合拢施工工艺：

①合拢松索控制：

当下放至第二段前接头与拱顶段端头标高基本一致时，拱顶段先上好一端接头螺栓，然后观测拱顶及接头标高，若低于设计标高并超过规范容许值，在另一接头处加垫钢板进行调节至设计标高后上好螺栓完成合拢，将加垫钢板点焊于连接角钢上。

经过多次松索循环，各扣索及起吊滑车组皆基本放松（保持10～30%左右索力），拱肋标高亦符合设计要求后，再进行一次拱肋轴线的精确调整。

②拱肋轴线控制：

拱肋轴线标高调节依靠调整扣索长度来实现，扣索调节是为了使拱肋轴线符合设计要求，但是在安装过程中频繁调索也会影响施工的进度和结构的内力不断变化，因此需要减少调索的次数，为此，拱肋在安装阶段需要设一定的预抬高量。按照成拱前扣索力状态，以对扣挂体系的模拟计算结果确定每一节段拱肋安装的预抬标高。

③拱肋接頭焊接：

各接头焊接利用在拱肋上设置吊架，吊架可采用钢筋焊接结构，也可采用脚手架管，吊架必须经过受力验算并保证足够的安全度，并有安全防护措施。在吊架上铺设脚手板作为操作平台。

4.3 拱肋安装过程中应注意的几个问题：

①在拱肋安装的几个主要受力阶段，对塔架、主索、扣索、锚碇进行张力、应力、垂度和位移观测，并作好记录，以指导确保施工安全。

②接头焊接应在轴线标高调整完成，松扣（保持10-30%扣索力）和接头充分抵紧后进行。

③施工过程中应注意千斤绳的配套使用，千斤绳的安全系数应大于8倍。

④拱肋合拢应选择在较低温状态下进行，合拢时的温度最好控制在当地年平均气温值附近。

参考文献

[1]李国豪.桥梁结构稳定与振动[M].北京：中国铁道出版社，1992.

[2]项海帆，姚玲森.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社.2002.262—265.

[3]周亚峰. 拱桥稳定性因素探讨[M].山西建筑.2008.2

[4]邓志华. 大跨度钢筋混凝土拱桥空间稳定性分析.四川建筑.2005.2

[5]张建民，郑皆连等.拱桥稳定性研究与发展.广西交通科技.2000.12