上承式钢筋混凝土箱型拱桥上部结构施工关键技术

谢云亿

(广西交科工程咨询有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

随着我国社会经济的快速发展，公路交通建设工程的数量明显有所增多，其中桥梁作为公路交通中不可或缺的部分受到了人们的普遍关注，其安全性和施工技术更是施工开展的重要基础。本文主要探讨了上承式钢筋混凝土箱型拱桥的上部结构施工关键技术，即预制安装施工技术，以期为实际应用提供参考。

1 钢筋混凝土箱型拱桥施工技术概述

近年来，由于拱桥具有安全性较高、受力小以及维护费用较低等优势而得到广泛应用，其中钢筋混凝土拱桥更是因为其良好的上述特点进一步取得了更好的应用效果。在钢筋混凝土拱桥施工过程中，其方法主要可分为预制安装法和悬臂现浇法，其中预制安装法的优点主要体现为成本较低、安全性较高，促进了施工的进度等。本文主要结合实例，分析了钢筋混凝土箱型拱桥上部结构采用预制安装方法施工的具体效果。

2 工程概述

广西某大桥，全长为1 665.24 m，主桥跨径为160 m以上的上承式钢筋混凝土箱型拱桥，桥宽29 m，桥的矢跨径为1/6.5，详细如图1。在单幅拱内布置有7个箱，且每个拱箱可分为7段展开吊装。此外，在拱圈中的现浇拱之上设有盖梁和立柱，23.42 m为立柱的最大高度，全桥一共有52根立柱，而盖梁每半幅有17个，一共34个。行车道为空心板，跨径为10 m，一共418块空心板，单幅横向布置9块，一共布置5联。

该桥常年所处的水位较为稳定，且流量受到季节的影响较小，平均风速为1.50 m/s，有记录以来，最大风速为17～20 m/s。

3 钢筋混凝土箱型拱桥上部结构施工

3.1 设计施工方案

预制安装方法施工为上承式钢筋混凝土箱型拱桥上部结构施工的主要施工方法，预制以及安装为该技术的关键所在。在预制作的过程中，所采用的方法主要为二次预制法。具体而言，首先由于拱箱腹板和横隔板等小构件板面太薄，难以保证其质量，所以预制主要采用先卧式。其次在小构件预制完成后，将其运送到拱箱预制场中，按照尺寸在地胎上进行拼装，然后进行混凝土的灌注，从而形成拱箱节段。最后将拱箱节段运送到起吊场地，采用横移缆索吊机进行安装。在安装的过程中，应该采用钢绞线斜拉扣挂技术进行临时固定，而在完成安装后再展开箱肋间中缝、箱顶整体化层的浇筑以及展开拱上立柱、盖梁以及桥面板的施工安装。

3.2 拱箱的预制及其施工方法

主桥的单拱箱宽度为1.58 m，高度为2.7 m，将7个箱单幅横向进行布置，在每个拱箱进行吊装时，分7段进行展开，在两幅中共有节段98个，最大吊重单段为78 t，混凝土总计用量为4 759 m3。在23#～29#桥墩的位置上向右侧设置拱箱预制场。此外，将14条拱箱分段预制地胎设置在预制场中，拱箱的预制可同时预制两条，并存放34条地胎，叠加两层，共存放68个箱段。此外，由于23#～29#桥墩右侧的场地有限，因此导致拱箱横隔板和腹板另选场地展开预制工作，并且横隔板和腹板的预制应该设立在2#拌合站中，而拼装工作则应该在横隔板和腹板预制完成后在拱箱预制场中完成。其中，横隔板和腹板到拱箱预制场距离大约为300 m。

在展开拱箱的施工过程中，预制安装方法主要可分为三个方面：

(1)制作拱箱地胎。在运用计算机技术进行精准放样的基础上进行地胎的制作，因为在拱箱端头进行了接头角钢的预埋，同时截面制作需要较高的精度，所以为了保证浇筑箱端在展开接头的过程中不出现变形以及预埋走样的情况，通常均需要在地胎的两端根据大样图进行混凝土定位台座的设置，其中定位台座的底部和顶部均应该埋有螺栓，而在螺栓埋设的过程中则应该根据图纸高度进行放样，从而为定位端头膜和预埋件提供支撑，同时应该将拱轴线、上弦线和其他接头构件的位置线进行定位，详细见图1。

图1 拱箱预制地胎示意图

(2)拱箱的预制流程和注意事项。拱箱的施工方法主要为预制组装法，其预制流程主要为：①在预制场中采用卧式预制的方法对腹板和横隔板进行预制，应该严格按照设计尺寸要求，预制工作也应该按照相关的规范进行，避免开裂的问题产生；②将底板钢筋安装到拱箱预制地胎上；③腹板和横隔板的安装应该严格按照设计位置要求，同时利用吊锤对地胎墨线进行位置的调整，在位置调整准确后采用临时撑架进行定位固定；④对底板、腹板以及横隔板接缝混凝土进行浇筑；⑤浇筑完成后再进行顶板模板以及钢筋的安装；⑥进行顶板混凝土的浇筑以及结束拱箱节段的预制。在进行拱箱预制的过程中，不仅要保证混凝土具备足够的强度，而且因为拱箱安装精度直接由拱箱长度所决定，所以应该保证每个拱箱的节段的长度。在拱箱预制完成后，应该准确测量拱箱的长度，并对温度进行测量。而在拱座的施工过程中，应该精准测量两岸拱座的实际距离，从而验证调整预制工作。

(3)处理扣锁预埋段。在预制拱箱的吊装过程中，应该与扣索进行连接，并采用预埋钢绞法和预埋钢棒法。其中钢绞法的操作极为简单，施工也较为迅速，然而因为本桥拱箱的横向间距较小，在拱箱吊装完成后导致扣索难以被去除，所以在本文中所采用的方法主要为预埋钢绞法，详细施工方法见图2。即钢绞线通过低顺腹板、底板，并从另一侧腹板穿过，最终为钢筋提供了锚固稳定性。

图2 预埋钢绞线示意图

3.3 拱箱的安装

拱箱安装过程中，主要包括六个方面：(1)拱箱节段一共可分为98个，最大吊重单段为78 t。全桥一共有52根立柱，而盖梁每半幅有17个，一共34个。行车道为空心板，跨径为10 m，一共418块空心板，单幅横向布置9块，一共布置5联。除去拱座上的立柱，其他均采用预制安装方法进行施工。(2)缆索吊装系统。本文桥梁的主拱肋安装均采用缆索吊机进行安装，而在对钢绞线斜拉扣挂进行临时固定时，均采用吊扣塔真正合一的方式展开(见图3)。(3)拱箱安装工艺。将拱箱运送至起吊位置主要采用平车轨道，起吊运输主要采用单组主索，并将一段混凝土拱箱起吊运输到安装位置，然后对接，初步张拉扣索，再安装设立的侧缆风，同时对拱箱的轴线和标高进行调整，此后逐步将扣索收紧，放松吊点，在完成锚固后将吊点释放。在后续安装过程中，应严格按照两岸阶段对称的原则。在单侧肋合拢并完成线型的调整后逐渐放松拆除扣索，最后再展开其他拱肋的吊装，并在全部拱肋完成吊装后对拱脚进行封闭。(4)为了快速安全地完成拱箱安装，应按照一定的次序开展拱箱安装工作，同时应该符合相关的设计要求。(5)扣挂体系。拱肋扣点结构、扣索、塔架以及扣索地锚为扣挂体系的主要组成部分。在本文的实际案例中，所采用的扣索主要是规格为1 860 MPaφ15.24 mm的高强度低松弛钢绞线，预埋钢绞线扣点结构，而钢绞线则主要采用钢绞线扣点结构的预埋，并由钢绞线通过塔顶索鞍转向后进入到后地锚张拉端，在后地锚张拉端上使用夹片锚具，索力的调整主要采用千斤顶展开。若要实现拱肋安装时由缆索起重绳垂直力到扣索钢铰线扣挂受力的转换，通常均需要通过起重索的放松和扣索千斤顶张拉收紧。其中，每根扣索拉力一般控制在10 t左右，且钢绞线扣索力安全系数≥10 t[1]。拱肋节段扣挂系统的受力应该同时使用多种不同的电算程序展开计算以及复核，从而为计算结果的无误提供保障。在安装过程中，应该通过合理布设扣索来实现一次扣索同时吊起多条拱肋的目的。(6)调节拱肋轴线以及标高。吊装拱肋的过程中，相关的控制指标主要为拱肋轴线和标高，其控制过程较为复杂，在整个吊装过程中，往往需要相关的测量技术人员展开跟踪观侧，而轴线的调整则主要根据扣挂系统调整标高和临时横向侧风缆展开。此外，因为两岸的扣索长度不一致，并且在温度变化的作用下会对已安装的拱肋标高产生影响，而为了消除上述问题，通常需要在合拢前对已经完成安装的拱肋进行标高调整，在将标高调整至规范要求时，即可进行合拢施工。

图3 缆索吊装系统的总体布置平面图

3.4 经济性分析

悬臂现浇施工是目前箱拱设计施工的主要方法，但该方法在地形条件受限、没有预制场地的地段，使得预制安装的工作更加具备安全性和经济性，详细见表1。而从表1中也可看出，该表为考虑工期对费用所产生的影响，在工期加快的情况下采用双幅同时悬臂技术来浇筑施工，则会使得材料设备的投入加倍。

表1 悬臂现浇拱箱和预制安装施工拱箱的经济性比较表

4 结语

随着我国社会经济的快速发展，高速公路进入山区的情况越来越常见，而钢筋混凝土箱型拱桥由于在造价、后期维护以及耐久性等多方面均具有较好的优势而得到了广泛应用。相比之下，悬臂现浇施工则对施工环境的要求较低，但是该施工方法却在造价、施工风险等方面却较高，严重限制了该方法的应用。其中采用预制安装的方法展开施工为上承式钢筋混凝土箱型拱桥上部结构的主要施工方法，本文结合实际案例，从拱箱的预制及其施工方法、拱箱的安装等方面出发，并与悬臂现浇施工进行比较，分析了其经济性，以此深入分析了预制安装方法所发挥的作用。