凤凰二桥多跨葵花形混凝土拱桥施工技术

秦星

摘要：广州南沙凤凰二桥是多跨连续葵花形混凝土拱桥，且地处华南富淤泥质地域，跨越Ⅵ级通航水道。本文从主桥支架、体系转换、主腹拱结合部施工等方面，介绍了主桥复合支架多孔对称、双幅同步施工工艺，体系转换阶段多孔同步分级落架、系杆分次张拉的拱脚水平推力控制措施，以及腹拱根部用临时柔性铰替代砼半铰避免该处混凝土局部开裂的办法，提供了华南地区多跨连续葵花形砼拱桥拱梁施工的成功范例。

【关键词】多跨；葵花形；拱桥

拱桥因为它的形态优美，而工程造价低廉，但是结构的承载力大而成为一种广泛的桥梁结构形式，葵花形拱桥因为它的造型轻盈、通透，像葵花的花瓣而得名。作为一种结构新颖、造型优美的上承式混凝土拱桥，葵花形拱桥采用腹拱横跨主墩直接连接两边主拱，大拱上面叠小拱，给结构赋予了更强的层次感，使其既有传统拱桥的厚重美，又由于其线条优美而显现代灵动美，且大幅度提高了桥下净空。预应力葵花拱结构同时具备拱桥和连续刚构桥梁的优点，通过系杆的使用，平衡拱脚的水平推力，减小对地基承载力的要求，对于地质条件不良且有通航要求的河段，是一种很有潜力的新桥型。

1.工程概况

1.1 总体布置

广州南沙凤凰二桥起点桩号为K2+384，终点桩号为K2+696，全长0.312km，由中间的四跨混凝土连拱和两岸跨混凝土拱梁组合而成，跨径组合为40m+4x58m+40m，桥梁的宽度为40.9m，分上下两幅，单幅桥面宽度19.85m，两幅桥中央分隔带净宽为1.2m。

1.2 施工条件

凤凰二桥上跨上横沥水道，航道等级为内河Ⅵ级，桥址处地势相对较平坦，枯水期桥区水深约8～12m。覆盖层从上而下依次为饱和流塑淤泥、松散的粉细砂、全风化强风化的花岗岩。

2.项目技术特点

与国内外众多已建成的砼拱桥相比，凤凰二桥最大的特点在于其结构为多跨连续拱，且地处富淤泥质地域，无法通过设计强大的边墩来抵抗结构体系的水平推力。因此，如何在施工中成功控制该水平推力，制定一套完整适用的施工方法，以达到结构安全、顺利成桥的目的，是该项目的关键技术难题。

鉴于该桥结构体系受力复杂、拱桥水平推力控制及支架拆除等体系转换工作难度大等特点，其施工技术重点放在以下几个方面（1）主桥支架设计，确定主拱支架的合理刚度、腹拱及主梁支架的合理形式，并进行支架稳定性分析；（2）控制拱脚水平推力，优化体外预应力系杆的张拉时机和张拉力的大小；（3）体系转换，优化支架落架顺序，确保结构安全过渡到成桥状态；（4）混凝土拱肋结构抗裂，从设计和施工角度规避腹拱拱脚等局部应力集中问题。

3.主桥支架设计及施工

3.1 支架整体布置

考虑到橋区所在Ⅵ级航道受桥高限制，组织大型浮吊设备进场难度很大，结合本工程工期紧的特点，本项目的主桥现浇支架选用施工时间相对较短的少点支架与满堂支架组合的方案。

岸侧拱梁现浇支架（60#-61#墩、65#-66#墩）采用下部钢管立柱与上部碗扣式支撑架组成的复合支架，腹拱及拱上纵梁现浇支架采用碗扣式满堂支架，通航孔处的现浇支架（62#-63#墩）采用钢管桩基础与上部碗扣式支撑架组成的复合支架，并设置30m×6m净空临时通航孔，其余水上现浇支架（61#-62#墩、63#-65#墩）采用钢管桩基础加上部碗扣式满堂支撑架组合的复合支架。

3.2 支架施工工艺

施工准备—钢管桩施沉—平联、斜撑制安—主横梁安装—钢桁拱架、贝雷梁安装—分配梁安装—碗扣支架搭设—支架验收。

3.3 主桥支架施工

3.3.1钢管桩施沉。本桥主桥支架共计428根螺旋钢管桩，有φ1000x10、φ800x10、φ630x14、φ630x8四种桩型，根据需要采用打桩船+D-80柴油锤和履带吊+DZ90液压振动锤两种方式沉放。

3.3.2平联、斜撑制安。平联与钢管桩之间的连接采用 “哈佛接头”，根据相贯线，提前在后场下料。部分平联需要与墩身连接（扶墙）墩身施工时提前做好预埋件埋设。

3.3.3主横梁安装。主横梁采用双拼HN700、双拼HM588型钢，采用后场备料加工、前场将焊接固定。

3.3.4钢桁拱梁、贝雷梁安装。为确保主拱通航，采用33m×3.3m钢拱架作为上部支撑结构，上下弦杆采用HN700×300型钢。钢拱架在后场加工，现场用浮吊整体安装就位。

3.3.5非通航孔的主纵梁采用“321”贝雷梁，预先在陆上拼装成长度9m、12m、15m单层结构形式，采用浮吊或履带吊安装就位。安装时，贝雷梁的支撑点对应于销轴连接节点位置，其他位置用竖杆加强，各组贝雷梁之间每隔9m用∠75×75×6mm角钢剪刀撑联结成整体，横向用U形限位卡、端头用I14工字钢焊接固定在主横梁上。

3.3.6碗扣支架搭设。支架纵向间距0.6m，顶部布置纵横封口杆，底部布置纵横扫地杆，每根立杆与封口杆的连接牢固采用扣件。按照构造要求，支架中间、四周设置连续剪刀撑，剪刀撑的纵横向距离不得>4跨，角度控制在45°-60°。

4.葵花形拱桥体系的转换

在拱桥现浇支架拆除前，所有结构重量均有支架承担，此时拱结构没有水平向的推力，但是随着拱桥现浇支架的拆除，结构自重逐渐由拱圈承担，且内力大小会随活载的变化而变化，从而产生不平衡水平推力，直接影响成桥质量及安全。故需在体系转换过程中有效控制拱脚水平推力，从而保证体系转换过程平稳安全的完成。

4.1 总体落架方案

如前所述，凤凰二桥主桥支架采用复合支架法。其支架落架过程，对桥梁结构而言是一个加载过程，桥梁自重由支架和结构共同承担过渡成全部由桥梁结构承担，结构的受力和变形极为复杂，而且多跨连续拱桥的拱与拱之间也存在较为复杂的作用关系，不同落架方案对拱脚水平推力、拱圈内力及变形均有较大的影响。不合理的落架方案将会给结构的安全带来较大的安全隐患。

根据均衡、对称的原则，初步考虑三种落架方案：方案一：由两侧往中间的顺序落架，即首先边拱，然后次边拱，最后中拱；方案二：由中间往两侧的顺序落架，即首先中拱，然后次边拱，最后中拱；方案三：同步落架。

通过建模分析发现，方案一、方案二由于在落架过程中都会存在一个墩子两侧的两个拱圈一个已经落架，另外一个没有落架，拱脚都存在一侧落架另一侧未落的情况，导致墩底产生极大的不平衡水平推力而产生较大的位移。方案三同步落架则可以确保每一个拱圈同时对拱脚墩底产生水平推力，并相互平衡，从而减小墩底水平位移，满足规范要求的小于6mm的限值，因此选择方案三同步落架。

4.2 单孔支架拆除

拱支架为满堂支架，每孔均有几千的立杆，为了能够尽可能的同步，采用循环落架法。即分区域多次循环旋转立杆顶托的螺母逐步、均匀、缓慢地落架，具体落架步骤如下：

第一步：将拱圈从拱顶到拱脚依次划分5个区域（拱顶、1/4区域、拱脚）；第二步：将拱顶区域的立杆顶托螺栓松1/2丝；第三步：将拱圈1/4区域的立杆顶托螺栓松1/2丝；第四步：将拱脚区域的立杆顶托螺栓松1/2丝；第五步：依次重复第二到第三步知道全部立杆与拱圈完全脱离。

经仿真计算可知，随着卸落过程的深入，其拱座水平推力、拱座轴力及拱座弯矩等，变化趋势都较为平稳而合理，可保证落架过程结构及支架稳定。

4.3 体系转换实施

体系转换由支架落架与系杆张拉过程组合而成，具体分如下16个步骤：（1）第一次张拉体外系杆；（2）拆除纵梁支架、边拱（60-61、65-66）支架；（3）第二次张拉体外系杆；（4）61#-62#、63#-64#、64#-65#跨主拱支架循环卸落12mm；（5）第三次张拉体外系杆；（6）通航孔（62-63）跨中桁架整體卸落；（7）第四次张拉体外系杆；（8）61#-62#、63#-64#、64#-65#跨拱顶支架循环落架；（9）第五次张拉体外系杆；（10）全部拱脚支架循环落架；（11）第六次张拉体外系杆；（12）施工部分防撞墙、人行道基座、人行道板及栏杆；（13）第七次张拉体外系杆；（14）全部腹拱支架同步、对称、循环落架；（15）第八次张拉体外系杆；（16）施工桥面铺装；终调全部系杆，封锚。

体系转换全过程统一指挥，体外系杆张拉、支架拆除、桁架卸落时务求同步、缓慢、对称、均匀，同时严密监测左右幅主墩顺桥向位移。

5.主腹拱结合部施工

为确保腹拱拱脚后浇部位施工质量，拱脚部位设置临时柔性铰：主腹拱拱脚连接段预埋型钢构件，待腹拱支架拆除后，后浇混凝土连接，用临时柔性铰替代原设计中的半铰结构，既达到施工过程混凝土振捣密实目的，又能通过柔性铰释放施工过程中产生的集中应力，避免主腹拱连接部位混凝土开裂，见图1。

6.结束语

广州南沙凤凰二桥是一座多跨连续葵花形混凝土拱桥，施工中采用复合支架多孔对称、双幅同步施工工艺，解决了多跨连续葵花形砼拱桥的结构体系和建设条件复杂的技术难题；通过多孔同步分级落架、系杆分次张拉，有效控制了体系转换各阶段拱脚水平推力；通过在腹拱根部用临时柔性铰替代砼半铰，避免了该处混凝土局部开裂，方便了砼后浇施工。成桥后拱圈线形良好，外观质量高，各项技术指标完全满足规范及设计要求，为华南富淤泥质地域同类型桥梁施工提供了成功范例和有益借鉴。

【参考文献】

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[2]刘滔，刁砚.钢管混凝土拱桥拱脚临时铰应力分析[J].四川建材，2019，45（01）：163-164.