钢拱架现浇大跨径空腹式拱桥施工技术

(广东水电二局股份有限公司，广州，511340)

1 工程概况

观音岩引水工程陶家渡管桥位于攀枝花市西区，横跨金沙江和丽攀高速公路，桥梁全长276m，主桥为单跨等截面悬链线整体现浇箱型拱，主桥跨径L=145m，矢高f=29m，矢跨比为1/5(如图1所示)。桥梁设计全宽6.4m，桥面横向布置为0.25m栏杆+1.85m检修道+2.2m管线+1.85m检修道+0.25m栏杆。桥梁纵坡为双向坡，坡度0.3%。

图1 拱桥立面

陶家渡管桥主拱圈横向采用单箱双室断面，拱箱高度2.8m，拱箱断面全宽6.0m采用整体浇筑钢筋混凝土结构，拱跨中段拱箱顶、底板厚度为0.25m，拱轴系数m=1.347，中边腹板厚0.5m，拱脚处为实心钢筋混凝土结构，拱箱内设八片垂直横隔板，横隔板厚0.3m，拱上立柱、横梁对应位置设置横隔板。

2 施工工艺技术

综合考虑桥梁结构及现场环境条件，确定陶家渡管桥主拱圈采用钢拱架支模现浇施工，桥面板采用预制吊装。现对吊装系统、钢拱架设计与安装、主拱圈混凝土浇筑、桥面板吊装等进行简要阐述。

2.1 吊装系统设计与安装

根据陶家渡管桥的实际地形特点和复杂的周边环境，确定钢拱架安装、混凝土浇筑及桥面板安装起吊设备采用缆索吊。缆索吊设计跨径265m，塔高34.386m，主缆采用4根φ47.5mm钢丝绳，设计最大吊重32t。

两岸索塔采用贝雷桁架组装而成，由贝雷桁架塔柱、塔顶及塔顶分配梁三部分组成。索塔设一个塔柱，塔柱长6.3m，宽1.5m，塔高33m。两岸索塔的塔顶节高度均为1m，横梁长度为6.8m。每个索塔对应一个基础，每个基础顺桥向长度为3m，横桥向宽度为7.6m，深2m，每个基础顶面索塔支承靴对应处预埋一块50cm×50cm×2cm的钢板，每块钢板下焊接3根U型锚固钢筋。

索塔塔顶设上、下两层分配梁，上层分配梁由4根I40工字钢组成，下层分配梁由2根I28工字钢组成。下分配梁简支于贝雷梁柱头反扣的杆件上，上分配梁连续弹性支承于下分配梁上，塔顶采用移动式索鞍。安装时，要求下分配梁与立柱上的反扣杆件焊接，以使分配梁与索塔形成一个整体，而上层分配梁也分段与下分配梁焊接。

主索系统的主承重索采用4φ47.5mm钢丝绳，主牵引索采用2φ21.5mm钢丝绳，动力采用8t慢速卷扬机，起重索采用φ21.5mm钢绳。工作索系统(即工作吊篮系统)设1组，布置在顺桥向的左侧，由承重索、起重索及牵引索组成，承重索为1φ47.5mm钢绳，起重索和牵引索各为1φ21.5mm钢绳。两岸索塔各设两组前缆风索和两组背缆风索，均采用φ21.5mm钢丝绳；索塔还设置上、下游侧缆风索各一组，采用φ21.5mm钢丝绳。

吊装系统以钢筋作为试吊物体，以32t钢筋作为最终试吊重量，行走完索跨全程。试吊过程中主索的吊重最大垂度、主塔位移情况、塔架基础、地锚等均满足设计要求，牵引索、起重索、滑车轮组、卷扬机组等运行情况良好，试吊试验达到预期效果。

2.2 钢拱架设计与施工

陶家渡管桥钢拱架设计跨径L=140.86m，设计矢高f=28.421m，钢拱架总宽度612cm。钢拱架纵向分为39节段，横向按4列布置，钢拱架单列宽78cm，净间距100cm，钢拱架主桁截面尺寸为4000mm×2680mm×780mm。拱架节段采用双拼[20槽钢、I10工字钢与钢板组合加工而成，列与列之间采用平联和横联连接形成钢桁架拱。拱脚处采用特制拱座配砂筒，满足钢拱架卸架要求。为了保证钢拱架在浇筑拱圈时的整体稳定性，在钢拱架上、下游设置12个缆风地锚，用以固定缆风钢丝绳，用φ21.5mm的钢丝绳对称设置12组横向缆风，在收紧横向缆风时，边收紧边测量拱轴线的偏位，每组缆风上下游同时收紧，确保钢拱架横向偏位在允许偏差范围内。

钢拱架安装前需要进行试拼装，在宽阔的平整场地上按照钢拱架组装顺序进行试拼装，试拼装的拱轴线型与设计相符后，才能将成品钢拱架运输至施工现场进行安装。

钢拱架安装过程中及时设置缆风索，确保已安装钢拱架的稳定。在工地现场设置拼装场地，钢拱架采取横桥向拼装，由于场地限制，吊装长度可适当缩短，多次吊装拼装。拼装长度总体按全桥钢拱架5节段安装长度分配，分别为拱脚段30.5m(共2段)，中段32m(共2段)，拱顶合拢段28m(共1段)；首先拼装拱脚节段，再拼装中段，最后拼装拱顶合拢段(如图2所示)。

图2 钢拱架安装示意

钢拱架预压是很关键的一个环节，采用水箱加水的方式进行预压，加载顺序按照两侧对称的顺序进行，以保证支架的受力均衡。按设计荷载的30%、80%、100%、120%分级对称加载，预压过程中全程监测钢拱架竖向和水平变形情况，扣除非弹性变形，最终确定预拱度。

落架作业是钢拱架施工的最后一个环节，在主拱圈裸拱成形后，待混凝土达到设计强度后落架。落架时逐次对称地卸砂落架，两岸砂筒的卸落量应基本相同，砂筒卸架至钢拱架与拱圈完全分离并脱开一定高度后，即先行将拱盔模板、纵横方木拆除，仅保留桁片间的螺栓连接片，最后采用吊装系统将钢拱架分段从拱顶分块拆除。

2.3 主拱圈施工

主拱圈混凝土浇筑按竖向分层、纵向分段的方式进行，并遵循纵向、横向对称、均衡的原则进行施工。主拱圈混凝土分段浇筑，纵向上分为长度相当的九大段，各段之间预留间隔槽，间隔槽宽1m。混凝土浇筑先后次序为拱脚段、拱顶段、1/4段、1/8段和3/8段(如图3所示)。其中拱脚段浇筑方向为从下往上，拱顶段浇筑方向为从拱圈两端往中间方向对称进行，中间段浇筑方向是从拱脚往拱顶方向浇筑。待主拱圈混凝土强度达到85%设计强度后，接合面清除浮浆、凿毛、清洗干净，按施工缝处理后，间隔槽混凝土由拱脚向拱顶对称浇筑，并选择在气温较低时浇筑。

图3 主拱圈混凝土浇筑分段图

2.4 桥面板施工

管桥桥面采用预应力空心梁，每跨空心梁布置4片，全桥14m空心梁共计15跨60片。空心梁预制工艺流程为：清理台座→绑扎钢筋→安装内模→安装外模→检查验收→浇灌混凝土→内、外模拆除→张拉→封锚、灌浆、堵头→成品检验→移梁。空心梁内模采用气囊内膜，外模采用定型钢模。混凝土浇筑采用水平分层，斜向分段的连续浇筑方式，从梁的一端向另一端推进，浇筑完成后进行清孔，采用高压风吹去孔道内的养生水和杂物。空心梁混凝土强度达到设计强度的85%后方可进行预应力钢束张拉，张拉以应力控制为主，伸长量为校核。张拉完成后采用抗压强度不小于50MPa的水泥浆对预应力孔道进行灌浆封堵。

预制好的空心梁通过预制场龙门吊车和运梁专用车运送至索塔前面的主吊点正下方位置，采用缆索吊装就位。先吊装桥轴线旁两侧的空心梁，最后再吊装边梁，主跨部分空心梁吊装严格按照前后左右对称施工。

3 实施效果

缆索吊系统设计安全可靠，布置合理，拆装方便，满足了现场钢拱架安拆、混凝土浇筑及预制梁吊装等使用要求。

钢拱架受力情况良好，采用缆索吊安装方便，安装后采用水箱加水的方式预压操作简单，选定的预拱度合适。在主拱圈混凝土浇筑完成后，钢拱架的变形满足设计和规范要求，保证了主拱圈浇筑安全和质量。

钢筋混凝土拱桥施工的关键在于主拱圈的施工，攀枝花市观音岩引水工程陶家渡管桥主拱圈采用钢拱架支模现浇方式施工，混凝土浇筑采用分段浇筑方式，分段长度和间隔槽位置设置合理。混凝土强度等级、耐久性、抗裂性等各项指标满足设计要求，并且混凝土外观质量良好。第三方检测单位对陶家渡管桥整体进行了检测，检测各项指标满足设计要求。

4 结论

攀枝花市观音岩引水工程陶家渡管桥横跨金沙江和丽攀高速公路，上游已建成具有年调节能力的水电站，洪枯季节下游河床水位相差不大，无法从地面搭设施工支架，因此，采用钢拱架现浇施工成为一种较好的方法。本文主要介绍了陶家渡管桥钢拱架支模现浇施工技术，在缆索吊设计、钢拱架安拆、拱圈混凝土浇筑及预应力空心梁制作安装等方面取得的成功经验，可为其它类似大跨径现浇拱桥提供一些参考。