我国大跨径悬臂浇筑混凝土拱桥的应用

蒋建军

(四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川成都 610041)

混凝土拱桥充分利用了混凝土材料的抗压强度高而抗拉强度低、钢筋的抗拉强度高的特点，通过合理的结构设计并选择适当的施工方法，可以使得主拱圈在施工阶段承受有限拉应力，在成桥运营阶段全截面受压，耐久性好，是一种经济、合理的桥型。混凝土拱桥主拱圈的施工方法因施工条件不同而不同，通常采用的无支架施工方法有缆索吊装法、转体施工法、劲性骨架法和悬臂浇筑法。采用悬臂浇筑法施工混凝土拱桥的技术从21世纪初引入国内并得到发展，目前已在国内多座大跨径拱桥上使用。混凝土拱桥悬臂浇筑法施工技术复杂，需要对桥梁主体结构和斜拉扣挂体系进行详细地施工过程分析，施工期间需要进行精确地施工监控，准确控制拱圈线形、应力及施工期扣索及锚索的索力。鉴于大跨径悬臂浇筑混凝土具有较多工程技术经济优点，有必要进行技术总结，以供类似工程参考。

1 应用概况

目前，国外已建成的跨径150 m以上悬臂浇筑混凝土拱桥有20余座[1-3]，其中最大跨径是美国科罗拉多桥(跨越胡佛水坝)，主拱圈净跨径323 m。根据调查，目前我国已建成的悬臂浇筑混凝土拱桥有4座，跨径在150～200 m之间，最大跨径是四川盐边县鳡鱼大桥，主拱圈净跨径200 m。我国大跨径悬臂浇筑混凝土拱桥应用情况见表1。

表1 我国大跨径悬臂浇筑混凝土拱桥应用情况

2 工程应用实例

悬臂浇筑法施工混凝土拱桥指的是采用挂篮和斜拉扣挂系统施工主拱圈。挂篮一般由钢横梁和三角形钢桁架组成，可沿主拱圈顶面弧线行走(图1)。斜拉扣挂系统一般由索塔、扣索、锚索、锚碇、钢锚箱等组成。我国悬臂浇筑法施工的混凝土拱桥多修建于峡谷地带，拱圈采用整体性好的单箱多室箱形截面，拱轴线采用悬链线，拱上设立柱、横墙，拱上结构多采用小跨径简支预应力混凝土梁(板)。

图1 主拱圈挂篮

2.1 四川攀枝花市新密地大桥

四川攀枝花市新密地大桥横跨金沙江，桥面全宽30 m，分上、下游两幅桥，桥梁全长296 m，桥跨布置为27.5 m+22.55 m+净跨182 m+22.55 m+27.5 m[4]。该桥于2008年12月开工，上游半幅桥于2011年9月建成通车，下游半幅桥于2013年2月建成通车，建筑安装工程费为7 050.5万元。主桥上部结构采用净跨径182 m上承式钢筋混凝土箱形拱桥，拱上采用跨径12.66 m简支小箱梁(桥面连续)；拱座由斜桩与竖桩共同支承；引桥上部结构采用22.55 m、27.5 m简支小箱梁，分别上跨省道S310和滨江大道；引桥下部结构采用双柱式桥墩；两岸桥台采用桩柱式桥台。大桥的桥型立面布置见图2，建成后照片见图3，施工期照片见图4。

图2 攀枝花市新密地大桥立面布置(单位：cm)

图3 攀枝花市新密地大桥

图4 攀枝花市新密地大桥施工

主桥上部结构由主拱圈、垫梁、拱上立柱、横墙、盖梁、简支小箱梁共6部分组成。主拱圈为净跨径L0=182m、净矢跨比F0/L0=1/6、拱轴系数m=1.988的等高截面悬链线无铰拱，采用挂篮悬臂浇筑法施工。主拱圈为单箱双室结构，高3.5 m，宽9.6 m，分31个节段，其中两岸各设一个拱脚搭架现浇段(即1号节段)，拱顶设一个吊架浇筑合龙段(即16号节段)，其余28个均为挂篮悬臂浇筑段(即2#～15#节段)。主拱圈标准横断面见图5。

图5 攀枝花市新密地大桥主拱圈标准横断面(单位：cm)

该桥主要技术特点：

(1)主拱圈分幅设置，降低了节段重量，加大了节段长度，缩短了主拱圈成拱时间，提高了施工期的安全性。

(2)采用斜桩、竖桩共同支承拱座，解决了基岩裂隙发育、强风化层厚度大、地基承载力较低的问题。

(3)拱脚支架现浇节段采用了C50钢纤维混凝土，解决了拱脚刚度大、容易产生早期裂缝的问题。

(4)采用悬臂浇筑法施工主拱圈，解决了常规缆索吊装施工需要建设大型预制场、拱圈大节段运输及安装困难等难题。

2.2 四川盐边县鳡鱼大桥

该桥位于四川省攀枝花市盐边县鳡鱼乡，为跨越二滩库区鳡鱼河而设，全长270 m，桥宽11.5 m，桥跨布置为2×12.50 m+净跨200 m+2×12.50 m[5]。该桥于2013年2月开工建设，于2015年7月建成通车，建筑安装工程费为4 213.4万元。主桥上部结构采用净跨径200 m上承式钢筋混凝土箱形拱桥，拱上采用跨径12.5 m简支小箱梁(桥面连续)；拱座支承于基岩内，底部设竖桩提高其承载力；引桥上部结构采用简支小箱梁和现浇实心板；引桥下部结构采用双柱式桥墩；两岸桥台采用重力式桥台。大桥的桥型立面布置见图6，建成后照片见图7，施工期照片见图8。

主拱圈为净跨径L0=200m，净矢跨比F0/L0=1/7，拱轴系数m=2.268的等高截面悬链线拱，采用挂篮悬臂浇筑法施工。主桥上部结构由主拱圈、垫梁、拱上立柱、横墙、盖梁、简支小箱梁共6部分组成。主拱圈为单箱双室结构，高3.8 m，宽8.0 m，分33个节段施工，其中两岸各设一个拱脚搭架现浇段，拱顶设一个吊架浇筑合龙段，其余30个均为挂篮悬臂浇筑段。主拱圈标准横断面见图9。

该桥主要技术特点：

(1)主拱圈采用现浇整体截面，与无支架缆索吊装法“集零为整”相比，结构整体性增强，承载力大，耐久性好。

(2)通过合理确定起拱线高程以适应二滩库区45 m高落差水位，为枯水期施工创造了有利条件。

(3)主桥拱座置于基岩并设置竖桩，解决了施工期拱座竖向荷载大、地形坡面陡峻、岩石裂隙较发育等问题。

(4)采用岩锚+框架梁的轻型组合式锚碇，工程量小，经济节约，且减少了大桥建设对交通干扰。

(5)主拱圈采用C50高强度混凝土，截面采用闭合箍筋，并在外表面设置D6带肋钢筋网，解决了主拱圈刚度大、容易产生早期裂缝的问题。

(6)对位于库区正常蓄水位1 200.6 m以下的主拱圈1#节段及2#节段，采用环氧树脂涂层钢筋，提高了结构的耐久性。

3 技术特点分析

通过对我国已建成的几座大跨径悬臂浇筑混凝土拱桥进行调查研究，总结其技术特点有：

图6 盐边县鳡鱼大桥立面布置(单位:mm)

图7 盐边县鳡鱼大桥

图8 盐边县鳡鱼大桥主拱圈施工

图9 盐边县鳡鱼大桥主拱圈标准横断面(单位：cm)

(1)主拱圈采用悬臂浇筑法施工时，桥梁结构为具有冗余约束的超静定体系，施工期安全性高。

(2)悬臂浇筑法施工的主拱圈整体性好，刚度大，施工期不受洪水影响，工期可控。

(3)悬臂浇筑法不需要建设大型预制场，也不需要设置节段运输通道，对地形适应性强，有利于保护环境。

(4)通过斜拉扣挂体系可控制并适时调整主拱圈应力和线形，成桥质量好。

(5)主拱圈采用箱形截面，刚度大、重量轻，有利于加大拱圈节段长度，缩短工期；成桥后主拱圈截面应力小，且为压应力，耐久性好。

(6)采用环氧树脂钢筋、高强度钢纤维混凝土、外周防裂钢筋网、闭合箍筋体系等多种结构措施，改善主拱圈耐久性，解决了主拱圈施工期早期裂缝问题。

(7)拱上结构可采用小跨径结构，如小箱梁、I形梁、T梁等，安装方便。

(8)可充分利用两岸岩石地基，采用竖桩、斜桩和拱座组合成型式多样的基础，经济合理。

(9)扣索锚碇基础型式多样，利用岩锚可以降低造价；地质条件较好的地方可利用桥台作为锚碇。

4 结论

在大跨径悬臂浇筑混凝土拱桥方面，我国从2005年开始建设主拱净跨径150 m的四川白沙沟1号桥，到2015年建成主拱净跨径200 m的四川盐边县鳡鱼大桥，经过十几年应用和发展，在理论分析、结构设计、施工方法、风险控制等方面取得了较多技术成果。工程应用情况表明：悬臂浇筑法施工混凝土拱桥主拱圈具有桥梁结构整体性好、施工期安全性高、对地形适应性强、工程造价低、工期可控、成桥质量好等优点；对于跨径200 m以下的混凝土拱桥，悬臂浇筑法具有较好的适用性。