高原地区大跨径系杆拱桥施工技术

宋刚 陶忠 李睿 杨森

摘 要：木高大桥是云南省备案的第一座下承式钢管混凝土系杆拱桥，地处香格里拉市上江乡，该地区海拔2000米左右，地址条件复杂、日夜温差大、交通不便，这种特殊的地理位置和气候可能会对拱桥施工造成诸多问题，因此围绕高原山区系杆拱桥的施工难点和关键点展开阐述。首先介绍主梁的施工方案和流程，包括墩柱、支架、系杆、横梁和拱脚，然后介绍钢管拱施工，包括吊装、拱肋灌注、吊杆张拉。同时进行施工监控，在各个关键部位安置传感器，监测拱脚、拱肋、系杆的应力应变温度，保证施工的安全进行和指导下一步施工，提供一套可行的高原山区系杆拱桥的关键点施工方案。

关键词：高原山区;大跨度拱桥;拱圈;系杆拱桥;施工技术

中图分类号：TU758.11           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）01-0140-03

钢管混凝土拱桥因其受力性能良好、施工方便、造型美观、经济效益明显等优点在工程中拥有广阔的应用前景。同时施工方法得到了很大的改善和发展[1， 2]。但针对这种组合结构还有很多问题亟待解决，温度效应便是其中之一。钢材和混凝土这两种材料热工性能差异显著，尤其是高原地域，太阳辐射强和气温变化显著，对施工过程中混凝土的徐变、拱肋的合龙、混凝土的浇筑都有很大的影响[1， 3， 4]。

1工程概况

1.1工程简介

木高大桥为“11.3”金沙江白格堰塞湖灾后恢复重建项目。主桥为预应力混凝土系杆拱桥结构，采用刚性系杆刚性拱，计算跨径L=120米，拱軸线为二次抛物线，矢跨比1/5，矢高24米，两侧引桥采用现浇实心板结构，全桥全长168.2米，如图1所示。

1.2地形地貌

上江乡地势东北高、西南低，农田和居民区呈沿江分布，属河谷地区。境内最高点海拔4248.6米;最低点海拔1865米。洼地则较平缓，沿线植被次发育，缓坡地带多为耕地，地貌属典型的构造侵蚀——溶蚀低山河谷地貌，其间夹侵蚀堆积河流地貌。

1.3不良气候影响

高原地区海拔高，日照强烈，昼夜温差大，最高最低气温变幅大，干湿季节分明，这种特殊的气候地理位置和气候特征，可能会对钢管混凝土系杆拱桥的施工带来以下问题：

（1）昼夜温差大容易造成桥墩承台等表面出现温度裂缝，降低承载力[5]。

（2）冬季承台分层浇筑施工，越冬面的长间歇期易产生水平施工缝[6]。

（3）拱肋需要五阶段拼装，拼装过程中会受到温度应力的影响，如果没控制好合龙温度和高度，会影响拱肋线性以及桥梁的整体受力。

（4）系杆张拉会受到影响温度应力的影响。

2高原山区系杆拱桥施工难点

2.1桥址所在地周围环境恶劣，施工条件差

场地周边基岩出露，岩体破碎，下暴雨有落石滑坡的危险。高原山区地理位置偏僻，道路狭窄，导致人员、材料、机械设备等运输难度偏大。

2.2 昼夜温差大

高原山区空气湿度呈季节性变化，施工安排难度大。一天之内温差最大能达到30摄氏度，对混凝土浇筑和养护有很大影响。

2.3资料匮乏

该桥属于云南省备案的第一座钢管混凝土系杆拱桥，能收集的相关资料很少，因此施工难度偏大。

3主梁施工方案及流程

3.1墩柱承台施工方案

由于桥址所在地雨季旱季水位变幅较大，雨季时水位上涨，桥墩基础承载力减弱，如果此时正处在桥体上部结构浇筑混凝土，则桥墩沉降量会加大，桥体稳定性会受到影响，因此合理的施工时间规划是重要的。

结合当地的气候特征和地理位置，该桥计划于9月份开始施工下部结构，桥墩和承台于11月份左右浇筑。考虑到当地11月份已进入冬季，最低气温降至零下，昼夜温差大，再加上混凝土水化热产生的温度变化，在混凝土内外产生较大的温度应力，导致混凝土的开裂，降低结构的稳定性、防水性、承载性和耐久性。

因此，合适的浇筑温度和表面保温保湿养护措施能够有效控制混凝土的内外温差，防止表面裂缝和外界气温骤减引起的危害结构安全的裂缝[7]。

3.2支架预压

为了检查支架的承载力，减少和清除支架的非弹性变形及地基的沉降量。在铺设完箱梁底模方木后，对全桥支架、模板进行预压，预压荷载按1.2的安全系数考虑。预压采用砂袋，用吊车吊装逐级加载，预压重量按计算荷载的50%-80%-120%分三次逐级加载。

3.3系杆纵梁施工

系杆采用先拱后梁法施工，会产生水平推力，因此在系杆受力以前设置临时系杆抵抗水平推力。

3.4拱脚施工

拱脚属于大体积混凝土结构，要做好专项方案。考虑工期与实际情况，采用混凝土一次性浇筑成型，由于本桥属于大跨度桥梁，对拱角的精度要求很高，拱角的小偏差将影响拱肋的顺利合龙，所以拱角位置的精确性需要严格保证，可以使用预埋套管精确定位技术[8]。采用先拱后梁法施工，拱脚的水平推力和倾覆力比较复杂，需要增加拱脚与墩柱的临时固结措施，拱脚和承台先用钢筋连接，以抵消施工过程中的倾覆力，上部结构施工完成后，解除钢筋连接[9]。

4钢管拱施工

4.1钢管拱施工流程

钢管拱加工制造评审验收——现场安装46米高吊装系统——钢管拱肋汽车运输——现场拼接成段——分阶段吊装钢管拱肋——拱肋合龙——压住混凝土——调整拼接支架——吊杆安装并张拉[10]。

4.2钢管拱阶段划分及加工

根据进场道路及拱肋的结构特点，主拱肋（单侧）共分为9个节段（L1-L9），分为5个吊装段，节段1、2为一个吊装段，节段3、4为一个吊装段，节段5为一个吊装段，节段6、7为一个吊装段，节段8、9为一个吊装段，吊装段间钢管对接采取法兰盘、螺栓锚固如图2所示。

4.3缆索吊装系统施工

4.3.1索塔布置

两岸索塔均采用加强型贝雷桁架组装，分为塔柱、横向联系、塔顶及塔顶分配梁四部份组成。索塔设两个塔柱，每根塔均高48m，横桥向宽度为11.46m，纵桥向长度也为2.68m，塔顶节高度为0.9m，两塔柱之间的净距为3m。

4.3.2地锚布置

本吊装系统的地锚系统分为四类，一是两岸索塔后的主地锚，主要锚固主索及工作索的承重索，主牵引索，主起吊索，扣索以及索塔的背向风缆索;二是两索塔两侧的风缆索地锚;三是拱肋风缆索地锚;四是索塔的前风缆索地锚。

4.4拱肋施工方案

4.4.1拱肋吊装工艺

本桥拱肋吊装系统主要有一副移动式主缆索吊（吊重30吨），两幅工作缆索吊（吊重5吨）组成。

首先，布置好缆索吊系统，开始吊装准备。试吊，检测锚定、索塔变为主索垂度——正式安装拱肋阶段，起吊、落位、安装接头、挂扣索——安装节段风缆——松吊交扣，进行扣索张拉——安装临时横撑及结构横撑，就位后对接头施焊——完成所有节段吊装——安装合龙段，调整轴线、高程，进行拱肋合龙——安装跨中横撑，切除接头多余部分，两岸对松扣，见图4、图5。

4.4.2 拱肋砼施工方案

根据对称与均衡加载原则，以拱顶为对称中线组织钢管混凝土的灌注施工。为保证拱肋混凝土的密实性，采用在拱肋两端泵送浇筑钢管拱肋混凝土的泵送顶升压注浇筑方法，灌注时由输送泵将混凝土连续不斷地自下而上压入钢管拱内，且不需振捣，直至管顶冒出混凝土使管内混凝土密实为止。

单片拱肋泵送砼量238.65m3，单片拱肋混凝土灌注计划10小时完成，全桥拱肋钢管混凝土灌注计划5天完成。钢管混凝土在达到80%强度之前，需间隔2～3小时对钢管表面进行浇水降温。

4.4.3拱肋轴线偏位和标高测量

利用全站仪和拱肋轴线上缘贴反光膜进行拱肋轴线偏位和标高监控测量。每根钢管在灌注混凝土前、灌注至混凝土量1/2时、完成时、完成24个小时时，共4个工况进行测量，并做好记录。

4.5吊杆安装及张拉

吊杆张拉是平衡拱肋推力的有效方法，是施工中的关键工序，系杆张拉力误差将直接影响主拱的受力性能[11]。因此要待钢管拱内混凝土达到设计标的90%以上时，开始张拉系杆，要注意引起张拉力误差的原因一方面由张拉千斤顶的油压表读数误差引起，另一方面由各种张拉力损失引起，包括：①摩阻力;②锚具损失;③温度损失;④钢丝松弛。系杆张拉过程中的张拉力耦合现象也要引起注意。

5注意事项

施工期间与当地气候部门保持沟通，及时获取最近的天气温度变化情况，选择合适的温度施工。

（1）由于温度效应对拱肋节段安装参数有一定的影响，因此须在不同季节的气候条件下，测量温度变化引起的拱肋节段安装参数的变化。在施工监控中，对主梁标高、主梁位置及拱肋线形等的测量均属于控制性测量，该项工作宜在早晨气温恒定时完成。

（2）系杆纵梁预应力钢绞线必须按照严格设计要求分批进行张拉，还要选择在气温恒定时。

（3）成桥状态的测量必须自夜间进行，以保证测量时桥梁结构温度处于稳定状态。

6结语

金沙江木高大桥目前还在建设中，工期一年多，要经历寒冬季节和酷热夏季的考验，昼夜温差达到30摄氏度，不仅要保证施工安全，还要考虑高原特殊气候对混凝土和钢结构的影响。本工程施工设计已考虑温度的影响，正在一步一步解决温差大对施工的影响，尽量减少误差，同时对今后类似的工程提供借鉴意义。

参考文献：

[1]李亚东，姚昌荣，梁艳.浅论拱桥的技术进步与挑战[J].桥梁建设，2012，42（02）：13-20.

[2]陈宝春，韦建刚，周俊，刘君平.我国钢管混凝土拱桥应用现状与展望[J].土木工程学报，2017，50（06）：50-61.

[3]王睿.高原山区大跨度铁路拱桥施工关键技术[J].桥梁建设，2020，50（01）：105-110.

[4]王睿.高原山区大跨度悬索桥关键施工方案研究. [J]桥梁建设， 2019. 49（06）： 108-113.

[5]张明，吴定俊，李奇，宋郁民.昼夜温差大地区承台水化热温度场实测与模拟[J].结构工程师，2012，28（02）：53-57.

[6]齐铁东，陈少峰，刘宗仁，孙航，杨小森.大跨度连续刚构桥悬浇施工过程中的温度效应分析[J].混凝土，2007（04）：29-33..

[7]余倩，唐建伟，胡计兰，黄国舜.循环水冷却系统用于大体积混凝土裂缝控制应用研究[J].混凝土，2015（01）：158-160.

[8]步庆革.128m下承式提篮系杆拱拱脚及吊杆预埋套管精确定位技术[J].工程技术研究，2017（12）：17-18.

[9]张明，汪宏，耿波.中承式钢管混凝土系杆拱桥拱脚应力分析[J].西部交通科技，2012（04）：27-32.

[10]叶博.某下承式系杆拱桥的结构受力分析[J].兰州工业学院学报，2017，24（06）：41-44.

[11]王冠男.下承式钢管混凝土系杆拱桥合理成桥及施工阶段索力研究[D].长安大学，2015.