钢筋混凝土拱桥主拱圈悬臂浇筑施工问题

刘刚 曲磊 亓秀菊

（山东宇通路桥集团有限公司，山东 东营 257300）

一、工程概况

某特大桥工程是SJ高速公路控制性工程，起讫桩号k65+279.8～k65+645.3，桥梁全长365m，半幅桥桥面横坡2%，主桥为长185m的钢筋混凝土箱型拱；桥梁净矢高30m，净跨径185m，矢跨比为1∶6.17；该桥梁按照公路一级荷载等级设计，行车时速80km，桥址处最大设计风速为20.8m/s。单幅桥单箱双室箱型截面为7.5m宽、2.8m高，纵向划分为27段，除两岸拱脚1#段支架现浇结构及拱桥合龙段吊架施工外，其余节段均采用挂篮悬臂浇筑施工。充分对比施工成本、工艺技术、结构安全、成桥效果后，最终决定采用挂篮悬臂混凝土现浇箱型拱桥施工工艺，既能保证大跨径钢混拱桥结构的整体性，又能提升桥梁结构的耐久性。

二、施工技术难点及部署

（一）技术难点

该特大钢筋混凝土拱桥主拱圈悬臂浇筑施工主要面临以下技术难题：一是扣搭设计及施工。该拱桥主拱圈扣搭主要采用多规格钢管及型钢构成的空间桁架结构，构造受力复杂，除必须准确分析扣索影响搭架程度外，还必须严格保证拼装施工精度。二是挂篮设计及运行。该特大钢混拱桥主拱圈悬臂浇筑施工时浇筑节段长度长、重量大，其悬臂节段浇筑必须沿拱圈顶面爬升，挂篮结构在功能、受力及变形等方面必须符合要求。三是扣索张拉。必须严格控制扣搭变形及偏位；锚索扣搭张拉必须一次到位，所以在扣搭施工前须通过有限元分析施工流程及结构设计，得到最合理的索力施工数据。四是拱圈的线性控制。该特大钢混拱桥主拱圈线性程度与成桥后拱圈受力情况直接相关，必须加强拱圈线性控制以保证其受力合理。

（二）施工部署

考虑到挂篮安装需要，拱圈拱脚起步段应搭接现浇施工，其余节段均采用挂篮悬臂浇筑施工。劲性骨架在安装好后方可对合龙段吊架施工。挂篮1#～5#节段按要求扣挂在交接墩盖梁；6#～13#节段则顺次扣挂在扣搭完成的1层～4层锚箱结构处。设置在交界墩顶的搭扣设计高度为26.9m，其顶部增设焊接缆索支架及两根工作索，用于施工材料、机具设备等的运输。

三、主拱圈悬臂浇筑施工

（一）挂篮结构

该桥梁主拱圈悬臂浇筑施工主要以悬浇挂篮为承重构件，经充分考虑主拱圈宽度较宽、节段角度变化大等情况，最终选用下承上行式斜爬挂篮，并从拱脚开始对称浇筑。该型式挂篮结构结合了承重桁架系统和底篮支承系统优势，在箱梁底部倒置安装主桁架结构，分配梁是搁置于主桁的上弦型钢；浇筑悬臂施工时，用拉杆提起主桁架和模板，并使其紧贴箱梁底，设置千斤顶在后支点以调整底模标高；将抗剪臂设置在中横梁后部，抵消箱梁在浇筑过程中产生的部分或全部下滑力。挂篮行走过程中，松开拉杆、抗剪臂和后部千斤顶等，挂篮结构全部悬挂于箱梁顶面，借助顶推挂钩实现挂篮前行。

确定该钢混结构拱桥主拱圈悬臂浇筑施工挂篮荷载工况主要考虑浇筑长度、仰角角度、行走状况、梁体承力等，并应用MIDAS有限元分析软件验算最不利工况荷载[1]，挂篮MIDAS模型图如图1所示，各工况计算结果如表1所示。

图1 挂篮MIDAS模型图

表1 各工况挂篮结构受力情况计算结果

由表1可知，全部工况下弯曲应力、剪应力、轴应力取值分别不超过145MPa、85MPa和140MPa，各工况失稳模态最小稳定系数均超出4，故挂篮结构整体稳定。

（二）挂篮拼装、加载、前行及拆除

将挂篮安装在1#节段拱箱后浇筑起步段混凝土，在纵梁处安装千斤顶，并以此为底座将挂篮后部支撑于拱箱底板。锚紧拉杆且挂篮安装稳固后安装模板系统并调整标高，检测无误后浇筑混凝土。

预载挂篮前，应在1#节段将挂篮拼装好，通过塔吊将沙袋提升至底模堆载，结束预拼后按照设计荷载的0.6倍、1倍和1.2倍加载挂篮主承重系统静力[2]，测试挂钩支承点、各杆件应力应变及后支座局部受力情况等，对比测试结果和理论值，调整并优化立模预抬高方案。

挂篮行走前先按设计要求安装轨道，放松千斤顶和拉杆，使挂篮反力轮和箱梁底部接触并脱模，取走抗剪臂后在止推轨道后部顶推钢盒，间接传力给滑船，使挂篮沿轨道顺利前行。在千斤顶回油时，将厚度适中的钢板叠放于钢盒和滑船之间，并插入销子避免挂篮滑退。千斤顶顶推运动时不断接长轨道，挂篮尾部滚轮在梁底滚动，使挂篮不断交替前移，并整体移动至下个节段。挂篮止推主要由顶推盒和千斤顶将止推信息传递至剪力键，通过剪力键抵消挂篮下推力。

依次拆除内外模、底模、工作平台、通道、部分横梁等，保证挂篮前后部分基本平衡；吊升挂篮挂钩至设计高度并移向拱座方向后，下放至拱圈1#节段以下地面处拆除。

（三）合龙段施工

两岸挂篮现浇结束后拆除挂篮，并观测24h内的温度变形，根据观测结果选择温度稳定的时段合龙施工。合龙段施工时，安装吊架模板、绑扎钢筋，在温度最稳定时焊接锁定劲性骨架，在22∶00～次日7∶00浇筑合龙段混凝土，避免低强度混凝土开裂。

（四）松扣及卸扣施工

等合龙段浇筑混凝土并达到设计强度，且龄期在96h以上后分级逐段放松扣索，使扣索力转换为拱圈内力。按照扣索及锚索张拉的逆程序对称放松扣索，保证扣搭及锚索水平力始终处于平衡，松扣后必须全面测试拱圈结构受力状况、拱轴挠度轴线偏移量等[3]，调整并优化拱上桥梁结构加载方案。

四、结语

综上，本文针对悬臂拼装钢箱拱桥施工特点提出一次扣索张拉到位的思路，能保证扣索索力的稳定性并获得理想的主拱圈结构线形。对比应用MIDAS有限元分析软件所得到的空间模型计算结果与工程施工实测数据，其挂篮结构整体稳定，一次张拉到位确定扣索索力的方法切实可行。