连续梁拱桥小角度斜跨高速公路施工技术

尹嘉鑫

（山西交物路桥建设有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

连续梁拱桥小角度斜跨高速公路施工技术因具有跨位大、结构美观、成本低等优点而被广泛应用于桥梁工程中。然而，由于部分连续梁钢筋混凝土拱桥缺乏合理设计和施工规范，拱桥质量无法达到预期标准，容易出现空鼓等问题，严重影响拱桥性能，影响后期使用安全性。

此外，由于连续梁拱桥的安装顺序和施工工艺与拱桥结构内力和拱圈形状有很大的关系，不同路段拱桥荷载条件和结构体系各不相同，拱桥变形和内力也会发生变化，因此有必要加强对连续梁拱桥小角度斜跨高速公路施工技术的研究。基于此，文章以山东济南某小角度斜跨连续梁拱桥工程为例，对该施工技术进行研究。

1 连续梁拱桥小角度斜跨高速公路施工技术要点分析

1.1 工程概况

某小型桥横跨黄河支流，全长505m，主桥全长245m，对该工程的小跨度钢管混凝土拱桥拱肋施工进行分析和探究。

连续梁采用满堂支架法现浇和全封闭菱形挂篮对称悬臂浇筑。该桥单个T 构包括0 号节段、标准节段、合龙节段、现浇节段。主墩施工的同时施工墩梁临时固结，采用满堂支架法现浇0 号节段，再采用挂篮左右对称进行1～13 号节段悬臂施工。按先边跨再中跨的顺序合龙，采用满堂支架法现浇边跨15 号节段后，采用挂篮合龙边跨；前移中跨挂篮进行中跨14 号节段施工后，采用挂篮合龙中跨。之后拆除墩梁临时固结和支架。

1.2 吊装拱桥拱肋阶段

基于工程实际情况，该项工程采用钢管拱肋吊装系统及吊索形式，主要塔型为门式塔，施工人员采用万向杆铰接下端，然后用上门式塔连接拱桥脚墩。由钢丝绳、绞盘以及跑车构成升降系统，通过主绳牵引升降系统，固索使用钢绞线15.28mm，标准强度为1860MPa，采用上下对称布置方式。

在拱肋扣上采用钢绞线基础锚固，通过扣塔底座使索鞍进入地锚，然后穿过地锚张拉梁，再使用架子，加紧张拉千斤顶的锚杆，从而实现锚固拱肋及调节拱肋扣高度的目的。

在升降系统过程中，施工人员需确保每一拱肋均能安全稳定地进行安装[1]。通过对工程吊索系统进行分析，判断其实际承载力，确定桥上与桥下拱肋数量，并要求拱肋靶面位移≤30mm，不同拱肋对接误差≤3mm，拱轴线横向位移距离≤10m。

在该工程安装每个拱肋的过程中，应按照以下步骤进行作业：

第一，在安装拱肋前的准备阶段，施工人员观察拱肋不同测点处的实际标高，并将其调整到理想位置。

第二，安装缆索，在安装期间不施加力。在安装过程中，使用索钩吊装起拱肋中线正下方的拱肋段，同时不断调整沿桥（纵角），并使用相应规格索钩调整横角。

第三，搭接临时架完成后安装螺栓结构。需要注意，在进行其他类型作业之前，必须将电缆紧固力调整为弹力。

第四，在吊装拱桥工作阶段，设计人员可利用仿真计算模型进行计算，从而基于相应力值调整索力，使钢管拱与理论位置接近，可采用高强度偏心螺栓，再进行下提作业。

1.3 拱肋合龙阶段

在拱肋合龙阶段，因拱肋在各结构中受力较大，所以安全系数相对较小。钢管拱合龙成功是确保整个工程满足施工要求的关键。在此期间，施工人员应充分了解工程实际情况，确保施工技术具有较强的合理性、合龙方式具有较高的可行性[2]。

为确保拱肋合龙阶段能安全、稳定、高效进行，该工程主要采用单侧预埋方式，并在跨中留空，遵循对称性原理处理钢管桁架，先将两侧台面对称布置，使第1 段位于桁架与梁底之间，第2 段在其上，第3 段为吊装钢管拱肋背面区域，在吊装钢管拱肋南岸时，适当调整吊装高度，循环第1 段；第1 段作业结束后，基于该工程实际情况，采用套焊方式固定好第1 段，永久关闭切口。

完成施工后，施工人员及时测量合龙前拱肋轴线、截面高度及索力，确保索力安全，拱肋和拱轴误差达到设计要求。

1.4 松扣索

在拱肋上、下合龙作业的准备阶段，施工人员应及时检查主弦横梁、节点，确保焊接完成并符合相关标准。完成拱脚主弦管焊接补强作业后，松扣索主要作业方式为：缓慢松开拱脚四分之一扣索力，确保两侧对称，可通过重力轴进行调整索作业，使实际值与设计值相吻合。

1.5 吊装线缆

该工程拱肋吊装系统不受缆索系统影响，其扣式塔架也是门式万能杆，且在杆内部存有铰链，但是因为施工条件限制，北塔和南塔之间存在一定差异[3]。

该工程吊装扣挂系统主要采用15.35mm 预应力钢绞线作为扣索，通过以下施工工艺实施锚固作业：

用相应规格的预应力钢绞线将P 型锚具推进至锚固点位置处，通过悬吊塔，使索鞍进入锚固位置，并通过锚上拉力及时调整锚肋与拱肋高度，在此期间可使用相应规格的千斤顶进行预应力张拉作业。该工程采用弓形肋交叉作业方式，预留出间隙，后采用单侧嵌合方式进行施工。钢管桁架施工过程中秉持对称性原则，但因受到桥塔高度和桥梁两侧空间的限制，两端拉索的锚固结构与工程所用悬吊系统和桥梁中跨存在不对称情况。该项工程拱桥缆索吊装系统如图1 所示。

图1 该项工程拱桥缆索吊装系统

2 连续梁拱桥拱肋小角度截断索力计算

2.1 计算索力分析模型

针对吊装钢管混凝土拱桥拱肋施工，为构建有限单元控制数据模型，可通过以下公式进行分析：

式（1）中：Z 为钢管混凝土拱桥拱肋吊装矩阵，x 为在吊装拱肋期间实际位移向量，W 为吊装拱桥拱肋节点时实际效力向量。

针对某一特殊吊装作业，吊装拱桥拱肋阶段实际位移向量的函数可用以下公式表示：

将式（1）与式（2）结合，将求索力值转化为有一定约束条件的公式：

式（3）中：具有约束条件的求索力，最小目标函数为f；扣索索力实际向量组为G；吊装节点实际传输量为xj。

式（4）中：第n 个扣索位置实际索力值用Gn 表示；第j个拱桥拱肋节点竖向实际位移状态为xj(G)；分别由h1和h2表示拱肋标高偏差上限及下限；扣索数量用M表示；标高节点用H 表示。

2.2 计算连续梁拱桥拱肋扣索索力

该工程在设计挂靠系统的过程中，主要将其设计为标准的对称体系，即确保南岸、北岸扣索组数、扣塔高度、水平倾角、扣点位置都保持一致，实际两侧位置与计划设计岸扣相同，而上游拱轴线与下游拱轴线存在标高偏差。

进行到吊装钢管拱肋作业时，基于该工程各项数值，计算出索力精度较低，不能达到既定要求，同时在安装过程中出现较大误差。并且，当拱肋进行到合拢段时，上、下拱肋实际测线与理想测线有较大差距，因此需要工作人员基于工程实际情况，相应调索力数量，确保拱肋作业顺利完成后，扣索受力状态和线性都可满足相应要求[4]。同时，计算最佳设计变量。该工程大桥南、北半跨拱肋有扣索20 对，且同侧拱肋上的扣索索力相同，总设计变量n=20。

因为不利应力产生因素主要在内力控制截面、扣索力调整范围以及拱肋高程控制点上，所以必须约束变量，并在调整索力计算时，将状态变量融入其中，得出扣索力与索力在调节范围上有较为紧密的联系。该工程不同位置实际张力值以及调整后数值如表1所示。

表1 不同位置扣索张力值调整前、调整后数值表（单位：mN/m）

通过对表1 的分析发现，调整不同扣索位置之后，南北连杆索力值差异明显减少，在连续梁小角度斜跨施工过程中取得了更好的施工效果，整个施工流程也更为精确。

3 结语

综上所述，为明确连续梁拱桥施工中，应用小角度斜跨高速公路施工技术的难点及重点，以山东济南某小角度斜跨连续梁拱桥施工为例，分析扣索索力不准确问题的解决方法。研究表明，合理规范连续梁小角度斜跨施工技术，可明显降低南北连杆索力值差异，保证施工效果。