大跨度鋼混箱形拱橋無支架施工技術(shù)

王雷，孟凡奇

（1.濟(jì)南市章丘區(qū)公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 濟(jì)南 250200；2.濟(jì)南通達(dá)公路工程有限公司，山東 濟(jì)南 250200）

1 工程概況

某位于洪口水電站庫區(qū)內(nèi)的橋梁為跨越深切河谷的上承式鋼混箱形拱橋，橋址處山體坡度最大達(dá)80°，橋梁長410.5m，寬10.3m，橋面和水面相距138.4m。橋跨結(jié)構(gòu)為5×20m+225m+3×20m，主拱凈跨206.58m，凈矢高49.85m。拱上為最大高度達(dá)48m的雙柱式實(shí)心變截面橋墩，橋面主要為預(yù)應(yīng)力空心板梁。橋梁結(jié)構(gòu)采用汽-超20的設(shè)計(jì)荷載及掛車-120的驗(yàn)算荷載。該橋梁主拱寬8.0m、高3.0m，為單箱三室斷面結(jié)構(gòu)，頂?shù)装?、腹板厚度均?5cm。拱腳處0#節(jié)段按實(shí)心段設(shè)計(jì)，1#節(jié)段則為拱箱內(nèi)增厚的過渡段。主拱肋按照18個(gè)節(jié)段劃分，為減輕吊裝重量，0#節(jié)段按現(xiàn)澆方式施工，其余節(jié)段預(yù)制吊裝。拱上也主要采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，并通過纜索吊機(jī)進(jìn)行橋面預(yù)應(yīng)力空心板吊裝。拱腳0#塊與跨中合龍段采用現(xiàn)澆濕接頭，其他節(jié)段采用干接頭并涂環(huán)氧樹脂，拱肋段對接之前應(yīng)按1mm厚度涂刮結(jié)合面環(huán)氧樹脂漿[1]。

兩邊箱室主拱肋采用節(jié)段預(yù)制+纜索吊裝+錨索懸臂拼裝方案，待其合龍后進(jìn)行底板和中室板及時(shí)現(xiàn)澆，以構(gòu)成整體性單箱三室拱圈形式。該上承式鋼混箱形拱橋存在以下施工特點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)：鋼混箱形拱橋通過斜拉扣錨索懸臂架設(shè)施工，跨度大；按照長線法進(jìn)行箱形拱肋分節(jié)段預(yù)制，且底板和腹板均采用剪力鍵干接頭；吊裝機(jī)械主要使用130t纜索吊機(jī)。

2 拱肋施工方案

2.1 纜索吊裝方案

該上承式鋼混箱形拱橋130t纜索吊機(jī)主要包括主塔、主索、牽引及起重系統(tǒng)、后錨碇、通風(fēng)纜等部分，纜索吊機(jī)按照（120+225+84）m的結(jié)構(gòu)布置，且兩岸塔頂設(shè)計(jì)高程均為254m，該纜索吊機(jī)按照1 300kN確定設(shè)計(jì)吊重。纜索塔架高20m，并借助絞座支撐于索塔頂，高18m的索塔塔架固結(jié)支承于高60m的過渡墩帽梁頂。主索由2組?60mm鋼絲繩組成，垂跨比為1∶10.5，垂度最大值為20.9m，每根空索安裝張力達(dá)50kN，所對應(yīng)垂跨比為1∶16，垂度為13.8m。起重索所用鋼絲繩按照走8形式布置，并選用10t慢速起重卷揚(yáng)機(jī)。該上承式鋼混箱形拱橋纜索吊裝主要使用2臺15t慢速起重卷揚(yáng)機(jī)及2根鋼絲繩、轉(zhuǎn)向滑輪所構(gòu)成的牽引系統(tǒng)，并按照閉合回路設(shè)計(jì)。纜風(fēng)索系統(tǒng)主要包括后背索和通風(fēng)索2個(gè)系統(tǒng)，塔架纜風(fēng)索主要起到控制塔頂位移，抵御塔架水平荷載的作用。

因受施工場地的限制，主要沿河灘與橋軸線垂直向布置拱段預(yù)制場，預(yù)制拱段在架設(shè)過程中面臨掉頭的難題，為避免預(yù)制拱段起吊轉(zhuǎn)向過程中起重繩和已完成架設(shè)拱段交叉碰撞，必須將轉(zhuǎn)向盤設(shè)置于2個(gè)運(yùn)梁平車上，并通過尼龍吊裝繩上下吊裝扁擔(dān)間的單點(diǎn)連接，在起重繩不動的情況下僅扭轉(zhuǎn)尼龍繩實(shí)現(xiàn)預(yù)制拱段轉(zhuǎn)向。

2.2 長線法分節(jié)段預(yù)制方案

該拱橋采用長線法[2]進(jìn)行邊箱拱肋預(yù)制施工，考慮到龍門吊機(jī)高度和施工場地的限制，無法進(jìn)行臺座一條龍預(yù)制，必須分段施工，即采用①→②→③,③→④→⑤,⑤→⑥→⑦,⑦→⑧→⑨的4段長線法臺座預(yù)制及布置次序。各臺座矢高僅為1.5m，既便于鋼筋預(yù)制、混凝土澆筑，又便于拱肋吊裝。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及監(jiān)測結(jié)果加強(qiáng)對預(yù)制臺座施工控制，就施工過程而言，首先進(jìn)行①→②→③,⑦→⑧→⑨段預(yù)制，將預(yù)制好的③⑤⑦節(jié)段吊移至相鄰臺座，并進(jìn)行拱軸線形定位，無誤后進(jìn)行④⑥段連接澆筑。以上過程中拱肋吊裝均通過2臺65t龍門吊進(jìn)行。

2.3 拱肋拼裝方案

本次大跨度上承式鋼混箱形拱橋拱肋吊裝時(shí)應(yīng)先進(jìn)行上游①、①′節(jié)段安裝，完成后將纜索吊機(jī)橫移，再進(jìn)行下游①、①′節(jié)段安裝，結(jié)束后繼續(xù)橫移纜索吊機(jī)，并安裝上游②、②′及③、③′節(jié)段，結(jié)束后再橫移纜索吊機(jī)并完成下游②、②′及③、③′節(jié)段及上下游抗風(fēng)撐架安裝；繼續(xù)橫移纜索吊機(jī)，進(jìn)行上游④⑧、④⑧′的對稱安裝及⑨節(jié)段合龍施工，完成后再將纜索吊機(jī)橫移，進(jìn)行下游④⑧、④⑧′的對稱安裝及⑨節(jié)段合龍。

2.4 扣錨索施工方案

扣錨索體系包括索塔、錨索及扣索等部分。通過萬能桿件將主橋過渡墩和上部鋼塔組拼而成的桁架即為索塔，索塔橫縱橋向?qū)挿謩e為14m和2.56m，高18m；索塔塔底連接過渡墩蓋梁?？坼^索主要使用承載力為1 860MPa的?15.24鋼絞線。過渡墩墩身、蓋梁、索塔頂分別錨固K1～K4及K5～K8扣錨索，而扣錨索的張拉施工主要在臨時(shí)張拉平臺進(jìn)行?？坼^索索力范圍為650～2300kN，其單根鋼絞線設(shè)計(jì)張拉力為70～110kN，斷裂安全系數(shù)在3.0及以上。

錨固于過渡墩墩身及蓋梁的K1～K4扣錨索在過渡墩墩身、蓋梁等的側(cè)面設(shè)置張拉端，施工時(shí)還應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)角度進(jìn)行波紋管、錨墊板及張拉槽埋設(shè)，并待拆除錨索結(jié)構(gòu)后，通過相同標(biāo)號混凝土抹平處理。錨固于索塔頂?shù)腒5～K8扣錨索在索塔頂設(shè)置張拉端，并由錨梁錨固。

通過4臺YCW250B型千斤頂進(jìn)行扣錨索同步分級張拉施工，并在施工過程中將錨索失衡水平力和塔頂橫、縱向位移量分別控制在100kN,20mm,30mm以內(nèi)。

3 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 斜拉扣索錨索施工

該鋼混箱形拱橋過渡墩兩側(cè)的扣錨索均使用承載力為1 860MPa的?15.24mm鋼絞線，通過扎花錨[3]形式在拱肋節(jié)段設(shè)置扣鎖錨固端，并分散預(yù)埋，預(yù)留出1.0～1.5m長度后通過單孔連接器接長處理。結(jié)合工程地形實(shí)際分散錨固錨索，L3～L8錨索主要以扎花錨形式錨固在0#和9#承臺，L1,L2錨索則以扎花錨形式錨固在山體巖錨。

3.2 ①、①′節(jié)段拱肋安裝

其余拱肋節(jié)段安裝架設(shè)精度直接取決于①、①′節(jié)段拱肋架設(shè)安裝精度，該大跨度上承式鋼混箱形拱橋①節(jié)段拱肋與0#節(jié)段、①′節(jié)段拱肋與0′節(jié)段間均采用現(xiàn)澆60cm濕接縫的接頭形式，并通過兩個(gè)Z形鋼掛架及K1扣鎖分別進(jìn)行下端支撐和前端拉錨?？坼^好的節(jié)段應(yīng)進(jìn)行鋼筋焊接和濕接頭澆筑，并待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的80%后進(jìn)行下個(gè)節(jié)段的安裝施工。

3.3 邊箱拱肋合龍

按照施工方案，合龍段為⑨節(jié)段，該節(jié)段通過剪力鍵干接頭形式及現(xiàn)澆60cm長度濕接頭形式分別與相鄰⑧節(jié)段和⑧′節(jié)段連接。進(jìn)行⑨節(jié)段合龍段吊裝時(shí)，必須在其與⑧′節(jié)段端分別安裝一個(gè)合龍定位架，待其吊裝至設(shè)計(jì)位置后通過合龍定位架和剪力鍵將其支承于⑧及⑧′節(jié)段。將4臺螺旋千斤頂設(shè)置在現(xiàn)澆段區(qū)域，在吊裝時(shí)向拱肋結(jié)構(gòu)施加不小于1 300kN的頂力，并進(jìn)行鋼撐架的現(xiàn)場配置和安裝。最后階段現(xiàn)澆合龍段濕接頭混凝土，并待其強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求后松卸拱肋扣鎖系統(tǒng)。

3.4 巖錨施工

考慮到該拱橋橋址處地形條件復(fù)雜，拱肋錨索和纜索吊機(jī)后錨全部采用巖錨錨固形式。橋址岸坡山體大部分為弱-中風(fēng)化流紋巖，故應(yīng)采用潛孔鉆進(jìn)行巖錨成孔施工，鉆孔孔徑為130mm，孔深30m，并在每孔內(nèi)增設(shè)承載強(qiáng)度為18 60MPa的?15.24鋼絞線，按照施工方案清孔后進(jìn)行高標(biāo)號水泥漿液壓注。巖錨施工結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行拉力試驗(yàn)，保證各條巖錨拉力值不低于1 050kN。

4 結(jié)語

綜上所述，該大跨度鋼混箱形拱橋無支架施工主要面臨邊箱拱肋接頭設(shè)計(jì)、空臺座起吊就位精確度、斜拉扣掛拱橋施工線形控制等技術(shù)難題。實(shí)踐證明，對于該工程而言，纜索吊裝+斜拉扣掛的無支架施工方案切實(shí)可行、安全可靠；鋼混箱形拱橋節(jié)段拼裝接頭底板剪力槽以及腹板剪力鍵的形式也合理有效，可作為國內(nèi)橋梁工程中應(yīng)用斜拉扣錨索技術(shù)進(jìn)行大跨度鋼筋混凝土箱形拱橋架設(shè)的有益參考。