钢筋混凝土箱形拱桥施工技术新突破

７９．钢筋混凝土箱形拱桥施工技术新突破陶建山（中铁大桥局温福铁路三标指挥部）摘要：福建省宁德市宁德一屏南的山区公路．以：争跨２０５ｍ的上承式钢筋混凝土箱形拱桥跨越霍童溪之深山山谷：该桥采用无支架悬臂架设钢筋混凝土箱形拱桥的施工技术是目前国内最大跨度的。也是仅次于克罗地亚一克尔克桥的呜界第－－，ｋ．跨度的钢筋混凝土箱形拱桥。本文介绍ｊ（了大跨度钢筋混凝土箱形拱圈采用节段预制，缆索吊机吊装架设，扣锚索悬臂架设钢筋混凝土拱肋的成功经验：对山区大跨度钢筋混凝土拱桥的发展有促进作用。尤其本桥的缆索吊机和悬臂架设的锚索充分利用了峡谷两岸的岩体，均采用岩锚形式，取消了常规的重力式锚碇，是山区悬臂架设桥梁的一种新思路、新方法。关键词：犬跨度ＲＣ箱形拱桥节段预制安装扣锚索岩锚缆索吊机Ｉ工程概况天池大桥位于福建省宁德市宁德一屏南山区公路上，采用上承式钢筋混凝土箱形拱桥跨越宁德洪口水电站库区的霍童溪之深山峡谷，全桥长４０５．４ｍ，桥宽为ｌＯｍ，桥面距离现在水面的高度为１３７．４ｍ。桥跨布置为５×２０ｍ＋２２８＋３×２０ｍ，主拱净跨２０４．９５９ｍ，净矢高ｆｏ一５１．２２７ｍ。拱上采用实心变截面双柱式桥墩，最大高度为４８ｍ，由１８孔跨径为１２．６６～１２．６８ｍ预应力空心板梁组成。设计荷载为汽一超２０级，验算荷载为挂车一１２０。抗震按ＶＩＩ度设防。桥位处为山区深切河谷地形，山体坡度达到７０。～８０。。２工程特点本桥设计施工有下面四个特点：１１）采用斜拉扣锚索悬臂架设的钢筋混凝土箱形拱桥为国内最大跨度，世界第二位。１２）箱形拱肋采用长线法分节段预制’腹板和底板为剪力键的干接头形式。．１３）采用墩顶塔架式的１３０ｔ缆索吊机作为吊装施工机械。１４）锚索采用岩锚锚固于山体基岩内，取消了重力式锚碇。桥位处地形、地貌复杂，施工环境艰苦，大型施工机械无法使用，工期紧张，施工非常困难。５５０３拱肋施工方案主拱圈为单箱三室断面形式，宽８ｍ、高３ｍ，其中标准段边室宽２．５ｍ、中室宽３ｍ，腹板、顶板、底板的厚度均为２５ｃｍ。拱脚０号节段为实心段，①节段设置拱肋箱内加厚过渡段。主拱圈共分１９个节段，其中０号、０’号节段为现浇，其他均为预制安装施工，最大节段长１６．Ｏｌｍ，单肋最大吊重达１１８ｔ（２ｆ［Ｈ图１）。拱上墩柱为现浇，拱上墩盖梁和桥面预应力空心板均采用场内预制、缆索吊机安装。图１拱肋安装图（尺寸单位：ｍ）两边箱室的主拱肋设计为节段预制、缆索吊机安装、扣锚索悬臂拼装的施工方案。两边箱室单独合龙后现浇中室顶板和底板，形成单箱三室的整体主拱圈结构。主拱肋１７个预制节段的干接头采用剪力键形式。斜拉扣锚索采用预应力钢绞线锚固系统。３．Ｉ１３０ｔ缆索吊机设计施工缆索吊机系统主要由缆索塔架、主索、牵引系统、起重系统、通风缆、锚固系统等组成，分为二组，间距为４．Ｉｍ。缆索吊机布置为（１１２＋２２８＋７８）ｍ，两岸塔顶高程均为２５８．Ｏｍ，总高度为９８ｍ，设计吊重量为１３０ｔ。缆索系统在缆索塔架顶可随索鞍横向由长行程千斤顶顶推移动，移动距离达６ｍ，缆索两端则锚固于山坡基岩固定不动。（１）缆索塔架缆索塔架高２０ｍ，通过铰座支承在主索塔架顶上，高１８ｍ的主索塔架则固结支承在高６０ｍ的过渡墩盖梁顶上，索塔架均由万能杆件组拼而成，缆塔塔顶设有索鞍横移滑道。（２）主索主索采用２组４≯６０ｍｍ钢丝绳，主索最大垂度厂一２１．７ｍ，垂跨比∥Ｌ一１／ｉ０．５；空索安装张力４．９ｔ／根，相应垂度１４ｍ，垂跨比１／１６。（３）牵引索牵引系统由２台１５ｔ慢速卷扬机和２根４３２．５ｒａｍ钢丝绳及若干转向滑轮组成，卷扬机布置在宁德岸；牵引索采用闭合回路，按走２布置，每台牵引卷扬机拖拉２台跑车，也可以单独操作。（４）起重索起重索采用声２６ｍｍ，・滑车组钢丝绳走８布置；起重卷扬机选用ｌＯｔ慢速卷扬机，两岸均布置４台卷扬机，每台跑车吊钩由二台卷扬机拉放。（５）缆风索缆索塔架缆风系统采用４根姐７．５ｍｍ钢丝绳；塔架缆风系统由２组５５】２妃６ｍｍ钢丝绳及其锚碇组成，分八字形布置，以抵抗塔架纵、横向水平荷载，控制塔顶位移。（６）锚固系统缆索吊机后锚布置在０号和９号桥台后方，为预应力岩锚结构，主要用来锚固主索、牵引索、起重索和通风索；岩锚采用２组共８束６一声１５．２４ｍｍ钢绞线，埋人基岩３０ｍ深处。缆索吊机安装后，按特种机械进行了载荷试验，通过安全检验后方可投入使用。３．２拱肋半长线法预制施工边箱拱肋的预制采用长线法进行施工，但由于场地和龙门吊机高度等，难以采用一条线预制台座，施工中采用分段设置台座，具体方案为①一②一③；③一④一⑤；⑤一⑥一⑦；⑦一③一⑨；采用４段长线法分段预制台座布置（图２），每个台座的矢高（或弦高）只有１．５ｍ左右，方便了预制时钢筋、混凝土浇筑等施工操作，同时也方便拱肋吊装作业。预制台座根据设计、监控提供拱肋线形控制施工，在施工过程中，用全站仪每２ｍ一个点精确放线。首先预制①一②一③，⑤，⑦一⑧一⑨，再将预制好的③节段吊运移至⑤节段的台座上按③一④一⑤拱轴线线形进行定位并制造④节段；最后将预制好的⑤、⑦节段吊运移至另一台座上并按⑤一⑥一⑦拱轴线线形进行定位，浇筑与之相连的⑥节段。预制时考虑到架设顺序和架设掉头方向，成对制造。主拱肋的起吊设备为两台６５ｔ龙门吊机。⑦－０－０黜－布置立面图活动底模⑤一⑥—⑦块台座布置立面图活动底模＼支墩＼支墩＼夯实土模③一④～⑤块台座布置立面图活动底模＼支墩图２长线法分段预制台座＼支墩＼夯实土模３．３拱肋拼装上、下游箱形拱肋分１７个节段预制架设，两岸扣锚索悬臂对称安装，最大悬臂长度１０７．６ｍ，采用单肋合龙，此时应考虑横向抗风稳定；若每一节段设置缆风绳，则可变因素较多，受力不明确；因此在上、下游③或③７节段拱肋之间设置横向抗风钢撑架，在⑥或⑥７节段设置横向缆风绳，确保架设期间横向抗风稳定。因此①～③节段南北上、下游拱肋对称同时架设，横向连接后进行④～⑧节段单肋悬臂架设，直至安装⑨合龙段。３．３．１拱肋吊装顺序安装上游①、①’号节段一横移缆索吊机一安装下游①、①７节段一横移缆索吊机一安装上游②、②’、③、③’节段一横移缆索吊机一安装下游②、②７、③、③７节段一安装上、下游抗风钢撑架一横移缆索吊机一对称安装上游④～⑧、④７．～⑧’一上游⑨节段合龙一横移缆索吊机一对称安装下游④～⑧、④７～⑧７节段一下游⑨节段合龙。３．３．２拱肋节段运输及掉头梁场的台座沿河流方向布置，拱肋节段由两台６０ｔ运梁平车运送到缆索吊机下方，与缆索吊机起吊配合进行转弯掉头处理。转向掉头具体方法如下：若待架位置为宁德岸则前钩起吊５５２前端，若待架位置为屏南岸则前钩起吊后端，严格按预制的匹配干接头。３．３．３拱肋吊装空中对接处理（１）利用缆索吊机将拱肋吊运到距离待架空中纵向０．５～ｌｍ左右的位置，暂停移动，进入微调区域。吊运过程中，拱肋起吊高度应高过已安装节段前端１～２ｍ，以防撞击已架拱段。（２）待拱肋稳定后，缓慢下降至安装高度，纵向微调到问隙为０．３ｍ。（３）对拼接接头进行环氧树脂涂层施工，为了加快速度，采用２～３人同时进行操作，涂层厚度２～３ｍｍ。（４）利用牵引绳纵向微调，并辅以５ｔ导链牵引对接。（５）工人在工作吊篮上安装底板对接定位螺栓，同时安装扣索。底板对接螺栓通过导链将整个截面齿块基本对位并吻合后，方才拧紧预压。（６）同时对称分级张拉锚索和于Ⅱ索，将拱肋节段重量转至扣索上，监控测量相关索力、标高并进行调整和控制。（７）待拱肋节段自重全部转移到扣索之上，且测量人员测量拱轴线线形达到设计位置后，方可松钩，卸钩后及时进行腹板连接钢板的焊接。３．４扣锚索体系设计施工扣锚索体系由扣索、锚索和主索塔架三部分组成，扣锚索采用强度为１８６０ＭＰａ，直径为声１５．２４ｍｍ的钢绞线；索塔由主桥５号和６号过渡墩及其上部主索塔架组成，主索塔架是采用万能杆件拼装而成的桁架立柱结构，横桥向长度为１４ｍ，纵桥向四片主桁，宽度２．５６ｍ，高１８ｍ，主索塔架底与过渡墩盖梁固结。每个拱肋对应于腹板，布置二组平行的扣锚索体系。扣锚索上端为张拉端，Ｋ１～Ｋ４扣锚索锚固在过渡墩墩身和盖梁上，Ｋ５～Ｋ８扣锚索锚固在主索塔顶的锚固梁上，因此在墩身、盖梁和索塔顶临时搭设的张拉平台上进行张拉。扣索下端为锚固端，设在拱肋节段前端箱形腹板上，采用扎花锚式，根据拱肋拼装角度平行分散预埋入腹板内，顶面预留长度０．８～１．２ｍ，采用单孔连接器接长。扣锚索单索最大索力为１１７．７ｔ，最小索力为２２．８ｔ，根据索力大小，Ｋ１～Ｋ４扣（锚）索采用５－乒１５．２４ｒａｍ钢绞线，Ｋ５、Ｋ６扣（锚）索采用７一姐５．２４ｒａｍ钢绞线，而Ｋ７、Ｋ８扣（锚）索采用１１一庐１５．２４ｍｍ钢绞线，单根钢绞线张拉力６．５～１０．４ｔ，破断安全系数Ｋ≥３。Ｋ１～Ｋ４扣锚索张拉端设置在过渡墩墩身和盖梁侧面，在墩身和盖梁施工的同时，按扣、锚索设计角度设置张拉槽，埋设锚垫板和波纹管；拱肋合龙并扣锚索拆除后，用同标号混凝土将张拉槽封锚抹平。Ｋ５～Ｋ８扣锚索张拉端设置在主索塔顶面的由型钢焊接而成的锚固梁上进行张拉锚固。张拉采用４台ＹＣＷ２５０Ｂ千斤顶同步分级张拉锚索和扣索，张拉时控制扣锚索张拉力和塔顶偏位，最大不平衡水平力１０ｔ，索塔顶最大纵向控制位移为３０ｍｍ；索塔顶最大横向控制位移为２０ｒａｍ。张拉时的索力和拱肋线形标高，由施工单位自控和监控单位跟踪监控。４施工中关键技术４．１斜拉锚索施工本桥桥位处地貌复杂，拱肋锚索采用岩锚进行锚固。两岸山体均为弱风化流纹岩，岩锚施工采用潜孔钻机钻孔，孔径为声１１０～１３０ｍｍ，每孔安放强度为１８６０ＭＰａ、６一声１５．２４ｒａｍ的钢绞５５３线，埋深达３０ｍ，清孔后压注高标号水泥浆。每索岩锚设计拉力９０ｔ，检验拉力１０５ｔ。为了确保安全，缆索吊机各索和拱肋锚索锚固的每束岩锚均进行了拉力检验，此外对山体基岩的安全稳定进行评估和位移监控测量。锚索根据地形情况分散锚固。Ｌ１～Ｌ４锚索以单束岩锚锚固于山体基岩上，锚索与岩锚采用多孔连接器连接。Ｌ５～Ｌ８锚索则集中锚固于０号、９号桥台的承台上，亦采用扎花锚埋藏于承台内，单孔连接器连接，承台则采用１６束岩锚锚固于山坡基岩上。扣锚索张拉端均在过渡墩或主索塔架锚固梁上，采用多孔工具锚进行锚固，并采取防松措施，防止夹片松动脱落。４．２拱肋吊装线形控制大跨度混凝土拱桥采用节段吊装、扣锚索悬臂拼装的方案，施工线形控制是比较复杂的，同时施工线形控制的好坏也将直接影响成桥线形与理论设计线形的差异，进而影响拱桥受力。监控单位根据施工方案进行理论计算，提出监控数据，同时参照设计要求，确定了控制架设施工线形的预拱度值。拱肋线形标高测量，根据拱轴线坐标与施工标高的相应关系，进行动态测量控制，及时调整纠偏。每一节段安装和张拉时，线形都控制在允许偏差内，有效克服了节段拼装累计误差产生的影响。本桥ｉ贝４量控制原则与允许误差要求：（１）拼装节段前端标高允许偏差为±１０ｍｍ；（２）拼装节段前端轴线允许偏差为±２０ｍｍ；（３）合龙段两端相对高差为±２０ｍｍ。４．３①及①７节段拱肋架设①、①７拱肋节段安装位置正确与否，直接关系到其他拱肋节段的架设精度。本桥①与０号、①７与ｏ，号拱肋节段之接头采用现浇６０ｃｍ湿接缝连接，施工中采用两个“ｚ”形钢结构挂架支撑下端，前端由Ｋ１扣索拉锚。①块安装除注意轴线、标高外，应特别注意①块的侧扭和前端点里程。对扣锚完成的①块及时焊接钢筋，湿接缝采用高标号的早强混凝土。只有湿接缝混凝土强度达到８０％时，才能进行下一节段的安装工作。４．４边箱拱肋合龙段施工根据设计，⑨节段为合龙段，⑨节段与⑧节段连接采用剪力键干接头，而与⑧啼段采用现浇６０ｃｍ湿接缝连接。⑨节段吊装到位后，利用剪力键和合龙定位架将⑨节段支承在⑧和⑧’上，⑨节段安装时，于⑨节段的合龙端安装一个合龙定位架（图３）。在现浇湿接缝腹板上、下各设置２台５０ｔ螺旋千斤顶，对拱肋施加１２０～１６０ｔ顶力，现场配制并安装钢撑架后，缆索吊机松钩卸载。对合龙段钢撑架焊接后，进行合龙口湿接缝⑨７［∑型乡‘Ⅱ湿接头⑧７千斤顶Ｘ型顶紧混凝土浇筑。待混凝土达到设计强度后，即可按监控要求对称有序地卸除整个拱肋的扣索锚索系统。５５４６淤钢撑架图３合龙定位架（单位：ｃｍ）一画５结语天池大桥成功建成，又一次证明了大跨度钢筋｝昆凝土箱形拱桥采用缆索吊装，斜拉扣锚索悬臂安装方案是安全可靠的，而且有较大发展空间。该桥节段拼装的腹板接头采用大剪力键、底板采用剪力槽是一种很好的尝试，它采用长线法分段预制，施工时严格控制，也达到了预期目标。缆索吊机的缆索塔架铰接支承于主索塔架顶面，缆索吊机在吊装时缆塔的倾斜对已经拼装的拱肋节段变形影响较小，从而也确保了钢绞线低应力状态的夹片锚具的锚固安全。锚固系统均采用岩锚形式，可充分利用两岸山坡基岩作锚体，省去了大体积重力锚碇，对山区建桥又是一个新思路。该桥施工组织方案、关键部位的施工工艺都是可行的；在施工条件极其艰苦、大型施工机械完全无法使用的情况下，做到了快速施工，大桥实际工期仅１０个月，并于２００７年８月１５日建成通车。５５５