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        我國大跨徑懸臂澆筑混凝土拱橋的應(yīng)用

        2019-11-19 07:54:28蔣建軍
        四川建筑 2019年5期
        關(guān)鍵詞:混凝土施工

        蔣建軍

        (四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司,四川成都 610041)

        混凝土拱橋充分利用了混凝土材料的抗壓強度高而抗拉強度低、鋼筋的抗拉強度高的特點,通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計并選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒ǎ梢允沟弥鞴叭υ谑┕るA段承受有限拉應(yīng)力,在成橋運營階段全截面受壓,耐久性好,是一種經(jīng)濟、合理的橋型?;炷凉皹蛑鞴叭Φ氖┕し椒ㄒ蚴┕l件不同而不同,通常采用的無支架施工方法有纜索吊裝法、轉(zhuǎn)體施工法、勁性骨架法和懸臂澆筑法。采用懸臂澆筑法施工混凝土拱橋的技術(shù)從21世紀(jì)初引入國內(nèi)并得到發(fā)展,目前已在國內(nèi)多座大跨徑拱橋上使用。混凝土拱橋懸臂澆筑法施工技術(shù)復(fù)雜,需要對橋梁主體結(jié)構(gòu)和斜拉扣掛體系進(jìn)行詳細(xì)地施工過程分析,施工期間需要進(jìn)行精確地施工監(jiān)控,準(zhǔn)確控制拱圈線形、應(yīng)力及施工期扣索及錨索的索力。鑒于大跨徑懸臂澆筑混凝土具有較多工程技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)點,有必要進(jìn)行技術(shù)總結(jié),以供類似工程參考。

        1 應(yīng)用概況

        目前,國外已建成的跨徑150 m以上懸臂澆筑混凝土拱橋有20余座[1-3],其中最大跨徑是美國科羅拉多橋(跨越胡佛水壩),主拱圈凈跨徑323 m。根據(jù)調(diào)查,目前我國已建成的懸臂澆筑混凝土拱橋有4座,跨徑在150~200 m之間,最大跨徑是四川鹽邊縣鳡魚大橋,主拱圈凈跨徑200 m。我國大跨徑懸臂澆筑混凝土拱橋應(yīng)用情況見表1。

        表1 我國大跨徑懸臂澆筑混凝土拱橋應(yīng)用情況

        2 工程應(yīng)用實例

        懸臂澆筑法施工混凝土拱橋指的是采用掛籃和斜拉扣掛系統(tǒng)施工主拱圈。掛籃一般由鋼橫梁和三角形鋼桁架組成,可沿主拱圈頂面弧線行走(圖1)。斜拉扣掛系統(tǒng)一般由索塔、扣索、錨索、錨碇、鋼錨箱等組成。我國懸臂澆筑法施工的混凝土拱橋多修建于峽谷地帶,拱圈采用整體性好的單箱多室箱形截面,拱軸線采用懸鏈線,拱上設(shè)立柱、橫墻,拱上結(jié)構(gòu)多采用小跨徑簡支預(yù)應(yīng)力混凝土梁(板)。

        圖1 主拱圈掛籃

        2.1 四川攀枝花市新密地大橋

        四川攀枝花市新密地大橋橫跨金沙江,橋面全寬30 m,分上、下游兩幅橋,橋梁全長296 m,橋跨布置為27.5 m+22.55 m+凈跨182 m+22.55 m+27.5 m[4]。該橋于2008年12月開工,上游半幅橋于2011年9月建成通車,下游半幅橋于2013年2月建成通車,建筑安裝工程費為7 050.5萬元。主橋上部結(jié)構(gòu)采用凈跨徑182 m上承式鋼筋混凝土箱形拱橋,拱上采用跨徑12.66 m簡支小箱梁(橋面連續(xù));拱座由斜樁與豎樁共同支承;引橋上部結(jié)構(gòu)采用22.55 m、27.5 m簡支小箱梁,分別上跨省道S310和濱江大道;引橋下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩;兩岸橋臺采用樁柱式橋臺。大橋的橋型立面布置見圖2,建成后照片見圖3,施工期照片見圖4。

        圖2 攀枝花市新密地大橋立面布置(單位:cm)

        圖3 攀枝花市新密地大橋

        圖4 攀枝花市新密地大橋施工

        主橋上部結(jié)構(gòu)由主拱圈、墊梁、拱上立柱、橫墻、蓋梁、簡支小箱梁共6部分組成。主拱圈為凈跨徑L0=182m、凈矢跨比F0/L0=1/6、拱軸系數(shù)m=1.988的等高截面懸鏈線無鉸拱,采用掛籃懸臂澆筑法施工。主拱圈為單箱雙室結(jié)構(gòu),高3.5 m,寬9.6 m,分31個節(jié)段,其中兩岸各設(shè)一個拱腳搭架現(xiàn)澆段(即1號節(jié)段),拱頂設(shè)一個吊架澆筑合龍段(即16號節(jié)段),其余28個均為掛籃懸臂澆筑段(即2#~15#節(jié)段)。主拱圈標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖5。

        圖5 攀枝花市新密地大橋主拱圈標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位:cm)

        該橋主要技術(shù)特點:

        (1)主拱圈分幅設(shè)置,降低了節(jié)段重量,加大了節(jié)段長度,縮短了主拱圈成拱時間,提高了施工期的安全性。

        (2)采用斜樁、豎樁共同支承拱座,解決了基巖裂隙發(fā)育、強風(fēng)化層厚度大、地基承載力較低的問題。

        (3)拱腳支架現(xiàn)澆節(jié)段采用了C50鋼纖維混凝土,解決了拱腳剛度大、容易產(chǎn)生早期裂縫的問題。

        (4)采用懸臂澆筑法施工主拱圈,解決了常規(guī)纜索吊裝施工需要建設(shè)大型預(yù)制場、拱圈大節(jié)段運輸及安裝困難等難題。

        2.2 四川鹽邊縣鳡魚大橋

        該橋位于四川省攀枝花市鹽邊縣鳡魚鄉(xiāng),為跨越二灘庫區(qū)鳡魚河而設(shè),全長270 m,橋?qū)?1.5 m,橋跨布置為2×12.50 m+凈跨200 m+2×12.50 m[5]。該橋于2013年2月開工建設(shè),于2015年7月建成通車,建筑安裝工程費為4 213.4萬元。主橋上部結(jié)構(gòu)采用凈跨徑200 m上承式鋼筋混凝土箱形拱橋,拱上采用跨徑12.5 m簡支小箱梁(橋面連續(xù));拱座支承于基巖內(nèi),底部設(shè)豎樁提高其承載力;引橋上部結(jié)構(gòu)采用簡支小箱梁和現(xiàn)澆實心板;引橋下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩;兩岸橋臺采用重力式橋臺。大橋的橋型立面布置見圖6,建成后照片見圖7,施工期照片見圖8。

        主拱圈為凈跨徑L0=200m,凈矢跨比F0/L0=1/7,拱軸系數(shù)m=2.268的等高截面懸鏈線拱,采用掛籃懸臂澆筑法施工。主橋上部結(jié)構(gòu)由主拱圈、墊梁、拱上立柱、橫墻、蓋梁、簡支小箱梁共6部分組成。主拱圈為單箱雙室結(jié)構(gòu),高3.8 m,寬8.0 m,分33個節(jié)段施工,其中兩岸各設(shè)一個拱腳搭架現(xiàn)澆段,拱頂設(shè)一個吊架澆筑合龍段,其余30個均為掛籃懸臂澆筑段。主拱圈標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖9。

        該橋主要技術(shù)特點:

        (1)主拱圈采用現(xiàn)澆整體截面,與無支架纜索吊裝法“集零為整”相比,結(jié)構(gòu)整體性增強,承載力大,耐久性好。

        (2)通過合理確定起拱線高程以適應(yīng)二灘庫區(qū)45 m高落差水位,為枯水期施工創(chuàng)造了有利條件。

        (3)主橋拱座置于基巖并設(shè)置豎樁,解決了施工期拱座豎向荷載大、地形坡面陡峻、巖石裂隙較發(fā)育等問題。

        (4)采用巖錨+框架梁的輕型組合式錨碇,工程量小,經(jīng)濟節(jié)約,且減少了大橋建設(shè)對交通干擾。

        (5)主拱圈采用C50高強度混凝土,截面采用閉合箍筋,并在外表面設(shè)置D6帶肋鋼筋網(wǎng),解決了主拱圈剛度大、容易產(chǎn)生早期裂縫的問題。

        (6)對位于庫區(qū)正常蓄水位1 200.6 m以下的主拱圈1#節(jié)段及2#節(jié)段,采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋,提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。

        3 技術(shù)特點分析

        通過對我國已建成的幾座大跨徑懸臂澆筑混凝土拱橋進(jìn)行調(diào)查研究,總結(jié)其技術(shù)特點有:

        圖6 鹽邊縣鳡魚大橋立面布置(單位:mm)

        圖7 鹽邊縣鳡魚大橋

        圖8 鹽邊縣鳡魚大橋主拱圈施工

        圖9 鹽邊縣鳡魚大橋主拱圈標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位:cm)

        (1)主拱圈采用懸臂澆筑法施工時,橋梁結(jié)構(gòu)為具有冗余約束的超靜定體系,施工期安全性高。

        (2)懸臂澆筑法施工的主拱圈整體性好,剛度大,施工期不受洪水影響,工期可控。

        (3)懸臂澆筑法不需要建設(shè)大型預(yù)制場,也不需要設(shè)置節(jié)段運輸通道,對地形適應(yīng)性強,有利于保護(hù)環(huán)境。

        (4)通過斜拉扣掛體系可控制并適時調(diào)整主拱圈應(yīng)力和線形,成橋質(zhì)量好。

        (5)主拱圈采用箱形截面,剛度大、重量輕,有利于加大拱圈節(jié)段長度,縮短工期;成橋后主拱圈截面應(yīng)力小,且為壓應(yīng)力,耐久性好。

        (6)采用環(huán)氧樹脂鋼筋、高強度鋼纖維混凝土、外周防裂鋼筋網(wǎng)、閉合箍筋體系等多種結(jié)構(gòu)措施,改善主拱圈耐久性,解決了主拱圈施工期早期裂縫問題。

        (7)拱上結(jié)構(gòu)可采用小跨徑結(jié)構(gòu),如小箱梁、I形梁、T梁等,安裝方便。

        (8)可充分利用兩岸巖石地基,采用豎樁、斜樁和拱座組合成型式多樣的基礎(chǔ),經(jīng)濟合理。

        (9)扣索錨碇基礎(chǔ)型式多樣,利用巖錨可以降低造價;地質(zhì)條件較好的地方可利用橋臺作為錨碇。

        4 結(jié)論

        在大跨徑懸臂澆筑混凝土拱橋方面,我國從2005年開始建設(shè)主拱凈跨徑150 m的四川白沙溝1號橋,到2015年建成主拱凈跨徑200 m的四川鹽邊縣鳡魚大橋,經(jīng)過十幾年應(yīng)用和發(fā)展,在理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工方法、風(fēng)險控制等方面取得了較多技術(shù)成果。工程應(yīng)用情況表明:懸臂澆筑法施工混凝土拱橋主拱圈具有橋梁結(jié)構(gòu)整體性好、施工期安全性高、對地形適應(yīng)性強、工程造價低、工期可控、成橋質(zhì)量好等優(yōu)點;對于跨徑200 m以下的混凝土拱橋,懸臂澆筑法具有較好的適用性。

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