張志偉

(雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司兩河口建設(shè)管理局,四川 雅江 627450)

0 前 言

兩河口水電站壩址區(qū)河谷深切，兩岸基巖裸露，岸坡陡峭[1-3]，階地不發(fā)育，呈典型的峽谷地貌，施工場(chǎng)地條件較差。對(duì)外交通及場(chǎng)內(nèi)交通條件較差，樞紐工程區(qū)及對(duì)外交通共設(shè)置5座跨江大橋，橋梁主要結(jié)構(gòu)涉及連續(xù)剛構(gòu)橋、拱橋、鋼結(jié)構(gòu)鋼梁、索道橋等4種結(jié)構(gòu)型式，橋梁結(jié)構(gòu)型式較多，且布置位置，河床地形、地質(zhì)條件、施工條件均較復(fù)雜。如何順利建設(shè)，面臨的施工、管理難度較大，目前各橋梁均已完成建設(shè)并投入運(yùn)行。

國(guó)內(nèi)拱橋建設(shè)中主要采用現(xiàn)澆混凝土、整體預(yù)制旋轉(zhuǎn)、分節(jié)預(yù)制吊裝等施工工藝，其中，分節(jié)預(yù)制吊裝中主要有“單基肋”和“雙基肋”合攏方式，需充分結(jié)合吊裝體重量、現(xiàn)場(chǎng)施工條件、自然環(huán)境等因素綜合選取。本文結(jié)合1號(hào)臨時(shí)橋主拱“單基肋”合攏關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行論述。

1 拱橋結(jié)構(gòu)特征

兩河口水電站大壩上游1號(hào)臨時(shí)橋?yàn)?座橫跨雅礱江的大橋[4-5]，屬于場(chǎng)內(nèi)交通中重要通道，為大壩填筑土料運(yùn)輸通道。橋梁采用鋼筋混凝土“上承式預(yù)制吊裝箱型拱橋”結(jié)構(gòu)，橋梁右岸由2跨10.5 m簡(jiǎn)支空心板、1跨110 m鋼筋混凝土箱型拱組成，左岸由3跨10.5 m簡(jiǎn)支空心板構(gòu)成，全長(zhǎng)共計(jì)176 m。設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽車(chē)—80t級(jí)，橋面行車(chē)道凈寬為12 m，上游1號(hào)臨時(shí)橋立面見(jiàn)圖1。為建設(shè)期臨時(shí)橋梁，水庫(kù)蓄水后將進(jìn)行拆除。

圖1 上游1號(hào)臨時(shí)橋立面圖 單位：高程，m;其他，cm

2 混凝土拱橋關(guān)鍵施工技術(shù)

大壩上游1號(hào)臨時(shí)橋拱箱吊裝合攏方式按照“單基肋”合攏松索成拱，利用無(wú)支架纜索吊機(jī)安裝拱箱，其纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)及吊裝過(guò)程中的精準(zhǔn)控制為施工難點(diǎn)、重點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)。

主拱圈施工方案通過(guò)技術(shù)、工期、經(jīng)濟(jì)比較后，采用預(yù)制吊裝的方法進(jìn)行施工[6]。拱橋纜索吊裝施工法主要用于預(yù)制拱肋施工的拱橋結(jié)構(gòu)，根據(jù)拱橋拱肋分段預(yù)制情況及最大預(yù)制件重量，合理設(shè)計(jì)纜索起重機(jī)的吊裝能力，在保證安全的情況下，由纜索起重機(jī)先將兩拱腳段吊裝就位，并用扣索將其固定，再依次吊裝其余段并與先吊段對(duì)接，直至吊裝完畢。

2.1 吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)大壩上游1號(hào)臨時(shí)橋主拱圈預(yù)制分塊情況，最重拱箱約73 t，考慮施工荷載等因素，起吊重量按93 t控制。在右岸搭設(shè)塔架，吊裝索由雙組主纜組成，跨度為239 m，沿橋軸線布置1組工作纜。在兩岸邊坡橋軸線上下游各5 m處分別設(shè)置2個(gè)最大抗拉力1 000 t的洞錨，用于錨固主索、工作索及壓塔索。塔架采用M型萬(wàn)能桿件組合拼裝成門(mén)式結(jié)構(gòu)，塔頂用I56規(guī)格工字鋼上、下分配梁作為主索、扣索及工作索鞍支承。主索采用2組6根直徑60.5 mm和6根37 mm+1型號(hào)鋼絲繩，2組主索既有獨(dú)立功能，又可組合使用。拱箱纜風(fēng)索采用2根直徑19.5 mm鋼絲繩。大壩上游1號(hào)臨時(shí)橋吊裝系統(tǒng)布置見(jiàn)圖2。

圖2 大壩上游1號(hào)臨時(shí)橋吊裝系統(tǒng)布置示意圖

2.2 吊裝施工工藝

主拱圈分7個(gè)單箱，每肋采用5段預(yù)制吊裝，鋼筋混凝土拱箱單基肋吊裝施工工藝為關(guān)鍵施工技術(shù)。吊裝順序按兩岸、橫向?qū)ΨQ(chēng)進(jìn)行；縱向吊裝順序從拱腳至拱頂，橫向吊裝順序按橋的軸線向兩側(cè)。拱箱軸線、拱度線型的控制通過(guò)對(duì)拱箱風(fēng)纜、扣索張力調(diào)整。鑒于雅礱江河谷風(fēng)速較大，調(diào)整時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)速影響。每道拱肋合攏并進(jìn)行測(cè)量調(diào)整后，再對(duì)拱箱節(jié)段間進(jìn)行縱橫聯(lián)結(jié)，直至所有拱箱節(jié)段吊裝完成。

(1) 拱箱的吊裝工藝

為防止碰撞，控制吊運(yùn)速度，易緩不易快。各段就位時(shí)均應(yīng)對(duì)位平整，不能出現(xiàn)歪扭，軸線按設(shè)計(jì)要求無(wú)偏移。第Ⅰ、Ⅱ段就位后即在各段前端系好扣索、纜風(fēng)索。Ⅰ、Ⅱ段就位時(shí)，通過(guò)計(jì)算，在接頭處預(yù)留抬高值，從而保證拱軸線的平滑。

(2) 拱箱合攏

頂段基本就位后，暫不松吊的情況下，按1∶2 的比例緩緩松卸Ⅰ、Ⅱ段的扣索；逐步調(diào)整拱箱軸線和接頭標(biāo)高；逐漸使頂段吊索受力減為其重量的30%，此時(shí)一片拱箱應(yīng)處于基本合攏狀態(tài)。此后，通過(guò)在頂板角鋼之間繼續(xù)墊填，并嵌緊鋼板不斷減小扣索、吊索受力，逐步使全片成拱。最后需擰緊螺栓，將接頭墊板和底板角鋼的連接板焊接牢固，將纜風(fēng)索系牢后，拆除吊索。全部拱箱均按上述步驟操作完成，并將連接各箱段接頭間的橫向連接螺栓擰緊牢固后，解除纜風(fēng)索。

(3) 主拱圈形成

拱箱吊裝完成后，為增強(qiáng)拱圈整體性，采用同標(biāo)號(hào)的混凝土澆筑段間橫系梁。在各接頭處鋼板空隙中填塞環(huán)氧樹(shù)脂將端橫隔板封好，然后先進(jìn)行拱腳處橫系梁澆筑，再按照由中間向兩邊的順序，依次對(duì)稱(chēng)澆筑各段間橫系梁。

3 荷載試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)JTG/T J21-2011《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》相關(guān)要求，在橋梁運(yùn)行前，對(duì)橋梁進(jìn)行了靜、動(dòng)載試驗(yàn)。動(dòng)載試驗(yàn)包括橋梁動(dòng)力特性測(cè)試和橋梁動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試；分別利用車(chē)輛荷載激起橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測(cè)定橋梁動(dòng)力特性(固有頻率、阻尼比)、各種速度汽車(chē)激勵(lì)下橋梁的響應(yīng)測(cè)試、汽車(chē)在橋梁特定位置越過(guò)障礙物和制動(dòng)沖擊激勵(lì)下橋梁的響應(yīng)測(cè)試。

3.2 測(cè)試截面

為確定橋梁各試驗(yàn)控制截面的準(zhǔn)確位置和對(duì)應(yīng)的控制內(nèi)力與應(yīng)力，采用橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行建模計(jì)算。橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算模型立面見(jiàn)圖3，橋梁在設(shè)計(jì)荷載作用下正、負(fù)彎矩包絡(luò)圖分別見(jiàn)圖4、5。

圖3 橋梁計(jì)算模型圖

圖4 汽車(chē)使用荷載作用下的正彎矩包絡(luò)圖

圖5 汽車(chē)使用荷載作用下的負(fù)彎矩包絡(luò)圖

3.3 靜載試驗(yàn)

主拱肋為鋼筋混凝土箱形截面，各測(cè)試截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)主要布置在拱腳截面、L/4截面、L/2截面、3L/4截面位置上，其中1號(hào)截面布置在右岸拱腳，2號(hào)截面布置在L/4處，3號(hào)截面布置在L/2處，4號(hào)截面布置在3L/4處，5號(hào)截面布置在左岸拱腳，均采用粘貼應(yīng)變片。主拱圈各位移測(cè)點(diǎn)主要布置在兩側(cè)拱腳、L/4、L/2、3L/4拱軸線上，采用全站儀測(cè)量位移值。為保證試驗(yàn)的有效性，根據(jù)測(cè)試截面的內(nèi)力與撓度影響線，按最不利位置加載，經(jīng)過(guò)計(jì)算，采用9輛450 kN試驗(yàn)車(chē)輛，實(shí)際重量平均為496 kN。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)，所有工況加載效率系數(shù)均介于0.95～1.05，主拱結(jié)構(gòu)自振特性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，滿(mǎn)足JTG/T J21-2011《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》相關(guān)要求。

表1 主拱結(jié)構(gòu)自振特性測(cè)試結(jié)果匯總表

在荷載作用下，全橋各工況測(cè)點(diǎn)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)均小于1，全橋各工況測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1。殘余變形分析引入相對(duì)殘余變位(或應(yīng)變)的概念描述結(jié)構(gòu)整體或局部進(jìn)入塑性工作狀態(tài)的程度。相對(duì)殘余變位(或應(yīng)變)按計(jì)算公式如下：

(1)

St=Sl-Si

(2)

Sp=Su-Si

(3)

通過(guò)以上公式進(jìn)行計(jì)算得出，在試驗(yàn)荷載作用下，各測(cè)試斷面卸載后其相對(duì)殘余變形在YC4-4/1982《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》規(guī)定的20%范圍以?xún)?nèi)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形能夠得到恢復(fù)，表明結(jié)構(gòu)處于線彈工作狀態(tài)。

3.4 動(dòng)載試驗(yàn)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范及橋梁運(yùn)行工況，動(dòng)載試驗(yàn)主要包括脈動(dòng)試驗(yàn)、無(wú)障礙行車(chē)試驗(yàn)、跳車(chē)試驗(yàn)、制動(dòng)試驗(yàn)。

(1)橋梁自振特性試驗(yàn)

橋跨結(jié)構(gòu)自振特性計(jì)算基頻為0.657 Hz，實(shí)測(cè)基頻均為0.68 Hz，見(jiàn)圖6。自振特性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

圖6 實(shí)測(cè)無(wú)障礙行車(chē)余振頻譜圖

表2 主拱加載工況的計(jì)算彎矩、試驗(yàn)彎矩及相應(yīng)的荷載效率系數(shù)表

(2)跑車(chē)試驗(yàn)

在橋面無(wú)任何障礙的情況下，用1輛20 t重的加載重車(chē)沿被測(cè)橋梁中軸線分別以10、20、30 km/h的速度勻速往返通過(guò)，測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)在移動(dòng)車(chē)輛荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)(動(dòng)應(yīng)變)。

(3) 跳車(chē)試驗(yàn)

跳車(chē)試驗(yàn)主要針對(duì)主拱2號(hào)截面進(jìn)行，以1輛加載汽車(chē)分別以5、10、20 km/h的速度跨越設(shè)在2號(hào)截面的障礙物(人工制造的三角形木板，高度為7.5 cm，縱橋向?qū)挾葹?0 cm，橫橋向長(zhǎng)度為500 cm)，模擬橋面鋪裝局部損傷狀態(tài)，以測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)在橋面不良狀態(tài)時(shí)運(yùn)行車(chē)輛荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)和振幅。

(4) 剎車(chē)試驗(yàn)

其基本荷載及作用方法與無(wú)障礙行車(chē)試驗(yàn)相同，讓一輛20 t重的試驗(yàn)車(chē)以10、20、30 km/h的速度行駛到橋梁L/2處實(shí)施緊急制動(dòng)，測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)在運(yùn)行車(chē)輛荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)。

3.5 結(jié) 論

(1) 在試驗(yàn)荷載作用下，各控制截面撓度實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，撓度校驗(yàn)系數(shù)小于1.0，且最大實(shí)測(cè)撓度小于L/600，試驗(yàn)時(shí)結(jié)構(gòu)剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

(2) 在試驗(yàn)荷載作用下，各測(cè)試截面的測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值均小于理論值，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)小于1.0，試驗(yàn)時(shí)結(jié)構(gòu)承載能力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載等級(jí)的要求。

(3) 位移測(cè)試控制截面量測(cè)的相對(duì)殘余變形均滿(mǎn)足相關(guān)要求，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

(4) 試驗(yàn)過(guò)程以不同的車(chē)速跑車(chē)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)動(dòng)應(yīng)變急劇增加并在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)保持很大數(shù)值的現(xiàn)象。

(5) 跑車(chē)作用下，實(shí)測(cè)的最大動(dòng)力放大系數(shù)為1.045，其沖擊系數(shù)小于規(guī)范要求。

(6) 跳車(chē)試驗(yàn)、剎車(chē)試驗(yàn)表明，控制截面的振動(dòng)加速度反應(yīng)正常。

綜上所述，1號(hào)臨時(shí)橋試驗(yàn)時(shí)結(jié)構(gòu)處于彈性工作范圍，承載能力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

大跨度混凝土拱橋施工工藝復(fù)雜、多樣，主要有支架現(xiàn)澆施工法、纜索吊裝法、平轉(zhuǎn)法、頂推法等，1號(hào)臨時(shí)橋結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，選用吊裝施工工藝，在保障質(zhì)量、安全的前提下加快了施工進(jìn)度。在運(yùn)行前的各項(xiàng)荷載試驗(yàn)中均滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)程規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。為了長(zhǎng)期有效的保持橋梁的整體剛度和穩(wěn)定的工作性能，在運(yùn)行中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)定的荷載等級(jí)要求通行，并定期對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)、維修和養(yǎng)護(hù)。