姜海波

（江蘇金堰交通工程有限公司，江蘇 泰州 225300）

0 引言

豎向荷載下產(chǎn)生水平力是拱橋最主要的特征。初期拱橋設(shè)計(jì)均依靠基礎(chǔ)直接抵抗水平力，而在軟土地基處采用該方式十分不經(jīng)濟(jì)，因此大跨徑拱橋在南方應(yīng)用較少[1]。隨著系桿拱橋的提出，拱橋水平力通過(guò)專用的水平系桿來(lái)平衡，基礎(chǔ)不再承擔(dān)水平力。在軟土地基采用拱橋極具競(jìng)爭(zhēng)力，因此拱橋成了大跨度橋梁中最常用的一種橋梁形式。

系桿拱施工方法分為先梁后拱和先拱后梁兩大類[2]。最常用的施工方法為先梁后拱支架法，即先在支架上完成橋面系的施工，再在橋面上搭設(shè)支架進(jìn)行拱肋的施工[3]。即使在有通航要求時(shí)，如航道等級(jí)不高時(shí)，也可將滿堂支架改為少支架，在河道中預(yù)留較窄的臨時(shí)通航孔。當(dāng)橋下航道為高等級(jí)航道時(shí)，航運(yùn)繁忙，長(zhǎng)時(shí)間的壓縮航道給航運(yùn)帶來(lái)較大影響，同時(shí)船撞支架的風(fēng)險(xiǎn)較高。為減少對(duì)航道的影響，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，系桿拱無(wú)支架施工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

系桿拱無(wú)支架施工是一種先拱后梁的施工方法。通過(guò)先架設(shè)的拱肋作為施工橋面系時(shí)的支撐，同時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)的永久拉索或增設(shè)的臨時(shí)體外索平衡施工期間的拱腳水平推力，從而實(shí)現(xiàn)橋下不搭設(shè)支架的目的[4]。而在拱肋的安裝時(shí)為實(shí)現(xiàn)施工全過(guò)程的無(wú)支架，需采取拱肋整體吊裝的方式[5]。

1 工程概況

泰州市姜堰區(qū)X304（淤溪段）泰東河大橋工程起于華莊公路與S231 交叉處，向東上跨泰東河，終點(diǎn)接淤溪鎮(zhèn)東南環(huán)交叉處。橋梁全長(zhǎng)461.44 m，上部結(jié)構(gòu)主橋?yàn)橄鲁惺戒摴芑炷料禇U拱結(jié)構(gòu)，引橋?yàn)橄葟埛A(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，下部結(jié)構(gòu)均為柱式墩。泰東河是《江蘇省干線航道網(wǎng)規(guī)劃》中規(guī)劃的三級(jí)航道，規(guī)劃通航凈空為70 m×7 m 矩形斷面。泰東河大橋主橋采用115 m 的鋼管混凝土系桿拱橋一孔跨越航道水域。泰東河大橋總體布置如1 所示。

圖1 泰東河大橋總體布置圖（單位：cm）

主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼管混凝土系桿拱結(jié)構(gòu)，采用剛性系梁剛性拱，計(jì)算跨徑L=111.0 m，拱軸線為二次拋物線，矢跨比為1/5，矢高22.2 m。拱肋采用啞鈴型鋼管混凝土，每個(gè)鋼管外徑100 cm，鋼管及腹板壁厚1.4 cm，內(nèi)充C50 微膨脹混凝土，沿拱軸線每隔0.5 m腹腔截面設(shè)置1 道Ф24 mm 的拉桿。系梁采用箱形斷面，系梁高為200 cm，寬為120 cm，頂板厚30 cm，底板厚30 cm，系梁構(gòu)造見圖2 所示。吊桿間距為5.35 m，每片拱肋設(shè)吊桿19 根，吊桿采用LZM7-61成品索。中橫梁高度為1.30～1.42 m，寬0.75 m（不包括牛腿）。端橫梁采用箱型斷面，高1.80 m～1.92 m，寬3.0 m。橋面2.0%橫坡通過(guò)橫梁高度的變化進(jìn)行調(diào)整。風(fēng)撐采用4 道K 型和3 道一字撐，由外徑100 cm和70 cm 鋼管焊接而成。

圖2 系梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段構(gòu)造圖（單位：mm）

橋面系為系梁與橫梁組成的縱橫梁體系，系梁采用分段預(yù)制吊裝，每片系梁分為A～I(xiàn) 九個(gè)節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度為9.9 m，最大節(jié)段長(zhǎng)度為15.25 m，系梁節(jié)段之間、系梁節(jié)段與拱腳之間均通過(guò)濕接縫連接形成整體。中橫梁采用整體預(yù)制，通過(guò)濕接縫與系梁連接形成整體。預(yù)制橋面板簡(jiǎn)支支撐于橫梁上方，不參與結(jié)構(gòu)整體受力。

2 泰東河大橋施工方法的比選

泰東河大橋跨越規(guī)劃的三級(jí)航道，設(shè)計(jì)院提供的施工圖推薦采用先梁后拱的少支架法。針對(duì)該橋橋下通航要求高的特點(diǎn)，正式施工時(shí)提出了無(wú)支架施工方法，并對(duì)施工方法進(jìn)行了深入的比選。

2.1 先梁后拱的少支架施工

先梁后拱的施工工藝是應(yīng)用較多的方法，因其具有施工難度小，施工控制簡(jiǎn)單，對(duì)于橋下通航要求不高或無(wú)通航要求時(shí)是一種十分經(jīng)濟(jì)的方案。該橋原設(shè)計(jì)采用的少支架施工方案如圖3 所示。

圖3 少支架施工示意圖

先梁后拱施工流程主要包括八個(gè)主要步驟：

（1）下部結(jié)構(gòu)施工及臨時(shí)支架搭設(shè)，并對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。

（2）在支架上對(duì)稱分段澆筑系梁和拱腳端橫梁，同步預(yù)制中橫梁。

（3）安裝中橫梁并張拉中橫梁預(yù)應(yīng)力，之后張拉部分系梁預(yù)應(yīng)力。

（4）搭設(shè)橋面支架并分段吊裝拱肋，焊接完成后從下而上對(duì)稱泵送鋼管混凝土。

（5）安裝吊桿并按規(guī)定的張拉順序進(jìn)行吊桿張拉。

（6）拆除支架，安裝橋面系并張拉剩余鋼束。

（7）護(hù)欄、鋪裝等附屬設(shè)置施工。

（8）吊桿索力調(diào)整至設(shè)計(jì)的成橋索力。

大跨徑拱橋施工周期長(zhǎng)，該方案的缺點(diǎn)是長(zhǎng)時(shí)間壓縮航道，原設(shè)計(jì)方案預(yù)留30 m 寬度的臨時(shí)航道，該橋位處航運(yùn)繁忙，施工期間船撞風(fēng)險(xiǎn)高。

2.2 先拱后梁的無(wú)支架施工

基于少支架施工的缺點(diǎn)，提出了無(wú)支架施工方案。該方案的優(yōu)點(diǎn)是施工期間航道內(nèi)不設(shè)置臨時(shí)支架，僅拱肋和系梁吊裝期間臨時(shí)封航，對(duì)現(xiàn)狀航道影響小，實(shí)踐證明效果是較好的。

泰東河大橋無(wú)支架施工方法主要包括六個(gè)大步驟：（1）下部結(jié)構(gòu)及拱腳施工；（2）鋼管拱肋整體吊裝（見圖4）；（3）臨時(shí)索安裝（見圖5）；（4）灌注拱肋混凝土（；（5）預(yù)制系梁安裝（見圖6）；（6）橋面系施工。

圖4 鋼管拱肋整體吊裝之圖示

圖5 臨時(shí)索安裝之圖示

圖6 預(yù)制系梁安裝之圖示

每個(gè)大的施工步驟又細(xì)分成多個(gè)工序，并配合臨時(shí)體外束的張拉，采用有限元計(jì)算分析的全過(guò)程施工步驟如表1 所列。

表1 無(wú)支架施工仿真分析全過(guò)程一覽表

先拱后梁的無(wú)支架施工方法步驟多，施工控制難度大，施工期間臨時(shí)索隨著施工步驟的進(jìn)行要不斷調(diào)整，以保證結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的線形及受力滿足要求。

2.3 施工方法比選

通過(guò)上述介紹，兩種施工方法技術(shù)上都是可行的，都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。為了科學(xué)決策，對(duì)兩種施工方法進(jìn)行綜合比選（見表2）。

表2 系桿拱橋施工方案比選一覽表

通過(guò)上述綜合比選，采用無(wú)支架施工方案雖然技術(shù)難度更大，但針對(duì)泰東河高等級(jí)航道的特殊性，無(wú)支架施工能最大限度地降低對(duì)橋下通航的影響，且對(duì)環(huán)境影響最小，通過(guò)專業(yè)的施工監(jiān)控及精細(xì)化的施工管理，能保證橋梁的施工安全性。因此，大橋最終采用了該方案。

3 無(wú)支架施工方法技術(shù)難點(diǎn)

3.1 無(wú)支架施工原理

拱橋受力特征是在豎向荷載的作用下，拱腳位置不僅產(chǎn)生豎向力，還將有較大的水平推力，拱腳位置有推力作用是拱橋的主要受力特性之一。為了使拱正常工作，就必須確保拱的推力體系。

無(wú)支架施工是一種先拱后梁的施工方法。在施工過(guò)程中，通過(guò)拱肋承受拱肋自身以及橋面系的自重，隨著施工的進(jìn)行，荷載不斷增加，拱腳水平推力同步增加。然而，在施工過(guò)程中系梁并未完成，需通過(guò)增設(shè)臨時(shí)體外束平衡施工期間的拱腳水平推力。

3.2 技術(shù)難點(diǎn)

系桿拱橋無(wú)支架施工方法施工工序多，技術(shù)難度大，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工，總結(jié)如下幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)。

3.2.1 拱肋整體吊裝

拱肋整體吊裝的重量為260 t，在一側(cè)岸邊拼裝成整體后，通過(guò)浮船運(yùn)至橋位，采用兩臺(tái)浮吊抬吊完成就位。該施工過(guò)程主要是控制拱腳位移，保證吊裝就位時(shí)能正確安放于兩端拱座上。該項(xiàng)目采取了臨時(shí)拉索及兜吊系統(tǒng)的控制手段。

3.2.2 臨時(shí)索平衡設(shè)計(jì)

臨時(shí)索的作用是平衡施工過(guò)程中的拱腳水平力。在施工過(guò)程中豎向荷載不斷增加，拱腳水平力相應(yīng)增大，臨時(shí)索并不能連續(xù)動(dòng)態(tài)地進(jìn)行張拉調(diào)整。因此，如何通過(guò)有限次的臨時(shí)索張拉，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的結(jié)構(gòu)受力以滿足要求，是臨時(shí)索平衡設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。該項(xiàng)目設(shè)置了8 次臨時(shí)索張拉，詳見表1 所列。通過(guò)橫向錯(cuò)開布置，避免系梁安裝與臨時(shí)索位置沖突，臨時(shí)索布置如圖7 所示。

圖7 臨時(shí)索布置示意圖

3.2.3 位移控制

位移控制是無(wú)支架施工方法的關(guān)鍵，拱腳的位移時(shí)刻發(fā)生變化，且受下部橋墩的抗推剛度影響，位移控制難度大。該項(xiàng)目通過(guò)建立橋梁上、下部整體模型，考慮樁土作用，進(jìn)行全施工過(guò)程的仿真模擬，精確計(jì)算各工序作用下的位移。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了系桿拱橋無(wú)支架施工方法在泰州泰東河大橋中的使用情況，針對(duì)系桿拱橋常用的兩種施工方法，詳細(xì)分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并就如何選擇做了簡(jiǎn)單的探討。先梁后拱支架法技術(shù)難度小，在通航要求不高或地勢(shì)平坦的情況下可優(yōu)先選用；在跨越深谷或橋下通航要求高時(shí)則應(yīng)該選用先拱后梁的無(wú)支架施工方法。