韓洪舉，張基進(jìn)，郭吉平

(1.貴州交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550008；2.貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550008)

1 概述

箱型拱橋因其跨越能力大、造價(jià)相對(duì)較低、結(jié)構(gòu)整體性好、后期維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，成為地質(zhì)條件良好山區(qū)的大跨徑橋梁常用橋型之一。整體式箱型拱主拱圈由于自重較大，常采用支架現(xiàn)澆施工，在陡峭山谷、水深河谷上修建拱橋時(shí)，搭設(shè)落地支架幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，通常采用纜索吊裝系統(tǒng)，通過斜拉掛扣的方式進(jìn)行鋼拱架的懸拼安裝，這種鋼拱架的施工主要難點(diǎn)在于主拱圈拱軸線線形控制。

目前，我國的鋼拱架主要有以下兩種類型：一種是貝雷梁拱架，另一種是軍用梁拱架，各有其優(yōu)點(diǎn)。在大跨度拱橋現(xiàn)澆施工中，由于跨度大，現(xiàn)澆施工時(shí)施工載荷較大，對(duì)鋼拱架的要求高。貝雷梁拱架梁高小，致使其剛度較低，且由于尺寸固定，其對(duì)拱軸線的擬合效果一般；而軍用梁拱架雖具有更大的剛度，但其下弦桿的穩(wěn)定系數(shù)較小，施工的穩(wěn)定性較差，且由于剛度增大，導(dǎo)致重量相應(yīng)增加，從而對(duì)施工機(jī)具的要求也相應(yīng)提高。因此，貝雷梁拱架和軍用拱架并不能較好地適應(yīng)大跨度混凝土拱橋現(xiàn)澆施工的要求。

自適應(yīng)拱架曲線型模板施工技術(shù)采用了自行設(shè)計(jì)特制專用鋼拱架，主要由基本節(jié)段和連接件組成，上弦桿連接件采用了可微調(diào)式螺旋連接桿，它可微小調(diào)節(jié)相鄰鋼拱架之間的距離，從而能夠擬合不同的拱軸線和矢跨比，更好地適應(yīng)大跨度箱型拱拱軸線線形。配套扣掛系統(tǒng)、加載長度、位移控制的算法，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出圖、自動(dòng)建?？焖儆?jì)算。

2 技術(shù)原理

自適應(yīng)通用鋼拱架由三種基本構(gòu)型組成：起始段、標(biāo)準(zhǔn)段和合龍段，其中標(biāo)準(zhǔn)段有6 m和4 m兩種構(gòu)型，起始段用于與拱腳相連接，合龍段用于拱頂合龍，合龍段長度根據(jù)實(shí)際合龍段長度確定。拱架片之間通過頂面和底面的平聯(lián)來實(shí)現(xiàn)橫向連接[1]；在拱軸方向，各節(jié)段之間在下弦桿用銷軸鉸接，上弦桿采用法蘭連桿連接，法蘭連接桿可實(shí)現(xiàn)一定長度的伸縮，以此可對(duì)相鄰鋼拱架之間的距離進(jìn)行微小調(diào)節(jié)，從而保證自適應(yīng)拱架能夠適應(yīng)不同的主拱圈線形。

自適應(yīng)通用拱架安裝時(shí)，在拱架與拱腳處設(shè)連接鉸，通過扣索將拱架拼裝成形，拆除扣索后，整個(gè)拱架呈兩鉸拱受力，使拱架拼裝附加應(yīng)力產(chǎn)生重分布[2]，有助于拱架受力，通過法蘭連接桿(如圖1所示)調(diào)整好拱架線形后，將拱腳處的鉸接通過焊接型鋼形成剛接從而完成拱架的拼裝，拱架最終的受力狀態(tài)為無鉸拱。

該施工技術(shù)適用于采用拱架施工的各類拱橋，尤其是跨越深谷、深水、通航河道或施工時(shí)不能中斷通航的因施工場地限制的鋼筋混凝土拱橋主拱圈施工。

自適應(yīng)通用拱架相比于貝雷梁和軍用梁拱架，自適應(yīng)拱架能更好地?cái)M合不同的拱軸線和矢跨比，具有更大的截面尺寸，對(duì)不同跨徑和不同橋?qū)捇炷凉皹虻倪m用性更強(qiáng)。且標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段可重復(fù)利用、重量輕、拼裝速度快，通用性良好。自適應(yīng)拱架相比貝雷梁和軍用梁拱架，結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，能顯著減少用鋼量，降低施工成本，節(jié)約成本，經(jīng)濟(jì)性好。自適應(yīng)拱架截面尺寸大，具有更大的強(qiáng)度和剛度，且自重輕、拼裝簡單，穩(wěn)定性高，懸拼作業(yè)安全可靠。

3 施工流程

自適應(yīng)拱架曲線型模板施工的工藝流程為：安裝扣錨系統(tǒng)→安裝拱腳起始段→安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段→安裝拱頂合龍段→拆除扣索→安裝起始段連接型鋼→鋼拱架預(yù)壓→鋼拱架測量→主拱圈施工。

3.1 扣錨系統(tǒng)安裝

自適應(yīng)通用拱架拼裝的扣錨系統(tǒng)包括扣索、錨索和錨固系統(tǒng)?？埸c(diǎn)設(shè)置在鋼拱架節(jié)段的下弦桿上，在塔架上設(shè)置扣掛點(diǎn)，錨固點(diǎn)一般設(shè)在纜索吊的錨固系統(tǒng)處或橋臺(tái)的基礎(chǔ)上[3]，扣錨系統(tǒng)如圖2所示。

在錨錠頂部設(shè)置預(yù)埋千斤頭作為扣點(diǎn)，當(dāng)扣索從塔頂索鞍繞過后，穿過帶鉤滑輪，將帶鉤滑輪與千斤頭相連，利用卷揚(yáng)機(jī)拉緊并使用繩夾將扣索固定，千斤頭的數(shù)量根據(jù)扣索數(shù)量確定，對(duì)稱分布于每側(cè)每個(gè)后錨扣點(diǎn)處，從而達(dá)到扣索錨固的要求。

為保證扣索切實(shí)發(fā)揮拉力作用，采用卷揚(yáng)機(jī)或鏈條葫蘆將扣索拉緊后，再扣掛于千斤頭上。同時(shí)為保證扣掛的作用充分發(fā)揮，扣點(diǎn)處通過臨時(shí)限位板來防止扣索滑動(dòng)。扣點(diǎn)處的基底地質(zhì)條件應(yīng)滿足工程要求，應(yīng)完整無破碎，通過設(shè)置圓形錨固鋼筋作為千斤頭連接之用。

在澆筑錨碇時(shí)要注意預(yù)留錨碇預(yù)頂千斤頂位置，在錨碇強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后按要求進(jìn)行預(yù)頂，只有在錨碇能承受預(yù)頂力后才允許進(jìn)行纜索吊試吊，預(yù)頂完成后進(jìn)行鑿毛處理，澆筑無收縮混凝土進(jìn)行填充。

3.2 安裝拱架起始段

起始段安裝是拱架拼裝的起步階段，其安裝直接影響鋼拱架的安裝精度，也影響整個(gè)鋼拱架拼裝質(zhì)量，因此，要保證起始段安裝的準(zhǔn)確性和精度，在安裝過程中對(duì)起始段的位置、千斤頂?shù)淖x數(shù)等做好精確控制，使之與設(shè)計(jì)相符。為確保安裝后鋼拱架拱腳能實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，需在事先預(yù)埋在拱腳處的鉸槽內(nèi)注入黃油[4]。將整聯(lián)端節(jié)段吊至臨時(shí)拱座處，使拱鉸無縫鋼管進(jìn)入鉸槽，然后進(jìn)行測量，利用纜索調(diào)整軸線位置。起始段安裝到位后，通過限位板等固定起始段拱鉸的橫向位移，但不限制拱鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)。在進(jìn)行后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)段的安裝前，要對(duì)起始段的軸線和高程進(jìn)行復(fù)測，無誤后方可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)段的施工。

3.3 安裝標(biāo)準(zhǔn)段

為確保標(biāo)準(zhǔn)段拼裝的順利進(jìn)行，在拼裝廠內(nèi)進(jìn)行“1+1”節(jié)段預(yù)拼裝，即前一個(gè)節(jié)段拼裝好后，在吊裝前，在拼裝場與后一個(gè)節(jié)段進(jìn)行拼裝校核，無誤后再起吊，保證拼裝場內(nèi)有一個(gè)節(jié)段用于拼裝校核。通過纜索吊將標(biāo)準(zhǔn)段調(diào)至安裝位置，用銷軸連接待安裝節(jié)段的下弦陽鉸接頭和已安裝節(jié)段下弦的陰鉸接頭[5]，上弦桿則通過法蘭連桿連接，法蘭連桿與節(jié)段間用銷軸連接(如圖1所示)。收緊扣索以調(diào)整安裝節(jié)段拱架的位置，使之與設(shè)計(jì)位置一致。為確保纜吊系統(tǒng)對(duì)拱架位置不產(chǎn)生影響，纜索吊松開后，需再次對(duì)拱架位置進(jìn)行復(fù)測，若有變化需再次調(diào)整扣索松緊度，確保此安裝節(jié)段位置的準(zhǔn)確。同法循環(huán)安裝標(biāo)準(zhǔn)段直至到達(dá)拱頂合龍段位置。每個(gè)節(jié)段的拼裝應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行扣索的扣掛。

每聯(lián)節(jié)段安裝就位后，在順橋向和橫橋向均對(duì)稱布置纜風(fēng)索，對(duì)拱架橫向偏位進(jìn)行控制，從而調(diào)整拱架軸線。纜風(fēng)索可采用φ21.5 mm普通鋼絲繩，纜風(fēng)索與山體錨固采用在山體上埋設(shè)錨桿或千斤頭的方法，每個(gè)纜風(fēng)錨固點(diǎn)提供不小于10 t的拉力，纜風(fēng)索角度可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

為提高施工效率，降低施工難度，使拱架在拼裝過程中高程整體一步到位，在拼裝過程中，采用即拼裝即調(diào)整的方式，從而嚴(yán)格控制拱架的安裝高程和拱架軸線線形。

3.4 安裝拱頂合龍段

自適應(yīng)通用拱架采用現(xiàn)場合龍，鋼拱架各節(jié)段的加工、安裝及施工環(huán)境如溫度等都將對(duì)合龍段的長度產(chǎn)生影響，因此，合龍段的實(shí)際長度需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測量來確定。

合龍前一個(gè)節(jié)段(一般為4 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段)吊裝完成后，應(yīng)盡快安裝拱頂合龍段。合龍前復(fù)測鋼拱架各節(jié)段是否均符合設(shè)計(jì)高程，并觀察溫度變化規(guī)律，從而確定合龍口的精確長度，合龍段兩端上下弦均為陽頭。拱頂合龍段加工完成后，利用纜索吊完成合龍段的安裝。在安裝的過程中需要對(duì)合龍段的標(biāo)高等進(jìn)行觀測，保證自適應(yīng)剛架的線形和高度與設(shè)計(jì)一致。

3.5 拆除扣索

對(duì)拼裝完成的拱架連續(xù)監(jiān)測不少于24 h，確定鋼拱架高程、索力等無異常后，對(duì)稱地進(jìn)行扣索的拆除。在拆除過程中應(yīng)加強(qiáng)跟蹤監(jiān)測拱架的變形和應(yīng)力情況，確?？鬯鞑鸪┕さ陌踩?，并掌握拱架受力和變形情況。

為避免因拆除扣索而使拱架弦桿內(nèi)力突然增大，應(yīng)逐步對(duì)稱拆除扣索，即依次循環(huán)將每組對(duì)稱扣索逐漸松開，直至全部扣索完全松開。每次扣索松開后，需對(duì)拱架的變形(高度和平面位置)進(jìn)行觀測，若變形未超限，則可繼續(xù)松開扣索。若變形超限，則應(yīng)分析確定原因后方可再繼續(xù)松開。所有扣索完全松開后，依次從拱頂向拱腳對(duì)稱拆除扣索。

拱架拼裝完成拆除所有扣索后，安裝端節(jié)段與拱座間連接件并進(jìn)行焊接，使整個(gè)拱架變?yōu)闊o鉸拱。

3.6 鋼拱架預(yù)壓

鋼拱架變?yōu)闊o鉸拱后，應(yīng)對(duì)拱架連續(xù)觀測不少于72 h，無異常情況后即可對(duì)鋼拱架進(jìn)行預(yù)壓。鋼拱架的預(yù)壓采用水箱進(jìn)行，先在鋼拱架上設(shè)置腳手架，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，在腳手架上安裝木板制作的水箱，水箱內(nèi)可鋪設(shè)塑料膜以保證水箱的密封性。

注水加載預(yù)壓時(shí)的順序與主拱圈的施工順序一致，通過水泵向水箱注水，注意注水的速度要適中，從兩側(cè)拱腳同時(shí)對(duì)稱向拱頂注水加載，以保證加載的平衡。首次注入的水為主拱圈混凝土第一次澆筑重量的1.2倍，為防止拱架的變形過大，拱頂處應(yīng)設(shè)置水箱進(jìn)行相應(yīng)加載預(yù)壓。

為確保安全，掌握拱架彈性變形趨勢，分四級(jí)加載，加載總重為主拱圈底板混凝土重量的1.2倍，按照50%-100%-110%-120%的加載重量進(jìn)行分級(jí)加載。每一級(jí)加載完畢，每隔2 h進(jìn)行測量觀測一次，待觀測結(jié)果無變化(在誤差之內(nèi))即可判定拱架已經(jīng)穩(wěn)定，可進(jìn)行下一級(jí)加載，依次加載至設(shè)計(jì)荷載。加載至設(shè)計(jì)荷載經(jīng)觀測無異常后，即可進(jìn)行預(yù)壓卸載，卸載應(yīng)均勻、對(duì)稱、平衡地進(jìn)行，以確保拱架的安全。

根據(jù)預(yù)壓時(shí)的觀測數(shù)據(jù)確定預(yù)抬高值，與主拱圈的設(shè)計(jì)坐標(biāo)一起，可得到鋼拱架的實(shí)際標(biāo)高，如實(shí)際標(biāo)高與設(shè)計(jì)有出入，可通過墊木調(diào)整底模安裝高程，以保證主拱圈線形與設(shè)計(jì)線形一致。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

洪家渡大橋是一座主跨135 m的鋼筋混凝土箱形懸鏈線拱橋，矢跨比1/5，主拱圈為單箱三室截面，主拱圈高2.3 m，寬9.5 m，其布置圖如圖3所示。主拱圈采用自適應(yīng)拱架現(xiàn)澆施工，從2018年2月開工，到2020年6月竣工，提前于預(yù)定工期合龍，主拱圈線形平滑優(yōu)美，洪家渡大橋的順利實(shí)施說明自適應(yīng)拱架在百米級(jí)拱橋的施工中具有良好的適用性和經(jīng)濟(jì)性，為自適用通用拱架在同類橋梁施工的推廣應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

工程實(shí)踐證明，自適應(yīng)鋼拱架克服了貝雷梁拱架和軍用拱架的不足，能較好地?cái)M合不同的拱軸線和矢跨比，能很好地適用不同跨徑和不同寬度混凝土拱橋的現(xiàn)澆施工，且起始段、標(biāo)準(zhǔn)段可重復(fù)利用、重量輕、拼裝速度快，通用性和經(jīng)濟(jì)效益良好，為百米級(jí)混凝土拱橋的施工提供了行之有效的施工技術(shù)。