蔣建軍

(四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)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(qiáng)度高而抗拉強(qiáng)度低、鋼筋的抗拉強(qiáng)度高的特點(diǎn)，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒?，可以使得主拱圈在施工階段承受有限拉應(yīng)力，在成橋運(yùn)營(yíng)階段全截面受壓，耐久性好，是一種經(jīng)濟(jì)、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(wú)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(guó)內(nèi)并得到發(fā)展，目前已在國(guó)內(nèi)多座大跨徑拱橋上使用?；炷凉皹驊冶蹪仓ㄊ┕ぜ夹g(shù)復(fù)雜，需要對(duì)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(guò)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(jì)優(yōu)點(diǎn)，有必要進(jìn)行技術(shù)總結(jié)，以供類(lèi)似工程參考。

1 應(yīng)用概況

目前，國(guó)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(guó)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(guó)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(yú)大橋，主拱圈凈跨徑200 m。我國(guó)大跨徑懸臂澆筑混凝土拱橋應(yīng)用情況見(jiàn)表1。

表1 我國(guó)大跨徑懸臂澆筑混凝土拱橋應(yīng)用情況

2 工程應(yīng)用實(shí)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(guó)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(jiǎn)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(zhǎng)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(kāi)工，上游半幅橋于2011年9月建成通車(chē)，下游半幅橋于2013年2月建成通車(chē)，建筑安裝工程費(fèi)為7 050.5萬(wàn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(tái)采用樁柱式橋臺(tái)。大橋的橋型立面布置見(jiàn)圖2，建成后照片見(jiàn)圖3，施工期照片見(jiàn)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(jiǎn)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(wú)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(gè)節(jié)段，其中兩岸各設(shè)一個(gè)拱腳搭架現(xiàn)澆段(即1號(hào)節(jié)段)，拱頂設(shè)一個(gè)吊架澆筑合龍段(即16號(hào)節(jié)段)，其余28個(gè)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(jiàn)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(diǎn)：

(1)主拱圈分幅設(shè)置，降低了節(jié)段重量，加大了節(jié)段長(zhǎng)度，縮短了主拱圈成拱時(shí)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(qiáng)風(fēng)化層厚度大、地基承載力較低的問(wèn)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(wèn)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(chǎng)、拱圈大節(jié)段運(yùn)輸及安裝困難等難題。

2.2 四川鹽邊縣鳡魚(yú)大橋

該橋位于四川省攀枝花市鹽邊縣鳡魚(yú)鄉(xiāng)，為跨越二灘庫(kù)區(qū)鳡魚(yú)河而設(shè)，全長(zhǎng)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(kāi)工建設(shè)，于2015年7月建成通車(chē)，建筑安裝工程費(fèi)為4 213.4萬(wàn)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(jiǎn)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(jiǎn)支小箱梁和現(xiàn)澆實(shí)心板；引橋下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩；兩岸橋臺(tái)采用重力式橋臺(tái)。大橋的橋型立面布置見(jiàn)圖6，建成后照片見(jiàn)圖7，施工期照片見(jiàn)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(jiǎn)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(gè)節(jié)段施工，其中兩岸各設(shè)一個(gè)拱腳搭架現(xiàn)澆段，拱頂設(shè)一個(gè)吊架澆筑合龍段，其余30個(gè)均為掛籃懸臂澆筑段。主拱圈標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見(jiàn)圖9。

該橋主要技術(shù)特點(diǎn)：

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

(2)通過(guò)合理確定起拱線高程以適應(yīng)二灘庫(kù)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(wèn)題。

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

(5)主拱圈采用C50高強(qiáng)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(wèn)題。

(6)對(duì)位于庫(kù)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(shù)脂涂層鋼筋，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。

3 技術(shù)特點(diǎn)分析

通過(guò)對(duì)我國(guó)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(diǎn)有：

圖6 鹽邊縣鳡魚(yú)大橋立面布置(單位:mm)

圖7 鹽邊縣鳡魚(yú)大橋

圖8 鹽邊縣鳡魚(yú)大橋主拱圈施工

圖9 鹽邊縣鳡魚(yú)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(shí)，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(chǎng)，也不需要設(shè)置節(jié)段運(yùn)輸通道，對(duì)地形適應(yīng)性強(qiáng)，有利于保護(hù)環(huán)境。

(4)通過(guò)斜拉扣掛體系可控制并適時(shí)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(zhǎng)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(shù)脂鋼筋、高強(qiáng)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(wèn)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(jì)合理。

(9)扣索錨碇基礎(chǔ)型式多樣，利用巖錨可以降低造價(jià)；地質(zhì)條件較好的地方可利用橋臺(tái)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(guó)從2005年開(kāi)始建設(shè)主拱凈跨徑150 m的四川白沙溝1號(hào)橋，到2015年建成主拱凈跨徑200 m的四川鹽邊縣鳡魚(yú)大橋，經(jīng)過(guò)十幾年應(yīng)用和發(fā)展，在理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工方法、風(fēng)險(xiǎn)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(duì)地形適應(yīng)性強(qiáng)、工程造價(jià)低、工期可控、成橋質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)；對(duì)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。