大跨度钢筋混凝土拱桥斜拉扣挂法悬臂浇筑施工关键技术样本

大跨度钢筋混凝土拱桥斜拉扣挂法悬臂浇筑施工核心技术尹洪明郭军肖霑（中交一公局四公司广西南宁 530000）摘要:钢筋混凝土拱桥悬臂施工法分为悬臂拼装法和悬臂浇筑法两大类。

悬臂浇筑法重要采用挂篮悬臂浇筑施工，依照国内外当前工艺技术又可以分为采用塔架斜拉扣挂法和悬臂桁架浇筑法。

而悬臂浇筑法施工拱桥在国内日前仅建成3座，都采用塔架斜拉扣挂法施工，且由于施工状况又存在不同，技术理论不够完善，整体还处在起步阶段，为进一步完善悬臂浇筑拱桥施工技术，本文以在建马蹄河特大桥为背景，谈论大跨度塔架斜拉扣挂法悬臂浇筑拱桥核心施工技术控制。

核心词:悬臂浇筑斜拉扣挂箱拱挂篮索力优化施工技术0 前言拱桥是一种以受压为主构造,受力合理，外形美观，是国内公路上广泛采用一种桥梁体系。

随着钢筋混凝土浮现，拱桥施工技术得到提高，跨越能力增大，大跨度混凝土箱拱造价低廉、施工以便、养护简朴，在国内适合贵州、广西、云南等多山地区。

制约混凝土箱拱跨度一种重要因素是施工办法，拱桥施工办法普通有缆索吊装法、劲性骨架法、转体施工法、悬臂施工法、悬臂施工与劲性骨架组合法等。

小跨度箱拱可以采用支架施工或分各种节段吊装，随着跨度增大，山区沟谷多，环境条件限制，提出采用悬臂施工法更能适应山区拱桥发展。

悬臂法分为悬臂拼装法和悬臂浇筑法，国内钢筋混凝土拱桥发展在20世纪70年代得到提高，随着无支架缆索吊装技术成熟和设计办法进步，才逐渐浮现了大跨度钢筋混凝土悬臂拼装拱桥。

90年代后先后建造了跨度最大中承式钢筋混凝土——广西邕林邕江大桥（312m,1996年）和世界第一跨钢管混凝土劲性骨架钢筋混凝土拱桥——重庆万州长江大桥（420m，1997年）。

然而，随着时间发展，国家对工程质量、技术规定更高，悬臂拼装法需要足够大预制空间和吊装能力，且成拱后拱圈接头多，整体性不高，在进几年开始推广挂篮悬臂浇筑施工钢筋混凝土拱桥，由于主拱圈采用挂蓝浇筑一次成形、无需分环、工艺简朴、整体性好、施工中横向稳定和抗风性能好、运营阶段养护费用低、耐久性好特点。

而在国外，20世纪60年代就开始采用悬臂浇筑施工拱桥，当前施工技术已经比较成熟，最大跨径由德国建造WildeGera桥，跨径252m，国内建成挂篮悬浇拱桥仅有三座，净跨150m 白沙沟1#大桥、净跨182m新密地大桥，净跨165m木蓬特大桥，以及在建净跨180m马蹄河特大桥，且都采用斜拉扣挂悬臂浇筑施工。

1 工程简介马蹄河特大桥位于贵州省德江县境内，是沿河至德江高速公路建设重点工程，该桥为上承式钢筋混凝土空腹箱型拱桥，桥跨布置为2×30mT梁+180m主跨+2×30m预制T梁，主跨桥面板为15×13m空心板，全桥长327.595m，分左、右幅。

主桥为钢筋混凝土箱形拱桥，净跨径180m，净矢高32m，净矢跨比1/5.625，拱轴系数1.756，为等高截面悬链线拱，拱圈截面为单箱双室，横向宽7.5m,高3.3m，整个拱箱分29个节段施工，其中两岸各设一种拱脚现浇段，采用“斜拉支架法”施工，拱顶设一种吊架浇筑合拢段，拱圈2-14#节段采用挂篮进行浇筑，其中2#节段长度最长，为7.579m，3#节段重量最大，为221.5t。

设计荷载公路I级，主桥抗震烈度按7度设防,桥型立面布置图如图1所示。

图1 马蹄河特大桥桥型立面布置图（尺寸单位：cm）2 塔架斜拉扣挂悬臂浇筑法马蹄河特大桥主拱圈采用挂篮悬臂浇筑施工完毕，依照拉索扣挂方式为塔架斜拉扣挂法，区别于悬臂桁架浇筑法。

塔架斜拉扣挂法是国外采用最早、最多大跨径钢筋混凝土拱桥无支架施工办法。

此法施工要点是：在拱脚墩、台处安装暂时钢或钢筋混凝土塔架，用斜拉索一端拉住拱圈节段，另一端绕向台后并锚固在岩盘上，这样逐节向河中悬臂施工，直至拱桥拱顶合龙，再进行拱上立柱、桥面板施工。

图2 斜拉扣挂悬臂浇筑施工示意图悬臂桁架法，也称斜吊式悬浇法，此施工原理是:在施工过程中，主拱圈、拱上立柱和桥面板等同步向跨中施工，并与暂时斜拉索构成变高度悬臂桁架，此种办法每个循环工序都需要完毕拱圈、立柱、桥面板施工，工序之间衔接紧密，且桥面板设计因保证具备抗拉强度高特点，如采用钢梁。

对设计和施工都提出较高水平，在国内尚未施工先例。

图3 悬臂桁架法现浇拱桥施工示意图3 施工控制概述桥梁施工控制特点是在施工过程中采用有效技术办法保证构造安全和特性状态符合设计规定，满足最后成桥状态。

过程中采用动态控制法，重要鉴别方式是通过监控量测进行分析、修正，以此达到预想规定。

4 悬臂浇筑法拱桥核心技术控制马蹄河特大桥采用是悬臂浇筑施工中斜拉扣挂法，施工控制核心构造为挂篮、扣挂系统、索力，重要涵概构造体设计分析、运营监测控制。

图4 马蹄河特大桥挂篮悬浇施工简图4.11#节段斜拉支架法拱圈第一节段拱圈长10.284m，宽7.5m，高3.3m，单箱双室构造，采用C50混凝土，方量为155.9m³，重量为405.4t。

依照现场测量实际状况，2#拱座边沿接近悬崖边线，3#拱座左幅边沿离基座边沿最小距离为0.5m，最大距离为5.9m，不能满足现浇段8m宽度规定，故不能采用常规落地支架施工。

分别从施工成本、施工工期、施工速度及难易限度等进行了比较，推荐采用斜拉支架（墩柱作为斜拉塔柱），即第四种方案，支架比选方案见下表：表1现浇段支架比选方案序号支架类型长处缺陷结论1 落地支架（钢管支架或满堂支架）工艺成熟，施工简朴；支架施工速度块；安全性高；支架成本较低；支架沉降可控；可与墩柱同步开始施工，节约工期对地基承载力规定较高，受地形条件限制，无法搭设落地支架；不可用2 悬臂支架（在拱座上预埋型钢支架，靠支架自构造简朴，支架施工速度快；可与墩柱同步开始施工，节约工期；型钢刚度规定高，钢材用量多；变形较大；安全性较低；不可用4.1.1支架设计现浇段支架采用交界墩墩柱作塔柱，精轧螺纹钢筋和钢绞线作拉索，形成简易“斜拉桥”方式进行悬浇，为保证墩柱受力平衡，对墩柱进行反拉，支架设计施工必要考虑如下几种方面：①、“斜拉支架”由拱脚处三角托架和斜拉扣锚索构成，斜拉支架必要承受1#节段拱圈砼自重和施工荷载，以保证拱圈和拱座交接面不浮现裂缝。

②、“斜拉支架”斜拉索锚固于交界墩上，会对交界墩产生局部应力集中，同步扣索与锚索受力不平衡会引起墩顶偏位，因而，该支架方案规定墩顶偏位不不不大于10mm，墩底拉应力不不不大于1.83MPa。

③、1#节段混凝土浇筑过程中，斜拉支架斜拉索会逐渐伸长，加之三角托架非弹性变形，也许导致拱脚顶面浮现裂缝。

④、对斜拉扣锚索初拉力拟定，以及混凝土浇筑过程中与否进行实时调节索力问题，这是控制托架标高和墩顶偏位核心因素。

针对以上问题，在设计上采用了如下办法：①、采用三角托架+斜拉扣锚索形式构成“斜拉支架”，三角支架选用双拼“H”型钢，并组合成三角形，增长其刚度和稳定性，斜拉扣索选用伸长率较小高强度精扎螺纹钢筋，减小非弹性变形；同步，在1#节段拱圈混凝土浇筑完毕后，对拱脚处进行二次振捣，消除支架非弹性引起表面裂缝。

②、对斜拉扣锚索在墩柱上锚固点位置，埋设钢板，设立应力分散楔形垫块，同步监控墩顶偏位和墩底应力。

③、对于斜拉扣锚索初拉力拟定原则是保证三角托架承受索力不变形，且墩柱承受水平力尽量平衡原则，采用有限元分析进行拟定，详见下一节支架验算；如果在混凝土浇筑过程中进行索力调节，则施工非常繁琐且很难做到实时调节，更容易引起斜拉索受力不均导致构造受力不明确，故采用一次张拉到位，混凝土浇筑过程中不调索方式。

斜拉支架如下图所示。

图5斜拉支架立面图图6斜拉支架平面图图7斜拉支架扣锚索安装照片4.1.2支架验算采用有限元软件Midas/Civil建立拱圈现浇段斜拉支架模型。

三角支架、横纵向分派梁和交界墩用梁单元模仿，模板用板单模仿，扣锚索用只受拉桁架单元模仿。

重要检查支架变形和应力，墩柱拉应力和偏位，扣锚索索力与否满足规范规定。

如表2所示各计算工况进行分析，计算成果如下。

图8支架计算模型图及成果表2斜拉支架计算工况序号计算工况工况阐明通过midas/civil计算，墩柱偏位、应力等成果如下表3所示：表3支架计算成果表4.2悬浇拱桥挂篮4.2.1悬浇拱桥挂篮设计挂篮作为悬臂法施工重要某些，其设计不但要考虑构造受力，因拱桥挂篮不同于普通梁桥挂篮，普通梁桥挂篮多数在坡度不大桥面上运营，拱桥挂篮则要解决较大坡度上浇筑和行走问题。

因此挂篮构造形式选取将决定施工效率高低。

马蹄河特大桥挂篮采用下承式倒三角挂篮，与木蓬特大桥采用挂篮构造形式形似，但又有所不同，在锚固形式和行走办法得到改进，设计方案整体得到优化。

图9 马蹄河特大桥下承式倒三角挂篮挂篮构造形式重要有平行弦、弓弦式、菱形、三角形式、斜拉式等，不同受力特点决定不同挂篮构造拓扑形式，通过拓扑优化设计分析得到受均布荷载悬臂梁拓扑形状就是三角形，对于斜拉式因刚度比较差，因此三角形主桁构造是最优选取。

挂篮承重形式按承重构造在混凝土上、下分为上承式挂篮和下承式挂篮，其形式关系到挂篮重心高低，重心高低决定了挂篮行走及工作与否平稳。

三角形挂篮支撑方式重要为上承式,但上承式重要用于T型钢构桥、持续梁桥和斜拉桥，对于拱圈构造，存在变角度机构复杂和重心高影响移动等。

通过比较采用主桁布置在拱箱下部下承式，重心底，实践证明了下承式挂篮适合在在拱圈上施工及行走。

挂篮构造受力明确、传力直接，由于节段混凝土重量大，承重构造避免常规挂腿受力，采用锚固系统精轧螺纹钢受力，挂腿仅在挂篮空载时（挂篮行走）受力。

锚固构造作用在已浇筑混凝土节段上，对于挂篮，相称于中支点作用。

考虑到拱圈弧形构造，锚固系统中锚固箱体设计为球铰，解决了拱圈弧形角度对挂篮锚固构造受力影响。

挂篮后支点为顶升千斤顶（行走时为后滑轮），可以调节挂篮倾角满足拱圈线型规定。

重要平衡由悬臂端节段重量对中支点产生弯矩作用。

挂篮行走形式采用持续千斤顶顶推履带小坦克，使挂篮沿拱圈爬行。

持续千斤顶增长动力、减少反力挡块频繁转换，履带小坦克在轨道上滚动迈进，摩擦力小，速度快。

4.2.2悬浇拱桥挂篮运营分析挂篮运营状态重要为浇筑状态和行走状态。

浇筑状态为静轧螺纹钢受力，行走状态为挂腿受力。

挂篮浇筑施工控制变形、应力，行走控制为效率分析。

分别计算典型节段，工况I：3号节段（节段最重且长）砼方量85.2m3，节段重量221.5t，挂篮与水平夹角30.67°；工况II：13号节段（倾角小节段重）砼方量64.3m3，节段重量167.1t，挂篮与水平夹角3.36°。

（1）基于ansys有限元典型工况分析成果图10工况I混凝土作用下挂篮净位移云图图11工况I挂篮整体应力云图图12工况I挂篮整体位移云图图13工况I挂篮整体轴力云图表4 有限元分析典型工况最大应力、应变分析因子最大位置工况I 工况II 最大应力主纵梁与立柱连接处121.4MPa 111.46MPa 最大变形混凝土箱梁端部相应主纵梁位置27.53mm 19.09mm （2）施工监控典型工况分析成果应力监测点为挂篮左、右侧两主纵梁与立柱连接处，变形监测点为挂篮悬臂端左、中、右三点，挂篮变形值=悬臂端浇筑前高程-悬臂端浇筑后高程-拱圈悬臂端自身沉降值。