王 偉，張 朋 崗

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

兩河口水電站密瓦段Ⅶ標(biāo)折多溝大橋?yàn)殇摻罨炷料湫凸皹?，全長183.5 m，上部為主跨110 m的上承式鋼筋混凝土箱形拱。主拱圈凈矢跨比為1/5，凈矢高22 m，拱圈寬6.08 m，全高2.1 m。橋位地處高山峽谷地帶，跨度大(110 m)、高差大(約90 m)，溝底亂石、雜木堆積。若采用傳統(tǒng)的落地式支架法作為主拱圈現(xiàn)澆支撐體系，不僅浪費(fèi)資源，而且技術(shù)安全風(fēng)險(xiǎn)高。經(jīng)研究決定，該橋主拱圈采用強(qiáng)度高、更輕便的常備式鋼拱架做為支撐系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)澆筑主拱圈的目的，筆者詳細(xì)解析了其安拆技術(shù)。

2 施工準(zhǔn)備

(1)吊裝設(shè)備準(zhǔn)備。根據(jù)現(xiàn)場地形、地貌情況及大型拱橋現(xiàn)澆主拱圈施工工藝，在進(jìn)行常備式鋼拱架施工前架設(shè)一套纜索吊裝系統(tǒng)[1]，主要承擔(dān)主拱圈鋼拱架的安裝與拆除、空心板吊裝及鋼筋、模板、混凝土等材料的吊運(yùn)?？紤]到施工過程中需要吊裝物體的最大重量，以右側(cè)邊板空心板(重17.9 t)設(shè)計(jì)纜索吊額定起重量為20 t；吊具重量為1.2 t，沖擊系數(shù)取1.4，因此，在進(jìn)行鋼絲繩、索塔、錨碇等纜索吊各結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全驗(yàn)算時(shí)采用的重量為：(20+1.2)×1.4=29.68(t)。計(jì)算時(shí)按30 t計(jì)。

(2)設(shè)置臨時(shí)拱座。為使主拱圈拱座結(jié)構(gòu)及受力不受鋼拱架支撐影響，在拱座前應(yīng)設(shè)置臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)：臨時(shí)拱座。為保證安全，臨時(shí)拱座宜采用與主體拱座同標(biāo)號混凝土結(jié)構(gòu)，且需設(shè)置在較完整的基巖基礎(chǔ)上。經(jīng)精確測量后，安放了可卸落式臨時(shí)支座并由預(yù)埋入臨時(shí)拱座的限位鋼銷進(jìn)行固定，臨時(shí)支座由16組橋梁專用砂筒活塞構(gòu)成。

(3)合理設(shè)計(jì)鋼拱架[2]。主拱圈內(nèi)弧長度為121.268 m。為便于對拱架上部的線型和高度進(jìn)行調(diào)整，鋼拱架組裝的總弧長應(yīng)略小于內(nèi)弧長度。常備式鋼拱架單片基本的三角長度為4 m，端三角長3 m，故每列需投入28片基本三角和2片端三角，計(jì)算得總弧長為118 m，較為合理。每列橫向間距為0.85 m，共需8列，計(jì)算得總寬度為6.8 m，滿足主拱圈寬度需要。

經(jīng)委托四川交大工程檢測咨詢有限公司，通過采用Midas/civil 2012有限元分析軟件建模，各桿件采用梁單元模擬，全橋共14 134個(gè)單元，在采用螺栓連接處釋放桿件的橫橋向轉(zhuǎn)動(dòng)約束，按照主拱圈混凝土結(jié)構(gòu)加受力驗(yàn)算施工階段，綜合考慮風(fēng)荷載、溫度變化、地震作用等影響因素，分別對鋼拱架在預(yù)壓階段的鋼拱架受力、主拱圈底板及其施工荷載共同作用下與鋼拱架單獨(dú)受力驗(yàn)算；主拱圈底板、腹板、橫隔板荷載作用下受力驗(yàn)算，鋼拱架與底板鋼筋混凝土共同受力；主拱圈頂板荷載作用下鋼拱架與底板及腹板鋼筋混凝土共同受力驗(yàn)算；全部主拱圈及其施工荷載共同作用下受力驗(yàn)算，主拱圈底板、腹板及鋼拱架共同受力；五個(gè)工況下進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3 施工方法

3.1 常備式鋼拱架的安裝方法

在綜合考慮主拱圈跨度、常備式鋼拱架結(jié)構(gòu)性能、現(xiàn)場環(huán)境等因素后，鋼拱架的整體安裝思路[3]為：每列分3段在岸上組裝，纜索吊裝每段就位、空中懸拼合攏；逐列安裝，列與列之間采用專用桿件連接，形成整體。

(1)預(yù)拱度設(shè)置[3]。主拱圈施工期間的彈性撓度由鋼拱架的自重?fù)隙?澆筑第一環(huán)混凝土?xí)r的鋼拱架撓度+澆筑第二環(huán)混凝土?xí)r的鋼拱架撓度+澆筑第三環(huán)混凝土?xí)r的鋼拱架撓度+拆架后的拱肋撓度組成。參考相關(guān)資料，彈性撓度取δ1=25 mm。通過對基本三角(或端三角)上拼裝銷孔的間隙進(jìn)行實(shí)際測量，每個(gè)接頭非彈性變形(銷孔間隙)為0.5 mm，主拱圈統(tǒng)一縱向平面有32個(gè)銷接接頭，則全橋ds=32×0.5=16(mm)；同跨徑時(shí)，由弧長與矢高的變化關(guān)系求得拱架頂部非彈性撓度δ2≈10 mm。由于砂筒安裝前已經(jīng)重物預(yù)壓，故將砂筒壓縮值修正為5 mm，同時(shí)，因現(xiàn)場所采用的墊木木質(zhì)較硬，筆者根據(jù)類似的工程經(jīng)驗(yàn)，將墊木的壓縮量修正為5 mm，得δ3=10 mm。則因恒載、溫度變化、混凝土收縮徐變及拱座水平位移產(chǎn)生的撓度δu=228 mm(設(shè)計(jì)已給定)。

綜合以上所述，取鋼拱架頂部總的預(yù)拱度值δ=δ1+δ2+δ3+δu=273(mm)。

(2)安裝順序。整體安裝順序：從一側(cè)安裝第一列→安裝臨時(shí)抗風(fēng)纜索→安裝第二列→安裝橫向連接及臨時(shí)抗風(fēng)纜索→直至8列安裝完成并安裝抗風(fēng)纜索。

單列安裝順序：分別進(jìn)行岸拱腳段吊裝就位→安裝臨時(shí)抗風(fēng)纜索→拱頂合攏段安裝就位→安裝臨時(shí)抗風(fēng)纜索→同樣方法安裝下一列。

(3)岸上單段組裝。根據(jù)材料剛度及穩(wěn)定性能并綜合考慮吊裝安全要求，單列由3段組裝而成：兩段由2片端三角和9片基本三角組成拱腳段，1段由8片基本三角組成跨中段，采用30 t汽車吊配合人工進(jìn)行組裝。組裝時(shí)，應(yīng)根據(jù)常備式鋼拱架結(jié)構(gòu)的基本受力及工作原理，采用墊木支墊，使每組裝段弧形心向下，不可橫向水平放置或吊裝以避免構(gòu)件變形。

(4)單段吊裝。由于該拱橋位區(qū)域順時(shí)風(fēng)速可達(dá)12級，為減少纜索吊的側(cè)向受力，確保施工安全，將纜索吊設(shè)計(jì)為中間固定式塔鞍，使每列常備式鋼拱架不可能垂直安裝就位。為解決安裝就位問題，該工程采用正吊歪拖施工工藝：① 吊裝前，將鋼拱架吊裝段固定在纜索吊前后兩吊點(diǎn)上，兩吊點(diǎn)距鋼拱架弧長的中心位置大致相等，吊點(diǎn)采用鋼筋環(huán)在其軸線位置進(jìn)行橫向限位，以使鋼拱架吊裝過程保持平衡，同時(shí)，在吊點(diǎn)位置安裝歪拖繩，歪拖繩采用左右兩側(cè)各1根φ21.5鋼絲繩，長300 m；② 在精準(zhǔn)測量放線的基礎(chǔ)上，利用纜索吊將安裝段吊至欲安裝部位的上方，收放起重索進(jìn)行縱向調(diào)整，待其下落至近安裝部位時(shí)，利用兩岸的5 t歪拖慢速卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行橫向調(diào)整，安裝就位。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況計(jì)算得到最大水平偏移：全寬(6.08/2)-列寬(0.52/2)=2.78(m)；最大偏移角度：Cot(最大水平偏移2.78/拱頂距主索高度14.79)≈10°。③ 每段安裝就位后，采用扣索及布置在橋兩側(cè)的8組風(fēng)纜進(jìn)行臨時(shí)固定，風(fēng)纜繩采用2Ф19.5的麻芯鋼索。安裝過程中，風(fēng)纜與地面之間的夾角不大于30°，風(fēng)纜水平投影與橋軸線之間的夾角不小于50°。為減小風(fēng)纜垂度的非彈性影響，風(fēng)纜初張力按5 t控制。

(5)單列合攏[4]。合攏段通過上述正吊歪拖施工工藝就位，通過收放扣索、起重索調(diào)整縱向合攏高度。鋼拱架合攏時(shí)，應(yīng)分別在兩拱腳及合攏連接段處設(shè)臨時(shí)鉸連接，采用鉸拱方式合攏(圖1)，以利于銷孔間隙、砂筒壓縮等非彈性變形產(chǎn)生的鋼拱架附加內(nèi)力的釋放。待合攏完成后，再利用小型倒鏈配合人工連接下弦，完成單列安裝。

(6)逐列安裝形成整體。采用同樣方法繼續(xù)安裝下一列。第二列安裝完成后，在扣繩、吊點(diǎn)牢固的情況下，在1、2列之間安裝完成所有的橫向連接件，以增加鋼拱架整體的穩(wěn)定性；同時(shí)，安裝臨時(shí)纜風(fēng)繩，方法與單列鋼拱架安裝的方式相同。依次安裝，形成拱架整體(圖2)。

圖1 單列合攏示意圖

3.2 常備式鋼拱架拆除的施工方法

圖2 安裝完成效果圖

拱架拆除系利用已經(jīng)成型的主拱圈固定拱架，采用纜索吊配合人工進(jìn)行拆除，基本上按照逆安裝順序分列、分段進(jìn)行。

(1)拱架的卸落條件。當(dāng)主拱圈混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求的支撐體系卸落結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，方可卸落；設(shè)計(jì)無要求時(shí)，可通過建立模型受力分析確定。為保證工程質(zhì)量和施工安全，該橋采用100%混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

(2)卸落量控制。鋼拱架卸落前，采用鋼絲繩進(jìn)行多點(diǎn)臨時(shí)固定，防止鋼拱架突然失穩(wěn)。在卸落鋼拱架時(shí)，只有當(dāng)其達(dá)到一定的卸落量時(shí)，鋼拱架才脫離主拱圈體并實(shí)現(xiàn)力的轉(zhuǎn)移。拱架脫離時(shí)的基本卸落量h=拱圈體彈性下沉量+鋼拱架彈性回升量。通過專業(yè)第三方計(jì)算：h=11.524 cm(未考慮計(jì)入風(fēng)纜初張力和部分非彈性及施工安全等因素)，該橋臨時(shí)支座(活塞式砂筒)實(shí)際設(shè)計(jì)總卸落量為16 cm，大于11.524 cm，滿足卸落要求。

(3)拱架整體分級卸落[5]。拱架卸落是主拱圈和鋼拱架的協(xié)同受力體系向主拱圈獨(dú)自承受結(jié)構(gòu)重量的應(yīng)力轉(zhuǎn)換過程，因此其拆卸量的大小直接影響到主拱圈的受力過程，若卸量過大、速度過快會(huì)使主拱圈應(yīng)力突然增大，可能產(chǎn)生應(yīng)力裂縫等質(zhì)量危害。因此，應(yīng)遵循逐級卸落原則，在鋼拱架卸落過程中，做好監(jiān)控量測工作。卸落鋼拱架時(shí)，應(yīng)先對稱松動(dòng)兩拱腳支座后緣的鑄鋼對口楔塊，再同時(shí)對稱卸落砂筒，使鋼拱架緩慢、均衡下落。設(shè)計(jì)砂筒的總卸落量為16 cm，分8個(gè)落次卸完，每次卸落量為2 cm左右，各個(gè)砂筒每次的卸砂量約為4.4 L。

(4)逐列逐段拆除。拆除鋼拱架時(shí)，將鋼拱架的單列從拱頂分段拆除，每列分5個(gè)吊運(yùn)段，每個(gè)吊運(yùn)段由6個(gè)基本三角(或5個(gè)基本三角和1個(gè)端三角)構(gòu)成。鋼拱架的節(jié)段拆除應(yīng)嚴(yán)格遵循對稱均衡原則，拆除并完成一列后，方可進(jìn)入下一列(圖3)。具體步驟為：①拆除拱段與相鄰幅之間的橫向連接及兩端的連接鋼銷、螺栓；②利用支撐于主拱圈上的倒鏈滑車組，前后對稱、均勻地將鋼拱架下放到一定高度；③轉(zhuǎn)移至天線起吊滑車上吊運(yùn)上岸：當(dāng)拆除段利用支撐于主拱圈上的倒鏈滑車組下放到一定高度后，天線主起吊滑車亦行駛至與拆除段相同的縱向位置，利用轉(zhuǎn)向滑車橫拉主起吊滑車的前后吊點(diǎn)，與拆除段的前后吊點(diǎn)連接；④提升主起吊滑車前后吊點(diǎn)至支撐于主拱圈上的滑車組完全放松后，拆除支撐于拱圈上的該段倒鏈滑車組，通過纜索吊將拆除段運(yùn)輸上岸。對于本列未拆除部分的鋼拱架需利用4道、8根φ21.5鋼絲繩固定上游第四列拱架(該列拱架最后拆除)，以保證其穩(wěn)定性。逐列拆除，直至全部拆除完成。

圖3 逐列拆除示意圖

4 施工控制要點(diǎn)

4.1 安裝施工控制要點(diǎn)

(1) 在纜索吊吊裝鋼拱架前，應(yīng)對纜索吊裝系統(tǒng)進(jìn)行全面的檢查并進(jìn)行試吊，其主要目的是檢驗(yàn)系統(tǒng)的吊重能力是否滿足設(shè)計(jì)要求、系統(tǒng)的安全可靠性及其工作狀態(tài)。根據(jù)纜索吊的設(shè)計(jì)要求，其額定起重量為20 t，直接利用成捆的鋼筋原材作為試吊重物，采用鋼絲繩索將成捆鋼筋捆成整體，通過改變原材鋼筋的數(shù)量以滿足試吊重量要求。根據(jù)《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范》纜索吊機(jī)正式吊裝前應(yīng)進(jìn)行起吊試驗(yàn)[6]，為保證試吊過程安全，現(xiàn)場按60%G(12 t)→100%G(20 t)→125%G(25 t)進(jìn)行分級加載(G為纜索設(shè)計(jì)額定起重力，20 t)。

(2)拱腳處臨時(shí)支座(活塞式砂筒)所用的砂應(yīng)為潔凈的標(biāo)準(zhǔn)砂，砂筒與砂筒活塞之間的空隙應(yīng)用瀝青或黃油封閉，防止雨水或泥水滲入造成砂體板結(jié)，確保后期拱架卸載時(shí)其能順利流出。

(3)考慮到常備式鋼拱架結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性，該橋單列鋼拱架采用3段吊裝空中懸拼施工，每段長度分別為43 m、32 m和43 m，同時(shí)采取了防變形措施：角鋼三角支架。若進(jìn)行其他跨徑條件下的安裝，應(yīng)根據(jù)材料的結(jié)構(gòu)性能及施工需要合理劃分吊裝節(jié)段。

(4)采用正吊歪拖施工工藝吊裝時(shí)，應(yīng)注意歪拖繩的牽引點(diǎn)須固定在拼裝節(jié)段吊點(diǎn)的扣環(huán)上，以防止鋼拱架發(fā)生扭轉(zhuǎn)，使吊裝節(jié)段保持順直狀態(tài)，便于節(jié)段的安裝和合攏施工。

(5)拱腳節(jié)段就位后，扣索應(yīng)通過纜索吊塔鞍固定于后方主錨上，以減少纜索吊主索塔的側(cè)向受力。同時(shí)，在該節(jié)段安裝時(shí)，應(yīng)設(shè)置一定的施工預(yù)抬高值(初步擬定拱腳段為8 cm)，以便于拱頂段的順利安裝和單列合攏。

(6)及時(shí)進(jìn)行每列鋼拱架的互連，以增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，同時(shí)，應(yīng)及時(shí)安裝臨時(shí)抗風(fēng)纜繩，在確保安全穩(wěn)定后方可結(jié)束該列施工。

4.2 鋼拱架拆卸的控制要點(diǎn)

(1)鋼拱架整體卸落時(shí)，應(yīng)遵循逐級卸落的原則，嚴(yán)格控制卸落量；兩側(cè)和同側(cè)應(yīng)均衡卸落，卸落量應(yīng)基本保持一致，可用量杯計(jì)量卸砂量和鋼尺標(biāo)記卸落剛度，防止在卸落過程中鋼拱架橫向傾斜。

(2)在鋼拱架卸落過程中，應(yīng)在兩岸L/4(L為拱橋的凈跨徑，長110 m)及拱頂設(shè)置主拱圈變形觀測點(diǎn)，做好主拱圈的變形觀測工作，及時(shí)反饋信息，確保施工安全。

(3)由于常備式鋼拱架卸落是利用主拱圈進(jìn)行固定，拱架的部分重力將作用于主拱圈上，而拆除過程會(huì)影響到主拱圈的受力，因此，應(yīng)遵循“由小到大、由慢到快”逐塊逐列拆除的原則，嚴(yán)格控制拆除塊的組成與重量。

5 結(jié) 語

折多溝大橋主拱圈采用常備式鋼拱架，有效解決了該橋跨徑大、高差大、安全風(fēng)險(xiǎn)大等施工技術(shù)難題，順利完成了主拱圈現(xiàn)澆混凝土施工，確保了工程質(zhì)量和安全。筆者從常備式鋼拱架安裝和拆除施工的技術(shù)角度出發(fā)闡述了其施工工藝和施工控制要點(diǎn)，并通過實(shí)際案例證明了正吊歪拖空中懸拼施工工藝和逐級卸落分段拆除施工技術(shù)的適用性與可靠性，為大跨徑拱橋常備式鋼拱架安拆施工積累了大量經(jīng)驗(yàn)，可供類似施工條件下拱橋工程的施工參考與借鑒。