田小路

(中鐵十六局集團第四工程有限公司，北京市 100000)

連續(xù)拱橋作為一種造型美觀的橋梁形式，易與周邊景觀相協(xié)調(diào)，是城市橋梁最常用的橋型之一。多跨連續(xù)拱橋建設(shè)中，多跨同時施工往往存在一次投資較大、材料不易周轉(zhuǎn)、落架困難等問題，既不經(jīng)濟又不安全。連續(xù)拱橋單跨施工可以解決上述問題，但產(chǎn)生的水平推力將傳遞給墩臺。為防止單跨施工影響墩臺的安全，傳統(tǒng)做法是將橋墩設(shè)計成制動墩來抵抗水平推力，該文介紹在不設(shè)置制動墩的情況下，主拱圈單跨施工的解決方案。

1 工程概況

龍沖清水河大橋坐落于有“高原橋都”之稱的貴州省黔南布依族苗族自治州州府都勻，跨越清水河。為彰顯城市風(fēng)貌，該橋采用景觀效果較好的上承式鋼筋混凝土連拱結(jié)構(gòu)(圖1)，橋梁全長196 m。橋?qū)?0 m，分左右雙幅，單幅寬18.75 m，中央分隔帶寬2.5 m。

圖1 龍沖清水河大橋效果圖全景

主拱圈為等厚度的鋼筋混凝土板拱結(jié)構(gòu)，標準板厚0.7 m，單幅寬18.7 m，采用C40混凝土，單跨主拱圈混凝土理論用量為580 m3。主拱圈計算跨徑為30 m，矢跨比為1/6，主拱圈理論拱軸線采用懸鏈線。

橋墩采用矩形斷面倒圓角的墻式實體墩，墩身寬18.7 m、厚2.0 m，橋墩承臺厚2.0 m。橋墩樁基采用8根直徑1.3 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，分2排布置，橫橋向樁間距為3.5 m，縱橋向樁間距為5.7 m。

橋臺采用重力式橋臺，背墻臺前側(cè)為階梯狀，承接邊跨主拱、腹拱，臺后側(cè)按1∶4放坡。橋臺基礎(chǔ)采用擴大基礎(chǔ)，橋臺基礎(chǔ)厚2.5 m，臺后設(shè)止推板。

2 主拱圈施工方案比選

連續(xù)拱橋主拱圈多跨同時施工，模板支架一次投入量大，重復(fù)利用率低，成本較高；主拱圈混凝土澆筑完成后，多跨一次性落架困難。主拱圈單跨施工可以實現(xiàn)流水作業(yè)，能夠大大減少模板支架等周轉(zhuǎn)材料的投入，施工成本能夠得到有效控制；主拱圈混凝土澆筑完成后，單跨可以實現(xiàn)落架，但按照此種方法施工，應(yīng)考慮水平推力對橋墩的影響，特別是橋墩不是按制動墩設(shè)計時，橋墩的受力需要進行詳細計算。

拱橋主拱圈支架法現(xiàn)澆分為整體現(xiàn)澆和分段現(xiàn)澆兩種施工工藝。根據(jù)文獻[1]的規(guī)定，主拱圈整體現(xiàn)澆和分段現(xiàn)澆的分界點為跨徑16 m。當(dāng)主拱圈跨徑小于16 m時，采用整體澆筑的辦法進行施工；當(dāng)主拱圈跨徑大于或等于16 m時，或受力較為復(fù)雜時，采用分段澆筑的辦法進行施工。

根據(jù)龍沖清水河大橋的設(shè)計情況，經(jīng)過綜合考慮，該橋決定采用單跨分段、對稱澆筑的施工方案。

3 主拱圈施工方案

龍沖清水河大橋主拱圈采用支架法現(xiàn)澆施工?？傮w施工順序是先施工西岸左幅邊跨，之后向東岸逐跨推進施工。左幅施工完成后，右幅由東岸向西岸逐跨施工。支架預(yù)壓完畢后方可進行主拱圈模板安裝及鋼筋綁扎，單跨主拱圈混凝土縱向分成4段，由兩側(cè)拱腳對稱向拱頂澆筑，并在分段之間設(shè)置1 m寬合龍段，具體分段情況見圖2。

圖2 主拱圈單跨分段澆筑示意圖(單位：cm)

單跨主拱圈混凝土澆筑順序如下：

(1) 對稱澆筑主拱圈混凝土第一節(jié)段，每節(jié)段水平投影長度700 cm。

(2) 對稱澆筑主拱圈跨中兩節(jié)段混凝土，每節(jié)段水平投影長度650 cm。

(3) 對稱澆筑主拱圈拱腰間隔槽混凝土，水平投影長度100 cm。

(4) 澆筑主拱圈拱頂間隔槽混凝土，水平投影長度100 cm。

4 抗推體系設(shè)計

4.1 橋墩抗推體系確定

主拱圈單跨施工過程中，會對墩臺產(chǎn)生豎直及水平方向的作用力，豎直方向的作用力由墩臺承受，水平方向的作用力則需采取特殊措施進行平衡，設(shè)置抗推制動墩、傳力板和體外預(yù)應(yīng)力索是常用的方法。

龍沖清水河大橋橋臺抗推設(shè)計比較保守，采用重力式橋臺+擴大基礎(chǔ)+臺后止推板的方式抵抗拱腳推力。橋墩雖未按制動墩進行設(shè)計，但采用了雙排樁基礎(chǔ)，提高了橋墩的抗推剛度，也具有一定的抗推能力。通過對橋墩受力特點詳細分析，最終確定在墩臺間設(shè)置縱向臨時系桿來抵消單跨主拱圈施工對橋墩的水平推力。

4.2 橋墩抗推體系計算

4.2.1 水平推力計算

為確定主拱圈單跨施工時產(chǎn)生的水平推力，選取一跨主拱圈(30 m)建立模型。經(jīng)過工況分析，在主拱圈支架落架后，橋墩承受的水平推力最大。運用有限元軟件Ansys建立單跨主拱圈的實體模型，混凝土采用實體單元(Solid65)模擬，共劃分為1 179個單元，3 854個節(jié)點，兩端拱腳位置固結(jié)，受力僅考慮主拱圈自重。主拱圈有限元實體模型如圖3所示。

圖3 主拱圈有限元實體模型

提取主拱圈一側(cè)約束反力(右側(cè))，得到拱腳處產(chǎn)生的最大豎向力為6 960 kN，最大水平推力為8 593 kN。

4.2.2 臨時系桿計算

由表1可以推算：在主拱圈支架落架后，精軋螺紋鋼筋需承受的最大拉力為586.2 kN，未超過667.5 kN，有一定的安全儲備，滿足施工要求。

表1 節(jié)點反力

5 臨時系桿施工

(1) 臨時系桿安裝

精軋螺紋鋼筋單根定尺長度為9 m，臨時系桿需分段安裝，中間接頭采用YGL-32連接器連接。在墩身混凝土澆筑前，根據(jù)精軋螺紋鋼筋位置預(yù)埋PVC管道及錨墊板。

臨時系桿是施工階段結(jié)構(gòu)安全的保證，受力大且工作時間較長。在施工過程中，為減少精軋螺紋鋼筋的損傷，安裝前將精軋螺紋鋼筋套入到鋼管中予以保護。主拱圈支架拆除時，保留部分支架支撐臨時系桿。

(2) 臨時系桿緊固

主拱圈的總體施工順序宜選擇在邊跨開始，臨時系桿的一端預(yù)埋在橋臺混凝土里，另一端固定在橋墩上。為了消除非彈性變形，對臨時系桿在橋墩側(cè)進行單向初張拉，張拉力為50 kN。張拉順序從中間兩根開始，之后向兩側(cè)對稱同步進行。邊跨主拱圈施工完畢后，下一跨的臨時系桿用連接器進行接長，之后重復(fù)上述步驟直到最后一跨施工前。最后一跨主拱圈施工產(chǎn)生的水平推力由橋臺承受，中間無需設(shè)置臨時系桿。

(3) 臨時系桿放張與拆除

連續(xù)拱橋主拱圈全部施工完成后，臨時系桿的放張采用千斤頂對稱同步放張的方式。臨時系桿完全拆除后，墩身上的孔道用留有壓漿孔的鋼板與預(yù)埋的錨墊板焊接密封，然后壓入不低于墩身混凝土強度的水泥漿。

6 施工監(jiān)測

6.1 橋墩監(jiān)測

主拱圈施工期間，對每個橋墩的狀態(tài)采用自動化連續(xù)監(jiān)測。選擇橋墩傾角作為自動監(jiān)測項目，采用雙軸傾角儀監(jiān)測橋墩橫橋向以及順橋向傾角的變化，傾角儀安裝在墩頂與墩底(圖4)，每個橋墩安裝8個。為提高數(shù)據(jù)的準確性，對每個傳感器安裝溫度測點，對實測數(shù)據(jù)進行溫度補償。現(xiàn)場設(shè)置采集站對傳感器的采集及傳輸進行控制，數(shù)據(jù)通過無線傳輸技術(shù)，經(jīng)由公共互聯(lián)網(wǎng)由遠程數(shù)據(jù)服務(wù)器進行存儲與管理。

圖4 傾角儀布置示意圖

實測數(shù)據(jù)顯示：連續(xù)拱橋在單跨施工過程中，最大傾角變化發(fā)生在順橋向的頂部，其值換算成水平位移為4.2 mm，表明臨時系桿發(fā)揮了抵抗推力的作用，減少了橋墩的順橋向變形，同時也表明單跨拱圈混凝土對稱澆筑的施工方案得到很好的執(zhí)行，減少了橋墩的橫橋向變形。

6.2 臨時系桿監(jiān)測

在橋墩張拉側(cè)安裝壓力傳感器進行臨時系桿的張拉力監(jiān)測，監(jiān)測設(shè)備采用JMZX-3106智能弦式數(shù)碼壓力傳感器及配套的JMZX-2006綜合測試儀。由于監(jiān)測點位密集，選擇邊跨測試結(jié)果進行臨時系桿張拉力的監(jiān)測和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。工況分為初張拉、邊跨主拱圈施工完畢后、次邊跨主拱圈施工完畢后3個階段，具體結(jié)果見表2。

從表2可以看出：邊跨主拱圈對橋墩的水平推力由縱向臨時系桿來承受，但張拉力值與表1相比明顯偏小，說明橋墩也具有一定的抗推能力。次邊跨主拱圈施工完畢后，壓力傳感器顯示臨時系桿張拉力基本回到初張拉時的力值，說明次邊跨主拱圈對橋墩的水平推力由臨時系桿傳遞到下一個橋墩張拉端，邊跨橋墩處于平衡狀態(tài)。

表2 臨時系桿張拉力

7 其他注意事項

(1) 主拱圈澆筑前，橋臺后填土要求完成100%(包括止推板上填土)，橋臺后填土用山場碎石和山場碎石土分層夯實，每層厚度30 cm，應(yīng)嚴格控制填筑速率，填土密實度要求≥96%。

(2) 主拱圈的線形為懸鏈線，單側(cè)每個部位的坡度不一樣，所以對混凝土的性能要求也不同?；炷林械乃鄳?yīng)選用水化熱較小的水泥，并添加防止收縮的摻和料，同時優(yōu)化混凝土的配合比，以滿足施工時混凝土的坍落度和擴散度要求。

(3) 主拱圈混凝土在澆筑及振搗時，會順著底板而下滑。為了保證主拱圈的澆筑質(zhì)量及外形尺寸，在主拱圈的設(shè)計截面頂面，根據(jù)斜率變化間隔設(shè)置壓板。待混凝土澆筑完壓板部位后，及時進行混凝土表面整平。應(yīng)保證拱圈澆筑的連續(xù)性，避免形成冷縫，導(dǎo)致混凝土的整體性及局部強度降低。

(4) 跨中合龍段混凝土選擇在當(dāng)天最低氣溫，并且氣溫正在回升時澆筑。合龍段底模應(yīng)在最后鋪設(shè)，以避免底模產(chǎn)生波浪狀變形。

(5) 主拱圈養(yǎng)護完成后按照少量、對稱的原則拆除支架，先從每跨中間拆除→再從每跨1/4處拆除→最后拆除每跨支點支架，隨后支架移至下一跨處，準備該跨主拱圈的施工。

8 結(jié)語

多跨連續(xù)拱橋在沒有設(shè)置制動墩的情況下，通過在墩臺間設(shè)置臨時系桿，抵消了主拱圈單跨施工時產(chǎn)生的水平推力，使全橋得以單跨逐跨施工，實現(xiàn)了支架的多次周轉(zhuǎn)。龍沖清水河大橋采用該方法進行主拱圈施工，只投入了3跨支架，與原施工方案相比，節(jié)約成本205.43萬元，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益，同時也對以后設(shè)計和施工連續(xù)拱橋具有很好的借鑒意義，社會效益顯著。