峡谷桥梁施工技术研究
2016-12-26
1 工程概况
上承式钢筋混凝土箱形拱桥跨越深山峡谷，全长405.4m，桥宽10m，桥面距离水面高137.4m。桥跨布置为5×20m+228m+3×20m，主拱净跨204.959m，净矢高f0=51.227m。拱上采用实心变截面双柱式桥墩，最大高度为48m，桥面由18孔跨径12.66～12.68m的预应力空心板梁组成。设计荷载为汽-超20，验算荷载为挂车-120。抗震按Ⅶ度设防。桥位处为山区深切河谷地形，山体坡度达到70～80°。
2工程特点
主拱采用单箱三室断面形式，宽8m、高3m，其中标准段边室宽2.5m，中室宽3m，腹板、顶板、底板厚均为25cm。拱脚0号节段为实心段，①节段设置拱箱内加厚过渡段。主拱肋共分19个节段，其中0号、0′节段为现浇，其他均为预制吊装施工，最大节段长16.01m，吊重达118t。拱上结构为现浇，桥面预应力空心板采用缆索吊机安装。两边箱室的主拱肋设计为节段预制，缆索吊机安装，扣锚索悬臂拼装的施工方案。两边箱室单独合龙后现浇中室顶板和底板，形成单箱三室的整体拱圈结构。主拱肋预制节段的干接头采用剪力键形式。斜拉扣锚索采用预应力钢绞线锚固系统。
本桥设计施工有以下3个特点：
2.1 采用斜拉扣锚索悬臂架设的钢筋混凝土箱形拱桥为国内最大跨度，世界第2位。
2.2 箱形拱肋采用长线法分节段预制，腹板和底板为剪力键的干接头形式。
2.3 采用130t缆索吊机作为吊装施工机械。
3 拱肋施工方案
3.1 130t缆索吊机设计施工
缆索吊机系统主要由主塔、承重主索、后锚碇、牵引系统、起重系统、通风缆锚固系统等组成。缆索吊机布置为：(120+228+84)m，两岸塔顶高程均为258.0m，设计吊重为1300kN。
3.1.1 承重塔架：承重缆索塔架(高20m)通过铰座支撑在索塔顶上，索塔塔架(高18m)固结支承在过渡墩帽梁顶上(高60m)，所有塔架均由万能杆件组拼而成，缆塔塔顶设有索鞍横移滑道。
3.1.2 承重主索：主索采用2组4<60mm钢丝绳，主索最大垂度f=21.7m，垂跨比f/L=1/10.5；空索安装张力49kN/根，相应垂度14m，垂跨比1/16。
3.1.3 起重索：起重索采用<26mm钢丝绳走8布置；起重卷扬机选用10t慢速卷扬机，4台卷扬机均布置在宁德岸。
3.1.4 牵引索：牵引系统由2台15t慢速卷扬机和2根<32.5mm钢丝绳及若干转向滑轮组成，卷扬机布置在宁德岸；牵引索采用闭合回路，按走2布置。
3.1.5 缆风索：鞍座缆风系统由通风索和后背索组成，采用4根<47.5mm钢丝绳。塔架缆风系统由2组2<26mm钢丝绳及其锚碇组成，分八字形布置，以抵抗塔架纵、横向水平荷载，控制塔顶位移。
3.1.6 锚固系统：缆索吊机后锚布置在0号和9号桥台后，为预应力岩锚结构，主要用来锚固承重主索、后背索。
3.2拱肋半长线法预制施工
边箱拱肋的预制采用长线法进行施工，但由于场地和龙门吊机高度等限制，难以采用一条线预制台座，施工中采用分段设置台座，具体方案为①-②-③、③-④-⑤、⑤-⑥-⑦、⑦-⑧-⑨，采用4段长线法预制台座布置(见图1)，每个台座的矢高(或弦高)只有1.5m左右，方便了预制时钢筋、混凝土浇注等施工操作，同时也方便拱肋吊装作业。
预制台座根据监控、设计提供的拱肋线形控制要求施工，在施工过程中，用全站仪每2m一个点精确放线。首先预制①-②-③、⑦-⑧-⑨，再将预制好的③、⑤、⑦等节段吊移至另一台座上，并按拱轴线线形进行定位，再浇注与之相连的④、⑥拱肋节段。主拱肋的存放、起吊设备为2台65t龙门吊机。
3.3拱肋拼装
3.3.1拱肋吊装
拱肋吊装顺序如下：安装上游①、①′号节段→横移缆索吊机→安装下游①、①′节段→横移缆索吊机→安装上游②、②′、③、③′节段→横移缆索吊机→安装下游②、②′、③、③′节段→安装上、下游抗风撑架→横移缆索吊机→对称安装上游④～⑧、④′～⑧′及⑨节段合龙→横移缆索吊机→对称安装下游④～⑧、④′～⑧′及⑨节段合龙。
3.3.2拱肋节段运输及掉头
梁场及台座沿河流方向布置，拱段由2台60t运梁平车运至缆索吊底下，与缆索吊起吊配合进行转弯调头处理。具体方法为：待架位置为宁德岸―――前钩起吊前端，待架位置为屏南岸-前钩起吊后端。
3.3.3拱肋吊装空中对接处理
(1)利用缆索吊机将拱肋吊运到距离待架位置0.5～1m的位置，暂停移动，进入微调区域。吊运过程中，拱肋起吊高度应高过已安装节段前端1～2m，以防撞击已架拱段。
(2)待拱肋稳定后，缓慢下降至安装高度，纵向微调到拼接接头间隙为0.3m左右。
3.4扣锚索体系设计施工
扣锚索体系由扣索、锚索和索塔3部分组成，扣锚索采用<15.24、1860MPa的钢绞线，索塔由主桥5号和6号过渡墩及其上部钢塔组成，索塔为采用万能杆件组拼而成的桁架结构，横桥向宽14m，纵桥向宽2.56m，高18m，塔底与过渡墩盖梁固结，顶部横梁由型钢焊接而成。
K1～K4扣锚索锚固在过渡墩墩身和盖梁上，K5～K8扣锚索锚固在索塔顶，扣锚索在墩身、盖梁和索塔顶临时搭设的张拉平台上进行张拉。
扣锚索最大索力为2300kN，最小索力为650kN，根据索力大小，K1、K2、K3扣(锚)索采用2组5-<15.24钢绞线，K4～K6扣(锚)索采用2组7-<15.24钢绞线，K7、K8扣(锚)索采用2组11-<15.24钢绞线，单根钢绞线张拉力65～104kN，破断安全系数K≥3。K1～K4扣锚索张拉端设置在过渡墩墩身和盖梁侧面，在墩身和盖梁施工的同时，按扣锚索设计角度埋设锚垫板和波纹管，设置张拉槽，拱肋合龙，扣锚索拆除后，用同标号混凝土将张拉槽抹平。K5～K8扣锚索张拉端设置在索塔顶，采用型钢焊接而成的锚梁进行锚固。张拉采用4台YCW250B千斤顶同步分级进行，张拉时控制扣锚索张拉力和塔顶偏位，最大不平衡水平力100kN，索塔顶最大纵向控制位移为30mm，索塔顶最大横向控制位移为20mm。
4 施工中的关键技术
4.1 斜拉扣索锚索施工
本桥扣锚索均采用<15.24、1860MPa的钢绞线，分别布置在过渡墩的两侧。扣索锚固端设在拱肋节段上，采用扎花锚，根据拱肋拼装角度平行分散预埋，预留长度0.8～1.2m，采用单孔连接器接长。锚索根据地形情况分散锚固。L1、L2锚索锚固于山体岩锚上，锚索与岩锚采用多孔连接器连接。L3～L8锚索则锚固于0号、9号后承台上，亦采用扎花锚，单孔连接器连接。扣锚索张拉端均在过渡墩或索塔架锚梁上，采用多孔工具锚锚固。
4.2 ①及①′节段拱肋架设
①、①′拱肋节段安装位置正确与否，直接关系到其他拱肋节段的架设精度。本桥①与0号、①′与0′号拱肋节段之接头采用现浇60cm湿接缝连接，施工中采用2个“Z”形钢结构挂架支撑下端，前端由K1扣索拉锚。①块安装除注意轴线、标高外，应特别注意①块的侧扭和前端点里程。对扣锚好的①块及时焊接钢筋，湿接头采用高标号、早强混凝土。只有湿接头混凝土强度达到80%时，才能进行下一节段的安装工作。
5 结语
现在桥梁工程已顺利实施完成，施工实践证明，该桥施工组织方案、关键部位的施工工艺都是可行的，在施工条件极其艰苦、大型施工机械完全无法使用的情况下，做到了快速施工，大桥实际工期仅10个月；大跨度钢筋混凝土箱形拱桥采用缆索吊装、斜拉扣挂方案是科学的、合理的，是安全可靠的，在类似工程的施工中可以借鉴。
