混凝土箱肋拱在橋梁轉(zhuǎn)體中的應(yīng)用

伍屹立 王 宏

1 工程概況

珍珠大橋位于務(wù)川—彭水公路，跨越洋岡河，橋面到水面的垂直高差為110 m，全長(zhǎng)137.7 m，橋梁寬度為12.5 m。本橋?yàn)閮艨?20 m的鋼筋混凝土箱形截面懸鏈線拱，拱軸系數(shù)為 m=1.756，矢跨比1/7，成橋時(shí)拱頂設(shè)預(yù)拱度 24 cm，并沿縱向按二次拋物線分布，拱圈及拱座采用C50混凝土。

2 施工方案

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)由下述幾個(gè)部分組成，見(jiàn)圖1。

2.1 鋼筋混凝土拱肋

單箱單室的鋼筋混凝土拱肋，混凝土強(qiáng)度為C50，拱肋采用液壓自爬模施工，每個(gè)節(jié)段的長(zhǎng)度為4.0 m～4.5 m(水平距離為4 m)。橋臺(tái)以下部分的拱肋依靠拱腳后方的巖石澆筑，橋臺(tái)以上的拱肋在空中豎向澆筑。

轉(zhuǎn)體拱肋的理論重量為630 t，理論轉(zhuǎn)體角度為71.745°。

2.2 旋轉(zhuǎn)鉸

旋轉(zhuǎn)鉸是確保拱肋轉(zhuǎn)體順利進(jìn)行的主要機(jī)構(gòu)之一，其加工精度和安裝精度直接影響著轉(zhuǎn)體過(guò)程的平穩(wěn)、順暢，以避免轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)過(guò)大的振動(dòng)，另外還決定了兩岸拱肋的橫橋向合龍精度。

2.3 扣索

扣索是拱肋轉(zhuǎn)體過(guò)程中的主要受力桿件，是拱肋下放過(guò)程中的安全保證。在轉(zhuǎn)體的初期(牽引階段)，扣索和牽引索一起確保拱肋的轉(zhuǎn)體和受力安全;在轉(zhuǎn)體的后期(下放階段)，扣索單獨(dú)承擔(dān)拱肋的重量，并與臨時(shí)扣索一起確保拱肋的受力安全。

扣索由4束 22φ 15.24的鋼絞線組成，施工過(guò)程中的最大理論扣索索力為7 710 kN，每根鋼絞線的平均最大索力為87.6 kN，其理論安全系數(shù)為3。扣索單根鋼絞線的索力要求不小于10kN。扣索的初始理論長(zhǎng)度(未計(jì)張拉工作長(zhǎng)度)為70 m，旋轉(zhuǎn)到位時(shí)的理論長(zhǎng)度為114.3 m。

2.4 牽引索

牽引索是拱肋轉(zhuǎn)體初期的主要?jiǎng)恿Γ彩谴穗A段拱肋受力安全的保障。牽引索的索力必須與拱肋狀態(tài)角度及扣索索力相適應(yīng)，以確保拱肋安全順利地實(shí)施轉(zhuǎn)體。同時(shí)，在轉(zhuǎn)體初期，牽引索的索力還應(yīng)兼顧使扣索索力不小于規(guī)定的最小值，以確保扣索在低應(yīng)力狀態(tài)下的錨固安全。

牽引索由 1束 10φ 15.24的鋼絞線構(gòu)成，轉(zhuǎn)體過(guò)程中，牽引索的最大索力為1 220 kN，每根鋼絞線的平均最大索力為122 kN，其理論安全系數(shù)為2.1。扣索的初始理論長(zhǎng)度(未計(jì)張拉工作長(zhǎng)度)為148 m，旋轉(zhuǎn)到位時(shí)的理論長(zhǎng)度為142 m。在整個(gè)轉(zhuǎn)體過(guò)程中，牽引索的空間角度基本不變，因此不設(shè)轉(zhuǎn)向裝置。

2.5 臨時(shí)扣索

臨時(shí)扣索就是為了改善拱肋在混凝土澆筑過(guò)程中的這種受力狀態(tài)而設(shè)置的。另外，臨時(shí)扣索的設(shè)置還提高了拱肋在整個(gè)混凝土澆筑過(guò)程中的抗風(fēng)穩(wěn)定性。

臨時(shí)扣索由2束5根φ 15.24的鋼絞線組成，在拱肋澆筑至7a號(hào)橫隔板時(shí)張拉，張拉數(shù)值為150 kN(每根鋼絞線1.5 kN)，拱肋澆筑完畢時(shí)其索力達(dá)到最大值，為230 kN。在轉(zhuǎn)體扣索安裝完畢并進(jìn)行初張拉后，臨時(shí)扣索解除。

2.6 臨時(shí)系桿

在澆筑和轉(zhuǎn)體的早期階段，拱肋基本處于直立狀態(tài)，此時(shí)的拱肋可以通過(guò)調(diào)整臨時(shí)扣索、扣索以及牽引索等纜索的索力來(lái)保證安全。隨著轉(zhuǎn)體角度的加大，拱肋受力逐漸變成以自重作用下的正彎矩為主。此時(shí)，臨時(shí)扣索和牽引索已失去作用并已解除，系統(tǒng)成為完全依靠扣索扣掛拱肋的靜定結(jié)構(gòu)，扣索索力的大小完全取決于系統(tǒng)自身的平衡而不能人為調(diào)整。逐漸加大的拱腹拉應(yīng)力成為拱肋受力安全的關(guān)鍵，臨時(shí)系桿就是為了減小這種拉應(yīng)力而設(shè)置的。

臨時(shí)系桿由3束6φ 15.24的鋼絞線組成，在拱肋轉(zhuǎn)體進(jìn)行至21.5°時(shí)張拉位于中間的一束，張拉力為800 kN;當(dāng)拱肋轉(zhuǎn)體進(jìn)行至32°時(shí)，張拉其余的 2束臨時(shí)系桿，張拉力均為800 kN。

在拱肋合龍后，臨時(shí)系桿按規(guī)定程序與扣索一起交替解除。

2.7 扣索轉(zhuǎn)向鞍座

扣索轉(zhuǎn)向鞍座設(shè)于拱肋后方地面以上一定高度的轉(zhuǎn)向鞍座定位架上。其位置根據(jù)拱肋轉(zhuǎn)體的初始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)的扣索方位確定。根據(jù)施工單位的原有材料，本橋的轉(zhuǎn)向鞍座設(shè)計(jì)成一系列的滾輪組。一根鋼絞線通過(guò)與9個(gè)滾輪的接觸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。滾輪安裝在輪軸上，輪軸直徑為120 mm，長(zhǎng)度為700 mm，每一根輪軸上安裝22個(gè)滾輪，與每束扣索的22根鋼絞線相對(duì)應(yīng)，見(jiàn)圖2。

2.8 扣索張拉臺(tái)座

扣索張拉臺(tái)座是一嵌固于巖石中的鋼筋混凝土板樁，需要能夠承受扣索最大張拉力(750 t)的作用。考慮摩擦力等不利因素，作用于扣索張拉臺(tái)座上的索力按1 000 t計(jì)算。務(wù)川岸由于一側(cè)路基懸空，沒(méi)有合適的巖石地基，因此采用開(kāi)口的箱形截面基礎(chǔ)。

2.9 鋼絞線

用于轉(zhuǎn)體下放的φ 15.24鋼絞線有左捻和右捻兩種規(guī)格，數(shù)量各一半。

3 主要施工步驟

1)按設(shè)計(jì)要求開(kāi)鑿拱座，完成鉸座、鉸軸、拱腳勁性骨架以及鉸軸防脫臼裝置的施工，鋼管勁性骨架內(nèi)填充混凝土。2)拱座后背的處理及拱肋的澆筑。3)轉(zhuǎn)向架及其張拉臺(tái)座、牽引索張拉臺(tái)座的施工。4)張拉臨時(shí)扣索，張拉扣索中的2號(hào)、3號(hào)束中的10根鋼絞線共150 kN。5)拱肋澆筑完畢，拆除爬模。6)安裝轉(zhuǎn)體扣索，張拉扣索中的1號(hào)，4號(hào)束中的18根鋼絞線共230 kN。7)拆除臨時(shí)扣索。8)再?gòu)埨D(zhuǎn)體扣索至300 kN。9)張拉牽引索至1 100 kN。10)利用放松扣索→張拉牽引索→再放松扣索→再?gòu)埨瓲恳鳌h(huán)往復(fù)，使拱肋實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)體。除極個(gè)別步驟外，牽引索的張拉行程控制在19 cm以內(nèi)。11)當(dāng)拱肋旋轉(zhuǎn)至16.25°時(shí)，拆除已完全松弛的牽引索。12)當(dāng)拱肋旋轉(zhuǎn)至 21.45°時(shí)，扣索由1號(hào)、4號(hào)束的18根鋼絞線轉(zhuǎn)換到2號(hào)、3號(hào)束的44根鋼絞線。此時(shí)的扣索索力為1 414 kN。13)當(dāng)拱肋旋轉(zhuǎn)至21.45°時(shí)，在更換扣索的同時(shí)張拉3束臨時(shí)系桿中的2號(hào)束，張拉力為800 kN。張拉臨時(shí)系桿和更換扣索可獨(dú)立進(jìn)行，沒(méi)有同步要求。14)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)拱肋至32°時(shí)，張拉1號(hào)、3號(hào)臨時(shí)系桿，每束各張拉800 kN(對(duì)稱進(jìn)行)。15)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至合龍高程。16)用同樣的方法施工控制對(duì)岸的拱肋，使兩岸拱肋就位高程一致。

4 拱肋轉(zhuǎn)體到位后的工作要點(diǎn)

1)在晚間對(duì)體內(nèi)勁性骨架進(jìn)行合龍，以保證焊接過(guò)程的安全。2)在合龍段混凝土澆筑前將勁性骨架上平聯(lián)合龍，以保證合龍段混凝土的安全。3)體內(nèi)勁性骨架合龍完畢后將扣索索力提高830 kN，此時(shí)的扣索出索量為40 mm，兩岸可不同步操作。4)合龍段混凝土澆筑完畢后，嚴(yán)格按照原控制參數(shù)總表中的第89步～95步進(jìn)行操作。5)第90步為2號(hào)、3號(hào)扣索索力的部分放松，放松參數(shù)為:每束扣索索力減小 668 kN，2束一共放松1 336 kN。此時(shí)2號(hào)、3號(hào)扣索的進(jìn)索量為 120 mm，以進(jìn)索量控制操作。6)對(duì)其兩岸拱座旋轉(zhuǎn)鉸恢復(fù)鋼筋安裝離模澆筑與拱肋、拱座同等強(qiáng)度的C50混凝土。

5 結(jié)語(yǔ)

珍珠大橋負(fù)角度豎轉(zhuǎn)施工工藝于2007年7月3日～7月8日(上游)和2007年9月8日～9月12日(下游)成功轉(zhuǎn)體到位。4個(gè)拱肋轉(zhuǎn)體過(guò)程扣索索力及進(jìn)索量實(shí)際測(cè)量值與理論值相差很小，扣索的放索控制精度控制達(dá)到預(yù)先的要求。理論值與實(shí)際測(cè)量值誤差在10%以內(nèi)，從各拱肋上下緣應(yīng)力來(lái)看所測(cè)的拉、壓應(yīng)力都大大低于規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，因而在整個(gè)施工過(guò)程中，拱肋的受力是安全的，而且有很大的安全儲(chǔ)備。從以上的綜述可以看出，該箱肋拱轉(zhuǎn)體施工方法新穎，為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)并實(shí)施，在國(guó)內(nèi)無(wú)施工經(jīng)驗(yàn)可詢等情況下成功轉(zhuǎn)體為以后在山區(qū)高深U形峽谷建設(shè)橋梁積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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