滬杭高速鐵路大跨度自錨式轉(zhuǎn)體拱橋現(xiàn)澆膺架施工

■ 王秋會 蘇國琳

1 工程概況

滬杭高速鐵路是國家鐵路規(guī)劃中滬杭甬高速鐵路的重要組成部分。跨石大公路，采取自錨式轉(zhuǎn)體拱橋，孔跨組成為（88+160+88）m，為上承式拱橋（見圖1）。拱肋采用拋物線形，矢跨比為1/6。邊、中跨拱肋拱頂截面高4 m，拱腳截面高6 m，拱肋橫向?qū)?.5 m，采用單箱室截面。拱肋上設(shè)置3個拱上立柱，支承（20+22+22+20）m連續(xù)梁，為配合拱肋曲線變化，連續(xù)梁邊跨截面高度上采用變截面，梁端截面高4 m，跨中截面高3 m，連續(xù)梁與拱肋結(jié)構(gòu)分離。由于該橋處于軟基地區(qū)，施工采用平行既有公路搭設(shè)膺架現(xiàn)澆拱圈及拱上結(jié)構(gòu)，再水平轉(zhuǎn)體、合龍的施工方法，支架現(xiàn)澆位置及平轉(zhuǎn)見圖2。

2 支架

根據(jù)拱圈結(jié)構(gòu)形式、同類橋梁施工經(jīng)驗及現(xiàn)場實際，初步選取較合理、安全的支架形式為碗扣支架和梁式膺架方案。

2.1 支架方案比較

主要從地質(zhì)情況、施工成本及周期、施工環(huán)境及支架受力等方面對2種支架方案可行性進(jìn)行比較分析。

（1）地質(zhì)情況。該橋址處土質(zhì)自上而下依次為1～3 m填筑土、19～26 m淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、6～16 m粉質(zhì)黏土及凝灰?guī)r、強風(fēng)化凝灰?guī)r層等。且該土質(zhì)局部偶有松軟淤泥夾層，承載力及穩(wěn)定性較差。因此，不宜采用碗扣支架。

（2）施工成本及周期。采用“滿堂紅”碗扣支架需大面積做復(fù)合地基和地基換填處理，費用較高，工期較長。因此，不宜采用碗扣支架。

（3）施工環(huán)境。在主橋2#墩位置處，有公路通過，車流量較大，且該處地埋管線較多，地基處理困難。必須采用梁式支架，既能確保公路行車凈空，又避免拆移管線地基處理等。因此，必須采用梁式膺架。

（4）支架受力。拱角推力較大，對碗口斜撐設(shè)置及搭設(shè)質(zhì)量均有較高要求，質(zhì)量安全較難保證，故采用受力較明確的梁式支架體系。因此，不宜采用碗扣支架。

綜上所述，施工選擇貝雷梁膺架方案。

2.2 支架形式

支架設(shè)置原則：（1）滿足結(jié)構(gòu)要求，即能準(zhǔn)確形成拱橋線形，且在施工時結(jié)構(gòu)變形不能超過規(guī)范要求；（2）滿足施工安全要求，即必須對支架安全性進(jìn)行檢算。

2.2.1 支架結(jié)構(gòu)及細(xì)部處理

主拱肋支架形式見圖3。基礎(chǔ)采用鉆孔樁加承臺，承臺上設(shè)置φ630 mm×10 mm鋼管立柱支撐，鋼管內(nèi)填充細(xì)砂，距離鋼管頂1m范圍內(nèi)灌注混凝土，以提高鋼管立柱頂端局部剛度。

考慮拱肋隔板及拱上立柱混凝土重量集中的不利作用，A墩各鋼管內(nèi)部灌注C30混凝土，使其成為鋼管混凝土組合截面參與受力。橫梁采用幾何線形相匹配的異型鋼筋混凝土帽梁形式。帽梁上安裝型鋼支座，貝雷梁沿順橋向安裝在型鋼支座上，每跨端部上下弦桿與預(yù)埋于帽梁內(nèi)的耳板銷接，形成多跨連續(xù)梁式桁架支架。

2.2.2 拱肋弧線調(diào)整

拱肋弧線采用在貝雷梁頂縱向設(shè)置調(diào)弧方木進(jìn)行調(diào)整。沿橫橋向鋪設(shè)15 cm×15 cm方木，方木根據(jù)腹板、隔板及底板等不同部位分別采取25 cm及40 cm的不同間距設(shè)置；方木上鋪設(shè)12 mm厚竹膠板作為拱肋底模。內(nèi)模采用碗扣鋼管支撐。為滿足安全需要，拱肋兩側(cè)分別設(shè)置寬1.5 m的施工通道，通道外側(cè)設(shè)置欄桿及防護(hù)安全網(wǎng)。

2.3 支架計算

2.3.1 模型

僅取半對稱結(jié)構(gòu)模擬，有限元模型見圖4，桁架單元336個，梁單元13 932個，實體單元10 564個。采用桁架模擬貝雷梁接頭耳板拉桿，實體單元模擬異型帽梁能較為真實的反映墩頂?shù)墓探Y(jié)剛度情況。A、B墩立柱鋼管混凝土截面采用鋼-混組合截面處理。約束邊界，墩底全部采用固結(jié)，拱角貝雷梁支撐用鉸接和固結(jié)模擬；貝雷梁耳板與混凝土異型帽梁體單元內(nèi)部節(jié)點采用彈性連接的剛接模擬。

荷載計算主要考慮新澆筑混凝土重量、模板及施工荷載，自重程序自動考慮。混凝土對支架的作用分為正壓力和沿切向的摩擦力。對支架受力偏于安全考慮，計算中僅施加法向荷載，不考慮摩擦力。另外對拉索張拉力按照300 t節(jié)點荷載考慮。

2.3.2 結(jié)論分析

（1）A墩頂水平位移。計算表明，設(shè)置300 t拉力使墩頂水平撓度由6.59 mm減小到1 mm，說明該張拉力值能較好的限制水平推力引起的支架變形，保證拱圈混凝土澆筑質(zhì)量。較小的墩頂水平位移會引起貝雷梁桁式梁發(fā)生較大異性變形。可見，依靠水平對拉索可使墩頂水平位移幾乎減少到零，對保證澆筑質(zhì)量具有重大意義。

（2）A、C墩強度檢算。立墩校核時，計算工況為將全部荷載施加于支架上，不考慮加載順序。最不利位置在A、C墩拱頂側(cè)的立墩上，軸力分別為3 646 kN和2 143 kN。對鋼管混凝土組合截面立墩采用換算截面法校核強度，鋼和C30混凝土彈性模量比為7。計算可知，A、C墩強度均滿足要求。

貝雷梁是承彎構(gòu)件，在拱角區(qū)域內(nèi)腹桿要承受較大軸向力，為保證澆筑質(zhì)量和安全，將貝雷梁1.5 m長度內(nèi)腹桿上下翼緣背1 cm厚鋼板給予加強。計算結(jié)果顯示最大應(yīng)力為151.1 MPa，滿足臨時構(gòu)件強度要求值。

3 拱肋混凝土施工

拱圈是全橋主要受力結(jié)構(gòu)，也是澆筑過程較難控制的部分。

3.1 澆筑順序

主拱圈沿拱跨方向劃分為3個梁段施工，考慮主拱圈澆筑與支架變形間的相互影響，為保證支架受力均勻，變形較小，防止混凝土裂縫，采用“縱向分段、水平分層”的施工方法。施工中每梁段間設(shè)置寬1 m的間隔槽，分段、分層見圖5。

具體施工按照對稱原則，半拱圈澆筑順序按照①→②→③→④→⑤，其中，①、②、③代表梁段1～3，④、⑤代表間隔槽。澆筑順序為自拱腳梁段1開始澆筑至梁段3，澆筑完成且其強度達(dá)到75%設(shè)計強度和接合面按施工縫處理后，由拱腳至拱頂對稱進(jìn)行間隔槽澆筑。

同一梁段內(nèi)的箱形拱肋段分先澆筑底板腹板然后澆筑頂板的2次澆筑。拱梁結(jié)合段分4次澆筑，先澆筑箱形位置拱圈底腹板和頂板，再澆筑拱上梁部腹板，最后是梁部頂板。在拱肋結(jié)束前完成拱上立柱及拱上連續(xù)梁的支架安裝工作。主拱肋是全橋結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵，尤其在建設(shè)階段更為重要。

3.2 對拉索的應(yīng)用

澆筑第1跨梁段時水平推力最大，此時為最危險段，支架受力極為不利。施工中隨著梁段澆筑混凝土量的增大，逐漸增加對拉索索力，實現(xiàn)動態(tài)隨時調(diào)整，更好地保證澆筑質(zhì)量。具體為：最初施加60 t預(yù)張力，當(dāng)兩側(cè)澆筑212.5 m3時，對拉索力調(diào)整至100 t；兩側(cè)澆筑425 m3時，對拉索力調(diào)整至180 t；兩側(cè)澆筑637.5 m3時，對拉索力調(diào)整至240 t；最后共計張拉至300 t。施工中做好變形監(jiān)控檢測。

拱圈澆筑完后，其他施工順序為：拱上立柱→張拉臨時系桿→拱上連續(xù)梁→轉(zhuǎn)體→封鉸→合龍→永久系桿→橋面系等。

4 施工監(jiān)控

為確保拱橋施工過程的結(jié)構(gòu)安全，對該橋進(jìn)行了監(jiān)控。主要對施工支架承載力、澆筑過程支架鋼管立墩應(yīng)力檢測、張拉臨時系桿張拉時拱肋應(yīng)力監(jiān)控、拆除拱肋、連續(xù)梁支架及轉(zhuǎn)體的監(jiān)控等。

監(jiān)控結(jié)果顯示：拱肋澆筑完成張拉完臨時系桿后拱肋截面上下緣應(yīng)力及線形跟理論計算值很好吻合，成橋狀態(tài)、拱上連續(xù)梁等也較好吻合，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)束語

滬杭高速鐵路跨石大公路轉(zhuǎn)體橋型獨特，施工難度較大，其支架設(shè)計方案選型合理，支架結(jié)構(gòu)新穎、受力明確，很好地保證了拱肋及其拱上結(jié)構(gòu)的線形和質(zhì)量。拱圈澆筑所采用的分層、分段對稱澆筑順序，使得澆筑過程中支架變形受力均勻，保證了拱圈澆筑施工質(zhì)量。該支架應(yīng)用中尤其采用對拉索克服水平推力的思路為其他拱式橋梁的施工提供了重要參考。

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