巫山大寧河特大橋拱肋斜拉扣掛法施工設計

田繼開

（中鐵大橋局施工設計事業部 武漢 430050）

1 工程概況

巫山大寧河特大橋位于長江支流大寧河入江口附近，在著名的長江三峽風景區內。橋梁全長682m，主跨為凈跨400m的鋼箱桁架上承式拱橋，主拱凈矢高80m，矢跨比1／5，拱軸系數m＝1．9，橋式布置見圖1。

圖1 橋式布置圖（單位：cm）

主拱圈橫向為3片拱肋。單片桁架拱肋分18個節段，1個拱頂合龍段，全橋共55個節段，最大吊裝節段重量為162t，吊裝節段最長約28．5 m。拱圈節段安裝采用扣、錨索系統斜拉扣掛法施工，節段吊裝利用纜索吊機進行［1］。拱肋示意圖見圖2。

圖2 拱肋示意圖

2 施工設計難點

（1）扣塔高度大，扣、錨索施工過程中需嚴格控制不平衡水平力，否則將導致扣塔頂水平位移過大或者扣塔底受拉開裂。

（2）兩岸地形陡峭，錨碇布置受限，錨索錨固布置困難。

（3）兩岸土層松散，開挖風險大，需盡量減少開挖量。

（4）工程地處國家5A級風景區，環境保護要求高，設計施工應采取可靠措施，盡量減少對地表環境的影響。

3 扣、錨索系統布置

扣、錨索系統一般由扣塔、扣索、錨索、錨固系統等部分組成。本橋扣、錨索系統布置見圖3。

圖3 扣、錨索系統布置圖

本橋扣、錨索系統布置主要特點：

（1）錨索盡量錨固在各主墩承臺上，充分利用主體結構受力，減少錨體結構的工程量。

（2）扣塔設計充分利用主體交界墩，節省臨時工程量。

（3）扣、錨索采用分離式布置，扣、錨索相對獨立。

（4）通過塔頂錨固構造，有效保證了各組扣、錨索力作用線全部交于扣塔中心線上，從而使扣塔成為軸心受壓構件。

（5）部分錨索臨時錨碇采用預應力錨索式構造，有效減少了錨碇體工程量和土石方開挖量。

4 扣塔施工設計

為減少臨時工程量，扣索塔架由主體交界墩及其上部鋼塔組成，鋼塔根部埋入交界墩混凝土中，形成固結。上部鋼塔立柱采用熱軋寬翼緣H型鋼，橫向布置3組塔柱，上、下游塔柱中心至中游塔柱中心均為10m，以N型萬能桿件作為聯結系。扣塔立柱連接采用精制螺栓，聯結系桿件采用普通螺栓連接。鋼塔凈高33．2m，到交界墩底部總高約115m。鋼塔布置見圖4。

圖4 鋼塔架布置圖

5 扣、錨索施工設計

扣、錨索采用分離式布置，扣、錨索相對獨立。兩岸各布置9對扣、錨索。每對扣、錨索橫向共3組，分別對應3片主桁。扣、錨索均采用Φj15．24（Rby＝1 860MPa）鋼絞線。設計時，先計算統計各段主拱圈的重量，然后根據施工順序，計算扣、錨索索力，最后根據計算索力確定鋼絞線數量。一般情況下，扣、錨索安全系數應不小于2．5。

6 錨固系統施工設計

錨固系統主要由扣索前端錨固、扣塔端錨固和錨索后端錨固3部分組成。扣索前端通過錨箱與扣點拉板銷接進行錨固，拉板內側與拱肋腹板內側對齊。扣塔端錨固包括在交界墩范圍通過墩身預留孔道和張拉錨槽、以及在鋼塔部分采用橫向錨梁等2種形式進行扣、錨索錨固。錨索后端錨固采用2種形式，兩岸1～5號錨索均錨固在主體結構拱座或承臺上，6～9號錨索采用獨立臨時錨碇進行錨固。

6．1 扣索前端錨固

扣點采用拉板的形式，內側設加勁板保證拉板側向穩定。2塊拉板對齊主拱圈上弦的鋼箱梁腹板，與鋼箱梁頂板進行全熔透焊［2］。

拉板與錨箱通過鋼銷連接。扣索采用鋼鉸線，在錨箱處采用固定端P型錨固定。扣索前端錨固構造見圖5。

圖5 扣索前端錨固構造圖

6．2 扣塔端錨固

本橋的扣塔端錨固包括交界墩錨固和鋼塔錨固2個部分。每組扣、錨索的水平分力應大小相等，方向相反，以避免對扣塔產生不平衡水平力。根據總體布置，各組扣、錨索在立面上均交于扣塔中心線上，這樣就避免了因為豎向合力偏心而引起的扣塔立柱受力不均勻。因此，扣塔端錨固構造需嚴格滿足扣、錨索布置的要求。

在扣塔的交界墩部分錨固時，扣、錨索分別穿過交界墩的預留孔道后，在墩身另外一側的張拉錨槽內進行錨固。交界墩身錨固構造見圖6。

圖6 交界墩范圍錨固布置圖

一般情況下，對于采用分離式布置的扣、錨索，扣索和錨索除一端分別錨固在拱段前端和后錨碇處外，另一端均錨固在扣索塔架頂順橋向布置的張拉錨梁兩端。由于多根扣索在拱段上的錨點位置各不相同，而與之相對應的各根錨索錨固位置也不盡相同，即使每組扣、錨索的水平分力相等，扣、錨索的豎向分力也并不完全相等。由于扣索和錨索在張拉錨梁的錨點一般均不與扣索塔架中心重合，則張拉錨梁對扣索塔架頂的豎向合力將偏離扣索塔架中心，從而對扣塔產生較大的偏心彎矩，對扣索塔架的設計造成困難。

采用分離式扣、錨索縱向張拉錨固構造的扣索塔架，其頂部需承受豎向力和偏心力矩2種荷載。經過分析，若對分離式扣、錨索采用橫向錨梁進行錨固，在各組扣、錨索作用線均交于扣塔中心線上的情況下，扣索塔架頂部只承受豎向力，不承受不平衡水平力和偏心彎矩，從而在極大程度上減小扣塔的設計荷載，為扣塔設計帶來便利。

因此，本橋的分離式扣、錨索在扣塔的鋼塔范圍采用橫向錨梁錨固的方式，有效保證了各組扣、錨索力作用線均交于扣塔中心線上，從而明顯改善扣塔的整體受力狀態。該方法實現方式為：每組扣、錨索分別對稱平衡錨固于同一根橫向錨梁上，此錨梁再通過下部設置的強大分配梁體系將荷載均勻傳遞至鋼塔立柱上。

本橋錨索后端錨固系統的布置充分利用了主體墩臺受力，主要采用2種形式：①兩岸1～5號錨索均錨固在主體結構拱座或承臺上，經分析計算，主體結構受力安全；②6～9號錨索采用臨時的獨立錨碇進行錨固，錨碇規模根據錨索索力計算確定。

利用主體結構墩臺時，錨索后端與錨箱相連，再由錨箱通過銷軸將錨索力傳遞到錨座，最終由錨座通過預埋錨筋將荷載傳遞到主體墩臺。布置時，盡量使錨固于同一承臺的所有錨筋的合力中心線通過承臺底中心，以免承臺樁基承受過大彎矩。利用主體結構墩臺的錨索后端錨固布置見圖7。

圖7 錨索后端錨固布置圖

采用臨時獨立錨碇時，錨索后端直接錨固于錨碇體。兩岸各設2個整體式鋼筋混凝土預應力錨索式錨碇，錨碇抗滑移穩定系數不小于1．2［3］。為保證錨碇基礎的安全，基坑周邊設置截水溝，并用漿砌石固面。需注意，預應力錨索必須錨固于新鮮、穩定的巖面里，并通過試驗驗證錨索的安全性能。

7 結語

本工程施工方利用本文所述方法安裝巫山大寧河特大橋主拱圈，達到了以下效果：

（1）充分利用了主體墩臺進行受力，有效減少了錨索后錨固系統的工程量，同時減少了后錨固開挖量。

（2）將主體交界墩作為扣塔的一部分，進行扣、錨索的塔端錨固，節省了扣塔工程量。

（3）對扣、錨索的鋼塔范圍錨固構造進行了優化設計，通過新型的張拉錨固形式達到了扣、錨索力作用線交于扣塔中心線上的目的，有效改善了扣塔的受力狀態，較傳統施工方式節省了扣塔工程量。

（4）在橋梁施工領域，較早地采用大噸位分組式預應力錨索錨碇，有效解決了山區復雜地形地質條件下，錨碇布置困難的難題，同時減少了開挖工程量，經濟環保。

實踐證明，本橋的斜拉扣掛法施工設計可較好地滿足拱橋施工的需要，具有廣泛的適用性和較高的經濟性，可供今后類似工程借鑒。

［1］ JGJ041－2000公路橋涵施工技術規范［S］．北京：人民交通出版社，2000．

［2］ 李星榮，魏才昂，丁峙崐，等．鋼結構連接節點設計手冊［M］．北京：中國建筑工業出版社，2004．

［3］ JTG D63－2007公路橋涵地基與基礎設計規范［S］．北京：人民交通出版社，2007．