180 m跨有平衡重平轉施工鋼筋混凝土拱橋設計

劉鐘仁，程懋芳

（江西同濟設計集團股份有限公司，江西 南昌 330000）

1 概述

四川省巴中市化湖一號橋是一座凈跨180.0 m的上承式鋼筋混凝土箱形拱橋，如圖1所示。主拱圈成拱工藝按“拱橋有平衡重平轉施工”設計，轉出的半跨橋體為帶混凝土底板的小直徑鋼管混凝土勁性骨架。

圖 1 四川巴中市化湖一號橋橋型圖（單位：cm）

2 總體設計及橋跨布置

橋梁全長246.8 m，主橋凈跨180.0 m，兩岸設置擋土墻。橫斷面布置為凈7.0 m行車道+兩側0.5 m欄桿，總寬8.0 m。

3 主橋上部結構

主孔為上承式普通鋼筋混凝土箱形拱橋，凈跨180.0 m，凈矢高22.5 m，凈矢跨比1/8，拱軸系數m=1.988。主拱圈為等截面懸鏈線單箱雙室箱形拱。

上承式普通鋼筋混凝土箱形拱橋由主拱圈和拱上建筑組成?？缰袨閷嵏苟?，兩側各由6孔跨度11.5 m的裝配式預制部分預應力混凝土T梁組成，在0號和1號橋臺處設伸縮縫。各孔T梁間為橋面連續，實腹段與空腹段相交處，T梁與主拱墊梁固結。拱上建筑包括墊梁、立柱、蓋梁（系梁）、簡支T梁以及橋面鋪裝混凝土。

主拱圈箱寬7.50 m、高3.3 m，拱箱側腹板、中腹板之間中至中距離為3.4 m，頂、底板厚0.3 m，側腹板和中腹板厚0.38 m，每個室的四角設有0.5 m×0.2 m的倒角。每排立柱下和每排立柱間（兩道）設有拱箱橫隔板，橫隔板厚度為0.25 m。拱腳至第三道橫隔板長度范圍內（16.702 m）設置頂、底加厚段，頂、底板厚度由30 cm加厚至拱腳斷面的50 cm。

墊梁設在每排立柱下，主要作用是擴散立柱集中力對主拱圈的作用。墊梁寬度為1.2 m，長度為7.50 m，靠拱頂一側高度為0.5 m。

拱上立柱橫橋向為3根，斷面尺寸根據立柱高度分別為1.0 m×0.8 m、0.8 m×0.8 m，3根立柱分別支承在主拱圈的邊腹板和中腹板上。拱上立柱之間的橫向間距為3.28 m。靠近拱腳的拱上1號立柱平面尺寸為1.0 m×0.8 m，其間設兩道橫系梁，橫系梁尺寸為0.8 m×0.8 m；拱上2、3號立柱平面尺寸為0.8 m×0.8 m，其間設一道橫系梁，橫系梁尺寸為0.65 m×0.65 m；其余立柱平面尺寸為0.8 m×0.8 m，立柱間不設橫系梁。

立柱上蓋梁寬1.6 m（考慮抗震細則的構造要求）、高0.8 m、長7.66 m，立柱直接承擔T梁的豎向作用力，蓋梁主要承擔T梁荷載、系梁以及抗震擋塊功能。

蓋梁以上的行車道橋面系選用跨徑11.50 m的C40簡支部分預應力混凝土T梁作為拱上建筑的基本結構。這種結構的優點在于橫向連接比空心板可靠、自重輕、外觀美觀，可以在兩岸的勁性骨架的預拼裝場地預制，材料用量比空心板更省。

拱上小孔每一孔橫向設4片T梁，梁中距離2 m，T梁高1.1 m，中梁預制寬度為1.5 m，邊梁預制寬度為1.75 m。濕接縫寬度為0.5 m，端部和跨中設置橫隔板。T梁行車道板上設有10～14 cm厚的C40鋼纖維橋面鋪裝。

4 主橋下部結構

主橋下部構造設計包括下盤基礎、上盤、橋臺背墻和上、下盤封盤混凝土。轉體設施包括磨心、磨蓋、倒錐體、撐腳、環道等。

主橋下部構造按組合式橋臺設計，橋梁的垂直荷載由上、下盤之間的封盤混凝土傳給下盤基礎，橋梁的水平推力由橋臺背后、上盤頂面線以下基坑超挖部分回填的C30片石混凝土傳給基巖。不要求上、下盤之間預留外露鋼筋相互焊接再通過封盤混凝土形成整體。

普通鋼筋混凝土球鉸分為下球鉸（磨心）和上球鉸（磨蓋），下球鉸是一個高出基礎下盤頂面的“圓餅”狀的混凝土實體。球鉸表面是一個凸形球缺面，它是承受全部轉動體系質量的關鍵部位，材料采用C50混凝土。

上轉盤是把整個轉動體系質量傳遞給磨心的一個厚重的大體積混凝土實體，受力復雜，但通過局部應力分析，可以十分可靠地用三向預應力把上轉盤設計成一個可靠的剛體，保證在施工的全過程中，上轉盤單獨通過磨心承受全部轉體重量時，任一截面都有足夠的壓應力儲備。

橋臺背墻采用實心墩形式，寬度為9.0 m，厚度為4.2 m，高度為25.5 m；磨心軸線距主孔起拱線距離為3 m，至背墻尾部距離為8.5 m，至上盤尾部距離為11.0 m，至上盤前沿距離為5.0 m。背墻不僅在轉體階段起平衡重心的作用，還是扣索和背索的反力墻，在形成轉動體系過程中，通過逐級交替張拉扣索、背索鋼絞線，最終實現脫架形成轉動體系以便轉體。通過有效的施工監控，保證橋臺背墻頂位移滿足規范，墩身任何截面在任何工況下都受壓為主，不發生不允許的拉應力。

由于主橋采用轉體施工工藝設計，主橋除考慮永久性基礎設計外，為保證轉動體系制作及轉體過程中的安全，對預制階段上盤和背墻落在永久基礎以外的部分必須設置臨時基礎，且臨時基礎同樣要求落在基巖上。對轉動體系可能轉動的范圍內的地表進行硬化處理。

基坑開挖邊坡應根據開挖揭露的巖性現場調整，或者采用光面爆破，以減少開挖范圍。為確保大橋施工及運營期的安全，邊坡必須采用噴錨防護。

5 轉動體系構造

轉出的橋體是帶混凝土底板的小直徑鋼管混凝土勁性骨架，它是半跨鋼混組合結構的拱形空間網架。下弦是鋼筋混凝土底板，它把3片上弦鋼管混凝土桿件和腹桿是雙肢角鋼的平面桁架連成整體，它的腹桿、上平聯以及橫剖面上的橫向剪刀撐都用型鋼通過節點板連接形成幾何不變的、穩定的三角形。這種轉動體系的特點是重量輕、剛度和強度大。下盤包括基礎、磨心球鉸、環道和它兩側預留的孔洞；上轉盤包括上盤、撐腳、背墻、拉桿扣索和背索以及轉出的橋體——帶混凝土底板的勁性骨架，它們組成一個完整的轉動體系。在轉體階段，上弦為空鋼管，轉動體系質量為5 060 t，其重心基本控制在磨心的圓心處，扣索拉力為10 200 kN。該橋按“中心承重轉體”的構思設計。

6 結語

有平衡重轉體施工方法施工，可以取得施工安全、質量可靠、操作簡易、造價節省的技術經濟效益。橋梁有平衡重轉體施工的工藝實際上大量工作是在岸邊陸地上進行常規的土石方開挖、搭設支架、鋪設模板、綁扎鋼筋、澆筑混凝土，它的操作空間和時間都相對寬松、富裕；一旦轉動體系形成，在轉體的全過程中，轉動體系的各桿件之間不會再發生作用力的交換或變化，因而施工安全、質量可靠；而且由于轉體結構基本就是橋梁結構本身，沒有復雜、昂貴的輔助施工設施，因而造價便宜。這些工藝已經被大量的工程實踐檢驗過，是成熟可靠的。