高原地區大跨徑系桿拱橋施工技術

宋剛 陶忠 李睿 楊森

摘 要：木高大橋是云南省備案的第一座下承式鋼管混凝土系桿拱橋，地處香格里拉市上江鄉，該地區海拔2000米左右，地址條件復雜、日夜溫差大、交通不便，這種特殊的地理位置和氣候可能會對拱橋施工造成諸多問題，因此圍繞高原山區系桿拱橋的施工難點和關鍵點展開闡述。首先介紹主梁的施工方案和流程，包括墩柱、支架、系桿、橫梁和拱腳，然后介紹鋼管拱施工，包括吊裝、拱肋灌注、吊桿張拉。同時進行施工監控，在各個關鍵部位安置傳感器，監測拱腳、拱肋、系桿的應力應變溫度，保證施工的安全進行和指導下一步施工，提供一套可行的高原山區系桿拱橋的關鍵點施工方案。

關鍵詞：高原山區;大跨度拱橋;拱圈;系桿拱橋;施工技術

中圖分類號：TU758.11? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）01-0140-03

鋼管混凝土拱橋因其受力性能良好、施工方便、造型美觀、經濟效益明顯等優點在工程中擁有廣闊的應用前景。同時施工方法得到了很大的改善和發展[1， 2]。但針對這種組合結構還有很多問題亟待解決，溫度效應便是其中之一。鋼材和混凝土這兩種材料熱工性能差異顯著，尤其是高原地域，太陽輻射強和氣溫變化顯著，對施工過程中混凝土的徐變、拱肋的合龍、混凝土的澆筑都有很大的影響[1， 3， 4]。

1工程概況

1.1工程簡介

木高大橋為“11.3”金沙江白格堰塞湖災后恢復重建項目。主橋為預應力混凝土系桿拱橋結構，采用剛性系桿剛性拱，計算跨徑L=120米，拱軸線為二次拋物線，矢跨比1/5，矢高24米，兩側引橋采用現澆實心板結構，全橋全長168.2米，如圖1所示。

1.2地形地貌

上江鄉地勢東北高、西南低，農田和居民區呈沿江分布，屬河谷地區。境內最高點海拔4248.6米;最低點海拔1865米。洼地則較平緩，沿線植被次發育，緩坡地帶多為耕地，地貌屬典型的構造侵蝕——溶蝕低山河谷地貌，其間夾侵蝕堆積河流地貌。

1.3不良氣候影響

高原地區海拔高，日照強烈，晝夜溫差大，最高最低氣溫變幅大，干濕季節分明，這種特殊的氣候地理位置和氣候特征，可能會對鋼管混凝土系桿拱橋的施工帶來以下問題：

（1）晝夜溫差大容易造成橋墩承臺等表面出現溫度裂縫，降低承載力[5]。

（2）冬季承臺分層澆筑施工，越冬面的長間歇期易產生水平施工縫[6]。

（3）拱肋需要五階段拼裝，拼裝過程中會受到溫度應力的影響，如果沒控制好合龍溫度和高度，會影響拱肋線性以及橋梁的整體受力。

（4）系桿張拉會受到影響溫度應力的影響。

2高原山區系桿拱橋施工難點

2.1橋址所在地周圍環境惡劣，施工條件差

場地周邊基巖出露，巖體破碎，下暴雨有落石滑坡的危險。高原山區地理位置偏僻，道路狹窄，導致人員、材料、機械設備等運輸難度偏大。

2.2 晝夜溫差大

高原山區空氣濕度呈季節性變化，施工安排難度大。一天之內溫差最大能達到30攝氏度，對混凝土澆筑和養護有很大影響。

2.3資料匱乏

該橋屬于云南省備案的第一座鋼管混凝土系桿拱橋，能收集的相關資料很少，因此施工難度偏大。

3主梁施工方案及流程

3.1墩柱承臺施工方案

由于橋址所在地雨季旱季水位變幅較大，雨季時水位上漲，橋墩基礎承載力減弱，如果此時正處在橋體上部結構澆筑混凝土，則橋墩沉降量會加大，橋體穩定性會受到影響，因此合理的施工時間規劃是重要的。

結合當地的氣候特征和地理位置，該橋計劃于9月份開始施工下部結構，橋墩和承臺于11月份左右澆筑。考慮到當地11月份已進入冬季，最低氣溫降至零下，晝夜溫差大，再加上混凝土水化熱產生的溫度變化，在混凝土內外產生較大的溫度應力，導致混凝土的開裂，降低結構的穩定性、防水性、承載性和耐久性。

因此，合適的澆筑溫度和表面保溫保濕養護措施能夠有效控制混凝土的內外溫差，防止表面裂縫和外界氣溫驟減引起的危害結構安全的裂縫[7]。

3.2支架預壓

為了檢查支架的承載力，減少和清除支架的非彈性變形及地基的沉降量。在鋪設完箱梁底模方木后，對全橋支架、模板進行預壓，預壓荷載按1.2的安全系數考慮。預壓采用砂袋，用吊車吊裝逐級加載，預壓重量按計算荷載的50%-80%-120%分三次逐級加載。

3.3系桿縱梁施工

系桿采用先拱后梁法施工，會產生水平推力，因此在系桿受力以前設置臨時系桿抵抗水平推力。

3.4拱腳施工

拱腳屬于大體積混凝土結構，要做好專項方案。考慮工期與實際情況，采用混凝土一次性澆筑成型，由于本橋屬于大跨度橋梁，對拱角的精度要求很高，拱角的小偏差將影響拱肋的順利合龍，所以拱角位置的精確性需要嚴格保證，可以使用預埋套管精確定位技術[8]。采用先拱后梁法施工，拱腳的水平推力和傾覆力比較復雜，需要增加拱腳與墩柱的臨時固結措施，拱腳和承臺先用鋼筋連接，以抵消施工過程中的傾覆力，上部結構施工完成后，解除鋼筋連接[9]。

4鋼管拱施工

4.1鋼管拱施工流程

鋼管拱加工制造評審驗收——現場安裝46米高吊裝系統——鋼管拱肋汽車運輸——現場拼接成段——分階段吊裝鋼管拱肋——拱肋合龍——壓住混凝土——調整拼接支架——吊桿安裝并張拉[10]。

4.2鋼管拱階段劃分及加工

根據進場道路及拱肋的結構特點，主拱肋（單側）共分為9個節段（L1-L9），分為5個吊裝段，節段1、2為一個吊裝段，節段3、4為一個吊裝段，節段5為一個吊裝段，節段6、7為一個吊裝段，節段8、9為一個吊裝段，吊裝段間鋼管對接采取法蘭盤、螺栓錨固如圖2所示。

4.3纜索吊裝系統施工

4.3.1索塔布置

兩岸索塔均采用加強型貝雷桁架組裝，分為塔柱、橫向聯系、塔頂及塔頂分配梁四部份組成。索塔設兩個塔柱，每根塔均高48m，橫橋向寬度為11.46m，縱橋向長度也為2.68m，塔頂節高度為0.9m，兩塔柱之間的凈距為3m。

4.3.2地錨布置

本吊裝系統的地錨系統分為四類，一是兩岸索塔后的主地錨，主要錨固主索及工作索的承重索，主牽引索，主起吊索，扣索以及索塔的背向風纜索;二是兩索塔兩側的風纜索地錨;三是拱肋風纜索地錨;四是索塔的前風纜索地錨。

4.4拱肋施工方案

4.4.1拱肋吊裝工藝

本橋拱肋吊裝系統主要有一副移動式主纜索吊（吊重30噸），兩幅工作纜索吊（吊重5噸）組成。

首先，布置好纜索吊系統，開始吊裝準備。試吊，檢測錨定、索塔變為主索垂度——正式安裝拱肋階段，起吊、落位、安裝接頭、掛扣索——安裝節段風纜——松吊交扣，進行扣索張拉——安裝臨時橫撐及結構橫撐，就位后對接頭施焊——完成所有節段吊裝——安裝合龍段，調整軸線、高程，進行拱肋合龍——安裝跨中橫撐，切除接頭多余部分，兩岸對松扣，見圖4、圖5。

4.4.2 拱肋砼施工方案

根據對稱與均衡加載原則，以拱頂為對稱中線組織鋼管混凝土的灌注施工。為保證拱肋混凝土的密實性，采用在拱肋兩端泵送澆筑鋼管拱肋混凝土的泵送頂升壓注澆筑方法，灌注時由輸送泵將混凝土連續不斷地自下而上壓入鋼管拱內，且不需振搗，直至管頂冒出混凝土使管內混凝土密實為止。

單片拱肋泵送砼量238.65m3，單片拱肋混凝土灌注計劃10小時完成，全橋拱肋鋼管混凝土灌注計劃5天完成。鋼管混凝土在達到80%強度之前，需間隔2～3小時對鋼管表面進行澆水降溫。

4.4.3拱肋軸線偏位和標高測量

利用全站儀和拱肋軸線上緣貼反光膜進行拱肋軸線偏位和標高監控測量。每根鋼管在灌注混凝土前、灌注至混凝土量1/2時、完成時、完成24個小時時，共4個工況進行測量，并做好記錄。

4.5吊桿安裝及張拉

吊桿張拉是平衡拱肋推力的有效方法，是施工中的關鍵工序，系桿張拉力誤差將直接影響主拱的受力性能[11]。因此要待鋼管拱內混凝土達到設計標的90%以上時，開始張拉系桿，要注意引起張拉力誤差的原因一方面由張拉千斤頂的油壓表讀數誤差引起，另一方面由各種張拉力損失引起，包括：①摩阻力;②錨具損失;③溫度損失;④鋼絲松弛。系桿張拉過程中的張拉力耦合現象也要引起注意。

5注意事項

施工期間與當地氣候部門保持溝通，及時獲取最近的天氣溫度變化情況，選擇合適的溫度施工。

（1）由于溫度效應對拱肋節段安裝參數有一定的影響，因此須在不同季節的氣候條件下，測量溫度變化引起的拱肋節段安裝參數的變化。在施工監控中，對主梁標高、主梁位置及拱肋線形等的測量均屬于控制性測量，該項工作宜在早晨氣溫恒定時完成。

（2）系桿縱梁預應力鋼絞線必須按照嚴格設計要求分批進行張拉，還要選擇在氣溫恒定時。

（3）成橋狀態的測量必須自夜間進行，以保證測量時橋梁結構溫度處于穩定狀態。

6結語

金沙江木高大橋目前還在建設中，工期一年多，要經歷寒冬季節和酷熱夏季的考驗，晝夜溫差達到30攝氏度，不僅要保證施工安全，還要考慮高原特殊氣候對混凝土和鋼結構的影響。本工程施工設計已考慮溫度的影響，正在一步一步解決溫差大對施工的影響，盡量減少誤差，同時對今后類似的工程提供借鑒意義。

參考文獻：

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[4]王睿.高原山區大跨度懸索橋關鍵施工方案研究. [J]橋梁建設， 2019. 49（06）： 108-113.

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[6]齊鐵東，陳少峰，劉宗仁，孫航，楊小森.大跨度連續剛構橋懸澆施工過程中的溫度效應分析[J].混凝土，2007（04）：29-33..

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[8]步慶革.128m下承式提籃系桿拱拱腳及吊桿預埋套管精確定位技術[J].工程技術研究，2017（12）：17-18.

[9]張明，汪宏，耿波.中承式鋼管混凝土系桿拱橋拱腳應力分析[J].西部交通科技，2012（04）：27-32.

[10]葉博.某下承式系桿拱橋的結構受力分析[J].蘭州工業學院學報，2017，24（06）：41-44.

[11]王冠男.下承式鋼管混凝土系桿拱橋合理成橋及施工階段索力研究[D].長安大學，2015.