連續(xù)梁拱橋小角度斜跨高速公路施工技術(shù)

尹嘉鑫

（山西交物路橋建設有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

連續(xù)梁拱橋小角度斜跨高速公路施工技術(shù)因具有跨位大、結(jié)構(gòu)美觀、成本低等優(yōu)點而被廣泛應用于橋梁工程中。然而，由于部分連續(xù)梁鋼筋混凝土拱橋缺乏合理設計和施工規(guī)范，拱橋質(zhì)量無法達到預期標準，容易出現(xiàn)空鼓等問題，嚴重影響拱橋性能，影響后期使用安全性。

此外，由于連續(xù)梁拱橋的安裝順序和施工工藝與拱橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力和拱圈形狀有很大的關(guān)系，不同路段拱橋荷載條件和結(jié)構(gòu)體系各不相同，拱橋變形和內(nèi)力也會發(fā)生變化，因此有必要加強對連續(xù)梁拱橋小角度斜跨高速公路施工技術(shù)的研究。基于此，文章以山東濟南某小角度斜跨連續(xù)梁拱橋工程為例，對該施工技術(shù)進行研究。

1 連續(xù)梁拱橋小角度斜跨高速公路施工技術(shù)要點分析

1.1 工程概況

某小型橋橫跨黃河支流，全長505m，主橋全長245m，對該工程的小跨度鋼管混凝土拱橋拱肋施工進行分析和探究。

連續(xù)梁采用滿堂支架法現(xiàn)澆和全封閉菱形掛籃對稱懸臂澆筑。該橋單個T 構(gòu)包括0 號節(jié)段、標準節(jié)段、合龍節(jié)段、現(xiàn)澆節(jié)段。主墩施工的同時施工墩梁臨時固結(jié)，采用滿堂支架法現(xiàn)澆0 號節(jié)段，再采用掛籃左右對稱進行1～13 號節(jié)段懸臂施工。按先邊跨再中跨的順序合龍，采用滿堂支架法現(xiàn)澆邊跨15 號節(jié)段后，采用掛籃合龍邊跨；前移中跨掛籃進行中跨14 號節(jié)段施工后，采用掛籃合龍中跨。之后拆除墩梁臨時固結(jié)和支架。

1.2 吊裝拱橋拱肋階段

基于工程實際情況，該項工程采用鋼管拱肋吊裝系統(tǒng)及吊索形式，主要塔型為門式塔，施工人員采用萬向桿鉸接下端，然后用上門式塔連接拱橋腳墩。由鋼絲繩、絞盤以及跑車構(gòu)成升降系統(tǒng)，通過主繩牽引升降系統(tǒng)，固索使用鋼絞線15.28mm，標準強度為1860MPa，采用上下對稱布置方式。

在拱肋扣上采用鋼絞線基礎錨固，通過扣塔底座使索鞍進入地錨，然后穿過地錨張拉梁，再使用架子，加緊張拉千斤頂?shù)腻^桿，從而實現(xiàn)錨固拱肋及調(diào)節(jié)拱肋扣高度的目的。

在升降系統(tǒng)過程中，施工人員需確保每一拱肋均能安全穩(wěn)定地進行安裝[1]。通過對工程吊索系統(tǒng)進行分析，判斷其實際承載力，確定橋上與橋下拱肋數(shù)量，并要求拱肋靶面位移≤30mm，不同拱肋對接誤差≤3mm，拱軸線橫向位移距離≤10m。

在該工程安裝每個拱肋的過程中，應按照以下步驟進行作業(yè)：

第一，在安裝拱肋前的準備階段，施工人員觀察拱肋不同測點處的實際標高，并將其調(diào)整到理想位置。

第二，安裝纜索，在安裝期間不施加力。在安裝過程中，使用索鉤吊裝起拱肋中線正下方的拱肋段，同時不斷調(diào)整沿橋（縱角），并使用相應規(guī)格索鉤調(diào)整橫角。

第三，搭接臨時架完成后安裝螺栓結(jié)構(gòu)。需要注意，在進行其他類型作業(yè)之前，必須將電纜緊固力調(diào)整為彈力。

第四，在吊裝拱橋工作階段，設計人員可利用仿真計算模型進行計算，從而基于相應力值調(diào)整索力，使鋼管拱與理論位置接近，可采用高強度偏心螺栓，再進行下提作業(yè)。

1.3 拱肋合龍階段

在拱肋合龍階段，因拱肋在各結(jié)構(gòu)中受力較大，所以安全系數(shù)相對較小。鋼管拱合龍成功是確保整個工程滿足施工要求的關(guān)鍵。在此期間，施工人員應充分了解工程實際情況，確保施工技術(shù)具有較強的合理性、合龍方式具有較高的可行性[2]。

為確保拱肋合龍階段能安全、穩(wěn)定、高效進行，該工程主要采用單側(cè)預埋方式，并在跨中留空，遵循對稱性原理處理鋼管桁架，先將兩側(cè)臺面對稱布置，使第1 段位于桁架與梁底之間，第2 段在其上，第3 段為吊裝鋼管拱肋背面區(qū)域，在吊裝鋼管拱肋南岸時，適當調(diào)整吊裝高度，循環(huán)第1 段；第1 段作業(yè)結(jié)束后，基于該工程實際情況，采用套焊方式固定好第1 段，永久關(guān)閉切口。

完成施工后，施工人員及時測量合龍前拱肋軸線、截面高度及索力，確保索力安全，拱肋和拱軸誤差達到設計要求。

1.4 松扣索

在拱肋上、下合龍作業(yè)的準備階段，施工人員應及時檢查主弦橫梁、節(jié)點，確保焊接完成并符合相關(guān)標準。完成拱腳主弦管焊接補強作業(yè)后，松扣索主要作業(yè)方式為：緩慢松開拱腳四分之一扣索力，確保兩側(cè)對稱，可通過重力軸進行調(diào)整索作業(yè)，使實際值與設計值相吻合。

1.5 吊裝線纜

該工程拱肋吊裝系統(tǒng)不受纜索系統(tǒng)影響，其扣式塔架也是門式萬能桿，且在桿內(nèi)部存有鉸鏈，但是因為施工條件限制，北塔和南塔之間存在一定差異[3]。

該工程吊裝扣掛系統(tǒng)主要采用15.35mm 預應力鋼絞線作為扣索，通過以下施工工藝實施錨固作業(yè)：

用相應規(guī)格的預應力鋼絞線將P 型錨具推進至錨固點位置處，通過懸吊塔，使索鞍進入錨固位置，并通過錨上拉力及時調(diào)整錨肋與拱肋高度，在此期間可使用相應規(guī)格的千斤頂進行預應力張拉作業(yè)。該工程采用弓形肋交叉作業(yè)方式，預留出間隙，后采用單側(cè)嵌合方式進行施工。鋼管桁架施工過程中秉持對稱性原則，但因受到橋塔高度和橋梁兩側(cè)空間的限制，兩端拉索的錨固結(jié)構(gòu)與工程所用懸吊系統(tǒng)和橋梁中跨存在不對稱情況。該項工程拱橋纜索吊裝系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 該項工程拱橋纜索吊裝系統(tǒng)

2 連續(xù)梁拱橋拱肋小角度截斷索力計算

2.1 計算索力分析模型

針對吊裝鋼管混凝土拱橋拱肋施工，為構(gòu)建有限單元控制數(shù)據(jù)模型，可通過以下公式進行分析：

式（1）中：Z 為鋼管混凝土拱橋拱肋吊裝矩陣，x 為在吊裝拱肋期間實際位移向量，W 為吊裝拱橋拱肋節(jié)點時實際效力向量。

針對某一特殊吊裝作業(yè)，吊裝拱橋拱肋階段實際位移向量的函數(shù)可用以下公式表示：

將式（1）與式（2）結(jié)合，將求索力值轉(zhuǎn)化為有一定約束條件的公式：

式（3）中：具有約束條件的求索力，最小目標函數(shù)為f；扣索索力實際向量組為G；吊裝節(jié)點實際傳輸量為xj。

式（4）中：第n 個扣索位置實際索力值用Gn 表示；第j個拱橋拱肋節(jié)點豎向?qū)嶋H位移狀態(tài)為xj(G)；分別由h1和h2表示拱肋標高偏差上限及下限；扣索數(shù)量用M表示；標高節(jié)點用H 表示。

2.2 計算連續(xù)梁拱橋拱肋扣索索力

該工程在設計掛靠系統(tǒng)的過程中，主要將其設計為標準的對稱體系，即確保南岸、北岸扣索組數(shù)、扣塔高度、水平傾角、扣點位置都保持一致，實際兩側(cè)位置與計劃設計岸扣相同，而上游拱軸線與下游拱軸線存在標高偏差。

進行到吊裝鋼管拱肋作業(yè)時，基于該工程各項數(shù)值，計算出索力精度較低，不能達到既定要求，同時在安裝過程中出現(xiàn)較大誤差。并且，當拱肋進行到合攏段時，上、下拱肋實際測線與理想測線有較大差距，因此需要工作人員基于工程實際情況，相應調(diào)索力數(shù)量，確保拱肋作業(yè)順利完成后，扣索受力狀態(tài)和線性都可滿足相應要求[4]。同時，計算最佳設計變量。該工程大橋南、北半跨拱肋有扣索20 對，且同側(cè)拱肋上的扣索索力相同，總設計變量n=20。

因為不利應力產(chǎn)生因素主要在內(nèi)力控制截面、扣索力調(diào)整范圍以及拱肋高程控制點上，所以必須約束變量，并在調(diào)整索力計算時，將狀態(tài)變量融入其中，得出扣索力與索力在調(diào)節(jié)范圍上有較為緊密的聯(lián)系。該工程不同位置實際張力值以及調(diào)整后數(shù)值如表1所示。

表1 不同位置扣索張力值調(diào)整前、調(diào)整后數(shù)值表（單位：mN/m）

通過對表1 的分析發(fā)現(xiàn)，調(diào)整不同扣索位置之后，南北連桿索力值差異明顯減少，在連續(xù)梁小角度斜跨施工過程中取得了更好的施工效果，整個施工流程也更為精確。

3 結(jié)語

綜上所述，為明確連續(xù)梁拱橋施工中，應用小角度斜跨高速公路施工技術(shù)的難點及重點，以山東濟南某小角度斜跨連續(xù)梁拱橋施工為例，分析扣索索力不準確問題的解決方法。研究表明，合理規(guī)范連續(xù)梁小角度斜跨施工技術(shù)，可明顯降低南北連桿索力值差異，保證施工效果。