基于自适应通用拱架的百米级拱桥施工技术★

韩洪举，张基进，郭吉平

(1.贵州交通建设集团有限公司，贵州 贵阳 550008；2.贵州路桥集团有限公司，贵州 贵阳 550008)

1 概述

箱型拱桥因其跨越能力大、造价相对较低、结构整体性好、后期维护简单等优点，成为地质条件良好山区的大跨径桥梁常用桥型之一。整体式箱型拱主拱圈由于自重较大，常采用支架现浇施工，在陡峭山谷、水深河谷上修建拱桥时，搭设落地支架几乎不可能实现，通常采用缆索吊装系统，通过斜拉挂扣的方式进行钢拱架的悬拼安装，这种钢拱架的施工主要难点在于主拱圈拱轴线线形控制。

目前，我国的钢拱架主要有以下两种类型：一种是贝雷梁拱架，另一种是军用梁拱架，各有其优点。在大跨度拱桥现浇施工中，由于跨度大，现浇施工时施工载荷较大，对钢拱架的要求高。贝雷梁拱架梁高小，致使其刚度较低，且由于尺寸固定，其对拱轴线的拟合效果一般；而军用梁拱架虽具有更大的刚度，但其下弦杆的稳定系数较小，施工的稳定性较差，且由于刚度增大，导致重量相应增加，从而对施工机具的要求也相应提高。因此，贝雷梁拱架和军用拱架并不能较好地适应大跨度混凝土拱桥现浇施工的要求。

自适应拱架曲线型模板施工技术采用了自行设计特制专用钢拱架，主要由基本节段和连接件组成，上弦杆连接件采用了可微调式螺旋连接杆，它可微小调节相邻钢拱架之间的距离，从而能够拟合不同的拱轴线和矢跨比，更好地适应大跨度箱型拱拱轴线线形。配套扣挂系统、加载长度、位移控制的算法，可实现自动出图、自动建模快速计算。

2 技术原理

自适应通用钢拱架由三种基本构型组成：起始段、标准段和合龙段，其中标准段有6 m和4 m两种构型，起始段用于与拱脚相连接，合龙段用于拱顶合龙，合龙段长度根据实际合龙段长度确定。拱架片之间通过顶面和底面的平联来实现横向连接[1]；在拱轴方向，各节段之间在下弦杆用销轴铰接，上弦杆采用法兰连杆连接，法兰连接杆可实现一定长度的伸缩，以此可对相邻钢拱架之间的距离进行微小调节，从而保证自适应拱架能够适应不同的主拱圈线形。

自适应通用拱架安装时，在拱架与拱脚处设连接铰，通过扣索将拱架拼装成形，拆除扣索后，整个拱架呈两铰拱受力，使拱架拼装附加应力产生重分布[2]，有助于拱架受力，通过法兰连接杆(如图1所示)调整好拱架线形后，将拱脚处的铰接通过焊接型钢形成刚接从而完成拱架的拼装，拱架最终的受力状态为无铰拱。

该施工技术适用于采用拱架施工的各类拱桥，尤其是跨越深谷、深水、通航河道或施工时不能中断通航的因施工场地限制的钢筋混凝土拱桥主拱圈施工。

自适应通用拱架相比于贝雷梁和军用梁拱架，自适应拱架能更好地拟合不同的拱轴线和矢跨比，具有更大的截面尺寸，对不同跨径和不同桥宽混凝土拱桥的适用性更强。且标准节段可重复利用、重量轻、拼装速度快，通用性良好。自适应拱架相比贝雷梁和军用梁拱架，结构进行了进一步的优化，能显著减少用钢量，降低施工成本，节约成本，经济性好。自适应拱架截面尺寸大，具有更大的强度和刚度，且自重轻、拼装简单，稳定性高，悬拼作业安全可靠。

3 施工流程

自适应拱架曲线型模板施工的工艺流程为：安装扣锚系统→安装拱脚起始段→安装标准节段→安装拱顶合龙段→拆除扣索→安装起始段连接型钢→钢拱架预压→钢拱架测量→主拱圈施工。

3.1 扣锚系统安装

自适应通用拱架拼装的扣锚系统包括扣索、锚索和锚固系统。扣点设置在钢拱架节段的下弦杆上，在塔架上设置扣挂点，锚固点一般设在缆索吊的锚固系统处或桥台的基础上[3]，扣锚系统如图2所示。

在锚锭顶部设置预埋千斤头作为扣点，当扣索从塔顶索鞍绕过后，穿过带钩滑轮，将带钩滑轮与千斤头相连，利用卷扬机拉紧并使用绳夹将扣索固定，千斤头的数量根据扣索数量确定，对称分布于每侧每个后锚扣点处，从而达到扣索锚固的要求。

为保证扣索切实发挥拉力作用，采用卷扬机或链条葫芦将扣索拉紧后，再扣挂于千斤头上。同时为保证扣挂的作用充分发挥，扣点处通过临时限位板来防止扣索滑动。扣点处的基底地质条件应满足工程要求，应完整无破碎，通过设置圆形锚固钢筋作为千斤头连接之用。

在浇筑锚碇时要注意预留锚碇预顶千斤顶位置，在锚碇强度达到设计要求后按要求进行预顶，只有在锚碇能承受预顶力后才允许进行缆索吊试吊，预顶完成后进行凿毛处理，浇筑无收缩混凝土进行填充。

3.2 安装拱架起始段

起始段安装是拱架拼装的起步阶段，其安装直接影响钢拱架的安装精度，也影响整个钢拱架拼装质量，因此，要保证起始段安装的准确性和精度，在安装过程中对起始段的位置、千斤顶的读数等做好精确控制，使之与设计相符。为确保安装后钢拱架拱脚能实现灵活转动，需在事先预埋在拱脚处的铰槽内注入黄油[4]。将整联端节段吊至临时拱座处，使拱铰无缝钢管进入铰槽，然后进行测量，利用缆索调整轴线位置。起始段安装到位后，通过限位板等固定起始段拱铰的横向位移，但不限制拱铰的转动。在进行后续标准段的安装前，要对起始段的轴线和高程进行复测，无误后方可进行标准段的施工。

3.3 安装标准段

为确保标准段拼装的顺利进行，在拼装厂内进行“1+1”节段预拼装，即前一个节段拼装好后，在吊装前，在拼装场与后一个节段进行拼装校核，无误后再起吊，保证拼装场内有一个节段用于拼装校核。通过缆索吊将标准段调至安装位置，用销轴连接待安装节段的下弦阳铰接头和已安装节段下弦的阴铰接头[5]，上弦杆则通过法兰连杆连接，法兰连杆与节段间用销轴连接(如图1所示)。收紧扣索以调整安装节段拱架的位置，使之与设计位置一致。为确保缆吊系统对拱架位置不产生影响，缆索吊松开后，需再次对拱架位置进行复测，若有变化需再次调整扣索松紧度，确保此安装节段位置的准确。同法循环安装标准段直至到达拱顶合龙段位置。每个节段的拼装应根据实际情况进行扣索的扣挂。

每联节段安装就位后，在顺桥向和横桥向均对称布置缆风索，对拱架横向偏位进行控制，从而调整拱架轴线。缆风索可采用φ21.5 mm普通钢丝绳，缆风索与山体锚固采用在山体上埋设锚杆或千斤头的方法，每个缆风锚固点提供不小于10 t的拉力，缆风索角度可根据实际情况进行调整。

为提高施工效率，降低施工难度，使拱架在拼装过程中高程整体一步到位，在拼装过程中，采用即拼装即调整的方式，从而严格控制拱架的安装高程和拱架轴线线形。

3.4 安装拱顶合龙段

自适应通用拱架采用现场合龙，钢拱架各节段的加工、安装及施工环境如温度等都将对合龙段的长度产生影响，因此，合龙段的实际长度需要根据现场实际测量来确定。

合龙前一个节段(一般为4 m标准节段)吊装完成后，应尽快安装拱顶合龙段。合龙前复测钢拱架各节段是否均符合设计高程，并观察温度变化规律，从而确定合龙口的精确长度，合龙段两端上下弦均为阳头。拱顶合龙段加工完成后，利用缆索吊完成合龙段的安装。在安装的过程中需要对合龙段的标高等进行观测，保证自适应刚架的线形和高度与设计一致。

3.5 拆除扣索

对拼装完成的拱架连续监测不少于24 h，确定钢拱架高程、索力等无异常后，对称地进行扣索的拆除。在拆除过程中应加强跟踪监测拱架的变形和应力情况，确保扣索拆除施工的安全，并掌握拱架受力和变形情况。

为避免因拆除扣索而使拱架弦杆内力突然增大，应逐步对称拆除扣索，即依次循环将每组对称扣索逐渐松开，直至全部扣索完全松开。每次扣索松开后，需对拱架的变形(高度和平面位置)进行观测，若变形未超限，则可继续松开扣索。若变形超限，则应分析确定原因后方可再继续松开。所有扣索完全松开后，依次从拱顶向拱脚对称拆除扣索。

拱架拼装完成拆除所有扣索后，安装端节段与拱座间连接件并进行焊接，使整个拱架变为无铰拱。

3.6 钢拱架预压

钢拱架变为无铰拱后，应对拱架连续观测不少于72 h，无异常情况后即可对钢拱架进行预压。钢拱架的预压采用水箱进行，先在钢拱架上设置脚手架，根据设计图纸，在脚手架上安装木板制作的水箱，水箱内可铺设塑料膜以保证水箱的密封性。

注水加载预压时的顺序与主拱圈的施工顺序一致，通过水泵向水箱注水，注意注水的速度要适中，从两侧拱脚同时对称向拱顶注水加载，以保证加载的平衡。首次注入的水为主拱圈混凝土第一次浇筑重量的1.2倍，为防止拱架的变形过大，拱顶处应设置水箱进行相应加载预压。

为确保安全，掌握拱架弹性变形趋势，分四级加载，加载总重为主拱圈底板混凝土重量的1.2倍，按照50%-100%-110%-120%的加载重量进行分级加载。每一级加载完毕，每隔2 h进行测量观测一次，待观测结果无变化(在误差之内)即可判定拱架已经稳定，可进行下一级加载，依次加载至设计荷载。加载至设计荷载经观测无异常后，即可进行预压卸载，卸载应均匀、对称、平衡地进行，以确保拱架的安全。

根据预压时的观测数据确定预抬高值，与主拱圈的设计坐标一起，可得到钢拱架的实际标高，如实际标高与设计有出入，可通过垫木调整底模安装高程，以保证主拱圈线形与设计线形一致。

4 工程应用实例

洪家渡大桥是一座主跨135 m的钢筋混凝土箱形悬链线拱桥，矢跨比1/5，主拱圈为单箱三室截面，主拱圈高2.3 m，宽9.5 m，其布置图如图3所示。主拱圈采用自适应拱架现浇施工，从2018年2月开工，到2020年6月竣工，提前于预定工期合龙，主拱圈线形平滑优美，洪家渡大桥的顺利实施说明自适应拱架在百米级拱桥的施工中具有良好的适用性和经济性，为自适用通用拱架在同类桥梁施工的推广应用奠定了良好的基础。

5 结语

工程实践证明，自适应钢拱架克服了贝雷梁拱架和军用拱架的不足，能较好地拟合不同的拱轴线和矢跨比，能很好地适用不同跨径和不同宽度混凝土拱桥的现浇施工，且起始段、标准段可重复利用、重量轻、拼装速度快，通用性和经济效益良好，为百米级混凝土拱桥的施工提供了行之有效的施工技术。