徐青松，谭九月
（中国葛洲坝集团路桥工程有限公司，湖北宜昌 443002）
摘要：西溪倒虹管跨河拱桥两岸为近似垂直的悬崖，高差近100米，河谷为浅水沼泽淤泥地质，拱桥下部极难布置钢拱架拼吊装场地，给净跨为108m的钢拱架现浇拱桥施工带来巨大困难和挑战。根据桥位处的施工环境及跨河拱桥结构特点，从拱桥施工总体布置、钢拱架吊装、预压、拆除以及拱圈混凝土浇筑等施工工序展开研究，通过采用覆盖拱桥施工全过程的单索塔缆索吊布置、分节段整体悬拼、拆除以及拱圈分环分段浇筑等关键技术，成功解决了复杂环境下钢拱架现浇拱桥施工难题，文本为类似桥梁工程建设提供了方法借鉴。
关键词：跨河拱桥；钢拱架现浇；缆索吊优化布置；拱架整体拼装与拆除；
1 研究背景
我国钢筋混凝土拱桥发展较晚，在新中国成立以后得以发展，且发展极为迅速，各种拱桥施工技术都得到不同程度的发展运用。钢拱架悬臂现浇施工技术因其高程便于调节、线形易于控制，受到诸多设计人员的青睐。钢拱架现浇拱桥运用以来，大部分从业人员着重研究了拱架受力情况及预压问题，崔大川[1]以正舟大桥扩建工程为依托，研究了钢拱架与拱圈联合作用进行研究，提出用来估算拱架、拱圈联合作用荷载分配比例公式。周玉蓉等[2]以某跨江大桥为背景，对该桥主拱圈现浇技术及拱架沙袋预压措施、监测结果等进行说明。同时，夏云东[3]对西溪跨河拱桥钢拱架稳定性进行了详细分析，从水箱预压的监测数据对拱架进行加固，加固效果得到验证。本文将从西溪跨河拱桥拱圈实施全过程施工技术重难点进行分析，探讨复杂施工环境条件下拱架现浇拱桥施工关键技术。
2 工程概况
西溪河倒虹管为夹岩工程干渠输配水工程的重要组成部分，西溪河倒虹管以拱桥形式跨越西溪河“U”型峡谷，河谷宽约88m，深102m，两岸为陡壁岩体，上部为缓坡平台和斜坡。
西溪河倒虹管桥为一座主孔净跨为108m的上承式钢筋混凝土箱形拱桥，净矢高21.6m，主拱轴线为悬链线，拱轴系数1.832。拱圈采用C50钢筋混凝土箱形拱，单箱双室结构，宽6.0m，高2.2m，拱箱顶底板厚30cm，边腹板、中腹板厚30cm，横隔板厚度25cm。拱上设置矩形截面混凝土排架，排架立柱为2根，拱上排架间距为9m，高度3.3m~24m不等，排架设有横系梁和盖梁，盖梁上部设有宽10.6m、板厚20cm、梁高1.2m的板梁。盖梁上部设置有压力钢管支墩，跨河拱桥施工完毕后，需在其上部安装双排内径为2.9m的压力钢管作为输水通道。西溪倒虹管跨河管桥立面设计图见图1所示。
图1 西溪倒虹管跨河拱桥立面图
3 施工总体布置
3.1 人员配置
抽调从事过类似桥梁工程建设的专业技术人员组成管理团队，围绕项目领导班子设置工程管理部（设测量队）、质量环保部（设工地试验室）、安全监督部及机电物资部等职能部门，组织架构健全，人员配备到位，对拱桥施工技术、安全、质量及材料等进行全面把关控制。
3.2 材料配备
现场砂石料等地材由周边规划的专用料场自行开采至砂石料场自行加工检验堆放。钢筋、水泥及其他材料根据施工计划所需的材料配备，有序进行采购进场，参加各方检验合格进行储备，确保拱桥施工正常进行。
3.3 机械设备
（1）缆索吊：缆索吊为单侧索塔结构，布置于进口岸3#镇墩与出口岸6#镇墩之间，进口岸4#镇墩上布置一套索塔（如图2），出口岸直接在6#镇墩上设置岩锚结构固定2组Φ60的钢丝绳主索，节省一套索塔，同时增加了吊运范围，设计索跨达210m，最大吊装重量24t，最大吊装高度50m。鉴于地形和桥位原因，取消了两岸塔吊安装，现场几乎所有的材料转运、钢拱架安装拆除及混凝土浇筑等皆由缆索吊完成。
图2 西溪河跨河拱桥进口岸索塔
（2）砂石拌合站：进口岸各设置一套砂石、拌合系统，两套系统设置距离较近，便于材料转运、混凝土生产。出口岸未设置砂石拌和系统，拱桥出口延长段混凝土由缆索吊或地泵从进口岸转运。
（3）吊车：进口岸常备一台25t汽车吊用以索塔安装，其余时间仅在有大型设备及材料进出场时进行临时租赁。
3.4 布置优化
面对西溪河跨河拱桥两岸地形陡峭，施工中可利用场地极为狭窄的问题，本工程以缆索吊便道结合、合理利用已有构筑物及优化场地布置等方式予以解决。
（1）缆索吊便道结合：由于出口岸地形限制，便道无法直接通向拱座底部高程，所以下部拱座开挖出渣采用了缆索吊将石渣转运至进口岸由进口便道转运至渣场。反之，拱桥出口段所需的钢筋模板等由进口岸便道及缆索吊转运到达指定地点。
（2）构筑物利用：前文已经简要提及缆索吊施工利用了已经施工的3#、4#及6#镇墩永久结构物进行布置，利用3#、6#镇墩混凝土结构结合预应力锚索作为两个混合式锚碇将缆索吊主索进行固定，利用4#镇墩混凝土预埋的钢板作为索塔基础，同时也利用5#镇墩的混凝土对出口岸钢拱架节段进行扣挂锁定，极大节约了缆索吊及钢拱架安装过程中的混凝土材料耗用。
（3）场地布置优化：为了满足工程顺序进展的需求，本工程主要涉及进口材料转运平台、钢拱架拼装平台及拆除平台三个平台的布置。由于所列的平台都需要与缆索吊配合使用，所以所有的平台都需要布置在缆索吊吊运范围的正下方，同时转运平台必须与施工便道相连以便于施工，拼装平台则需在进口岸索塔及出口岸拱座后端以外的地方，以免影响钢拱架扣索正常施工。然而整个缆索吊下方都已开挖成槽，无直接可利用的平台。基于上述情况，经过对现场地形的详细分析，最终在在西溪河跨河拱桥进、出口岸设置两个施工平台，进口岸施工平台设置在拱座施工便道终点处为两跨施工钢便桥，采用上承式钢便桥作为材料转运平台（如图3）。出口岸施工平台设置在出口岸5#镇墩基础上，由三层贝雷架组成，采用工字钢18a作为分配梁，分配梁上部安装1.6cm厚钢板作为施工面板，与分配梁焊接连接，周围安装1.2米高钢管护栏，焊接在分配梁上，5#镇墩施工平台作为钢拱架拼装平台。根据拆除工艺要求，钢拱架拆除平台只能布置于拱圈下部，现场利用出口岸拱座临河边开挖面予以平整，正好能够满足钢拱架拆除要求，未单独再进行施工平台搭设。
图3 西溪河跨河拱桥进口岸材料转运平台
4 施工技术控制关键点
4.1施工工艺
西溪河跨河拱桥拱圈采用贝雷片钢拱架现浇施工工艺，钢拱架采取分段整体安装及拆除施工方法进行，采用水箱预压方法验证钢拱架整体稳定性，采用竖向分3环纵向分5段的方式进行混凝土浇筑施工。
4.2钢拱架拼装
贝雷拱圈拼装采用缆索吊装系统吊装，贝雷拱圈单侧分为4个节段与一个合拢段，共计9个节段，节段之间通过梯形架进行连接，贝雷拱架自重共计200吨。单个节段重约22.22t，可充分利用缆索吊24t的吊装重量，大大提高拼装效率。每个标准节段纵断面共有贝雷桁片36片，横断面宽度由10片贝雷片组成，通过贝雷片标准花架连接成一体。整桥钢拱架共计360片贝雷片，所有贝雷片上、下弦杆均采用加强弦杆进行加强。所有标准节段在5#镇墩上的施工平台上进行拼装，之后用缆索吊依次进行吊装，整体顺序为先安装出口岸4个节段，保障进口岸转运平台能够使用，后将贝雷片备足，暂停进口岸转运平台使用，施工进口岸四个节段及中间段，以避开已拼装好标准贝雷片的临时锚固钢绞线对后安装节段的影响。钢拱架合龙后，拆除两岸扣索后，方可继续使用进口岸转运平台。钢拱架悬拼见图4所示。
图4 钢拱架悬臂拼装
4.3钢拱架预压
预压采用水箱荷载进行钢拱架预压。即钢拱架完成合龙施工后，在钢拱架上部利用脚手架钢管和模板搭设水箱，荷载按照底板环混凝土、1/5腹板环混凝土及侧模钢模板的荷载的1.2倍进行考虑，模拟混凝土分段浇筑顺序，依次按照进、出口岸拱脚段、拱顶段和两岸拱腰段水箱注水的顺序进行对称加载，并将26个水箱与5个施工段进行一一对应，确保预压加载能够最接近拱圈混凝土浇筑过程，预压数据能够为后续混凝土浇筑起到指导作用，西溪贝雷钢拱架预压下图5所示。
图5 西溪河跨河拱桥钢拱架水箱预压
通过对贝雷片钢拱架的预压消除了钢拱架的非弹性变形，同时通过对1/8L～7/8L七个关键截面的观测，发现了拱架横向刚度偏弱的问题。经过局部更换及加强部分变形杆件、螺栓，采用槽钢加强横向联系及增加横向风揽设置等方法，进一步提高拱架横向刚度，消除了钢拱架整体呈“S”形的变形问题，水箱预压取得应有效果。同时提醒我们，后期类似桥梁现浇钢拱架设计时需充分考虑其横向变形问题。
4.4钢筋模板安装
不同于一般的方法采用顶托来调整底模标高，本工程直接采用搭设的钢管架来调整底高程。拱盔从上至下由底模板、横向方木、钢管支架组成，钢管架支承于贝雷拱架上，再在其上部按照间距35cm铺设横桥向分配梁，分配梁采用10×8cm方木，分配梁铺设完毕后采用钉子把15mm厚的竹压板固定在分配梁上。外模采用组合钢模板，内模均采用15mm厚胶合板。钢筋绑扎时，在钢筋与模板之间设置垫块，梅花形布置，保证混凝土保护层厚度满足要求。
4.5混凝土浇筑
拱圈混凝土浇筑按竖向分环、纵向分段的方式进行，并遵循纵向、横向对称、均衡的原则进行施工。拱圈竖向分为三环：第1环为现浇底板；第2环为现浇腹板和横隔板；第3环为现浇顶板。当上一环混凝土达到设计强度后进行下一环混凝土浇筑，直至混凝土浇筑完成。主拱圈底板环及顶板环混凝土浇筑如图6所示。
图6 主拱圈顶板环混凝土浇筑
4.6钢拱架拆除
贝雷钢拱架拆除采用分节段整体拆除吊运，先将拱架标准节段通过拱圈底板预留4个孔洞用钢棒进行临时固定，然后按从出口岸至进口岸顺序分别拆除，运至出口岸拱座前端施工平台，再在施工平台上将整体节段分解为10桁纵向节段，通过缆索吊配合手拉葫芦一榀一榀依次从出口岸拱座前部左右两侧拖曳出贝雷桁片至进口岸钢栈桥平台进行运出，完成钢拱架拆除。
4.7成拱质量
（1）拱圈线形：经过测量，实测线形拱圈拱顶部位比设计预拱度线低0~8mm不等，其余部分比设计预拱度线高0~10mm不等，总体偏差在±10mm以内，整体线形优良。
（2）混凝土强度：取样试块试验检测，拱圈底板、腹板及顶板混凝土抗压强度平均值为54.5Mpa。拱圈混凝土养护后，对拱圈腹板混凝土强度进行回弹，混凝土推定强度为60Mpa以上，同样满足设计强度要求。
（3）混凝土外观：拱圈混凝土经过充分振捣，蜂窝麻面较少，无错台、掉角等外观质量缺陷，美观度较高。如图7所示。
图7 主拱圈环混凝土成拱外观
5 结语
本文围绕峡谷地形条件下大跨度现浇拱桥施工展开研究，从拱桥施工总体布置，受限空间的拱架悬拼、预压以及拱圈浇筑完后的拆除，以及覆盖拱桥施工全过程的缆索起重吊装系统布置等几大技术难题展开。通过施工工序组织、施工工艺方法改进等方面解决了峡谷地形条件下拱架现浇拱桥施工技术难题，极大的节约了复杂施工环境下大跨度现浇拱桥施工成本，有效的降低高空作业施工风险，加快拱桥施工进度。为钢筋混凝土拱桥向更广范围地区推广应用奠定了坚实的理论和应用基础。
【参考文献】
[1]崔大川. 现浇上承式钢筋混凝土箱形拱桥拱圈与钢拱架的联合作用研究[D].重庆：重庆交通大学，2015.
[2]周玉蓉,康成云.某工程永久跨江大桥主拱圈混凝土现浇技术[J].云南水利发电,2020,36(08):182-186.
[3]夏云东.夹岩水利枢纽工程西溪河管桥钢拱架稳定性分析[J].水利水电快报,2020,41(09):93-96.
[4]蒋田勇,罗舟滔,江名峰.钢拱架水箱预压试验及预拱度设置[J].湖南交通科技,2015,41(1).