180 m跨有平衡重平转施工钢筋混凝土拱桥设计

刘钟仁，程懋芳

（江西同济设计集团股份有限公司，江西 南昌 330000）

1 概述

四川省巴中市化湖一号桥是一座净跨180.0 m的上承式钢筋混凝土箱形拱桥，如图1所示。主拱圈成拱工艺按“拱桥有平衡重平转施工”设计，转出的半跨桥体为带混凝土底板的小直径钢管混凝土劲性骨架。

图 1 四川巴中市化湖一号桥桥型图（单位：cm）

2 总体设计及桥跨布置

桥梁全长246.8 m，主桥净跨180.0 m，两岸设置挡土墙。横断面布置为净7.0 m行车道+两侧0.5 m栏杆，总宽8.0 m。

3 主桥上部结构

主孔为上承式普通钢筋混凝土箱形拱桥，净跨180.0 m，净矢高22.5 m，净矢跨比1/8，拱轴系数m=1.988。主拱圈为等截面悬链线单箱双室箱形拱。

上承式普通钢筋混凝土箱形拱桥由主拱圈和拱上建筑组成。跨中为实腹段，两侧各由6孔跨度11.5 m的装配式预制部分预应力混凝土T梁组成，在0号和1号桥台处设伸缩缝。各孔T梁间为桥面连续，实腹段与空腹段相交处，T梁与主拱垫梁固结。拱上建筑包括垫梁、立柱、盖梁（系梁）、简支T梁以及桥面铺装混凝土。

主拱圈箱宽7.50 m、高3.3 m，拱箱侧腹板、中腹板之间中至中距离为3.4 m，顶、底板厚0.3 m，侧腹板和中腹板厚0.38 m，每个室的四角设有0.5 m×0.2 m的倒角。每排立柱下和每排立柱间（两道）设有拱箱横隔板，横隔板厚度为0.25 m。拱脚至第三道横隔板长度范围内（16.702 m）设置顶、底加厚段，顶、底板厚度由30 cm加厚至拱脚断面的50 cm。

垫梁设在每排立柱下，主要作用是扩散立柱集中力对主拱圈的作用。垫梁宽度为1.2 m，长度为7.50 m，靠拱顶一侧高度为0.5 m。

拱上立柱横桥向为3根，断面尺寸根据立柱高度分别为1.0 m×0.8 m、0.8 m×0.8 m，3根立柱分别支承在主拱圈的边腹板和中腹板上。拱上立柱之间的横向间距为3.28 m。靠近拱脚的拱上1号立柱平面尺寸为1.0 m×0.8 m，其间设两道横系梁，横系梁尺寸为0.8 m×0.8 m；拱上2、3号立柱平面尺寸为0.8 m×0.8 m，其间设一道横系梁，横系梁尺寸为0.65 m×0.65 m；其余立柱平面尺寸为0.8 m×0.8 m，立柱间不设横系梁。

立柱上盖梁宽1.6 m（考虑抗震细则的构造要求）、高0.8 m、长7.66 m，立柱直接承担T梁的竖向作用力，盖梁主要承担T梁荷载、系梁以及抗震挡块功能。

盖梁以上的行车道桥面系选用跨径11.50 m的C40简支部分预应力混凝土T梁作为拱上建筑的基本结构。这种结构的优点在于横向连接比空心板可靠、自重轻、外观美观，可以在两岸的劲性骨架的预拼装场地预制，材料用量比空心板更省。

拱上小孔每一孔横向设4片T梁，梁中距离2 m，T梁高1.1 m，中梁预制宽度为1.5 m，边梁预制宽度为1.75 m。湿接缝宽度为0.5 m，端部和跨中设置横隔板。T梁行车道板上设有10～14 cm厚的C40钢纤维桥面铺装。

4 主桥下部结构

主桥下部构造设计包括下盘基础、上盘、桥台背墙和上、下盘封盘混凝土。转体设施包括磨心、磨盖、倒锥体、撑脚、环道等。

主桥下部构造按组合式桥台设计，桥梁的垂直荷载由上、下盘之间的封盘混凝土传给下盘基础，桥梁的水平推力由桥台背后、上盘顶面线以下基坑超挖部分回填的C30片石混凝土传给基岩。不要求上、下盘之间预留外露钢筋相互焊接再通过封盘混凝土形成整体。

普通钢筋混凝土球铰分为下球铰（磨心）和上球铰（磨盖），下球铰是一个高出基础下盘顶面的“圆饼”状的混凝土实体。球铰表面是一个凸形球缺面，它是承受全部转动体系质量的关键部位，材料采用C50混凝土。

上转盘是把整个转动体系质量传递给磨心的一个厚重的大体积混凝土实体，受力复杂，但通过局部应力分析，可以十分可靠地用三向预应力把上转盘设计成一个可靠的刚体，保证在施工的全过程中，上转盘单独通过磨心承受全部转体重量时，任一截面都有足够的压应力储备。

桥台背墙采用实心墩形式，宽度为9.0 m，厚度为4.2 m，高度为25.5 m；磨心轴线距主孔起拱线距离为3 m，至背墙尾部距离为8.5 m，至上盘尾部距离为11.0 m，至上盘前沿距离为5.0 m。背墙不仅在转体阶段起平衡重心的作用，还是扣索和背索的反力墙，在形成转动体系过程中，通过逐级交替张拉扣索、背索钢绞线，最终实现脱架形成转动体系以便转体。通过有效的施工监控，保证桥台背墙顶位移满足规范，墩身任何截面在任何工况下都受压为主，不发生不允许的拉应力。

由于主桥采用转体施工工艺设计，主桥除考虑永久性基础设计外，为保证转动体系制作及转体过程中的安全，对预制阶段上盘和背墙落在永久基础以外的部分必须设置临时基础，且临时基础同样要求落在基岩上。对转动体系可能转动的范围内的地表进行硬化处理。

基坑开挖边坡应根据开挖揭露的岩性现场调整，或者采用光面爆破，以减少开挖范围。为确保大桥施工及运营期的安全，边坡必须采用喷锚防护。

5 转动体系构造

转出的桥体是带混凝土底板的小直径钢管混凝土劲性骨架，它是半跨钢混组合结构的拱形空间网架。下弦是钢筋混凝土底板，它把3片上弦钢管混凝土杆件和腹杆是双肢角钢的平面桁架连成整体，它的腹杆、上平联以及横剖面上的横向剪刀撑都用型钢通过节点板连接形成几何不变的、稳定的三角形。这种转动体系的特点是重量轻、刚度和强度大。下盘包括基础、磨心球铰、环道和它两侧预留的孔洞；上转盘包括上盘、撑脚、背墙、拉杆扣索和背索以及转出的桥体——带混凝土底板的劲性骨架，它们组成一个完整的转动体系。在转体阶段，上弦为空钢管，转动体系质量为5 060 t，其重心基本控制在磨心的圆心处，扣索拉力为10 200 kN。该桥按“中心承重转体”的构思设计。

6 结语

有平衡重转体施工方法施工，可以取得施工安全、质量可靠、操作简易、造价节省的技术经济效益。桥梁有平衡重转体施工的工艺实际上大量工作是在岸边陆地上进行常规的土石方开挖、搭设支架、铺设模板、绑扎钢筋、浇筑混凝土，它的操作空间和时间都相对宽松、富裕；一旦转动体系形成，在转体的全过程中，转动体系的各杆件之间不会再发生作用力的交换或变化，因而施工安全、质量可靠；而且由于转体结构基本就是桥梁结构本身，没有复杂、昂贵的辅助施工设施，因而造价便宜。这些工艺已经被大量的工程实践检验过，是成熟可靠的。