180 m跨有平衡重平转钢筋混凝土拱桥施工

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。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。

桥梁全长246.8 m，主桥净跨180.0 m，横断面布置为净7.0 m行车道+两侧0.5 m的栏杆，总宽8.0 m。主孔为上承式普通钢筋混凝土箱形拱桥，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。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。它是半跨钢混组合结构的拱形空间网架（见图1）。

图1 四川省巴中市化湖一号桥桥型图（单位：cm）

2 两岸基础施工

两岸基础均置于岩层内，基底在水面以下12 m，应采用可靠设施确保基础施工质量。由于其特殊地质、地形条件，基础的开挖应以人工开凿为主，必要时可小型爆破，严格控制炸药装填数量，严禁放大炮，而应少装药、放小炮，以免破坏地基岩石而降低地基承载力，影响拱座的边坡稳定和岩体的完整性。

主桥基础开挖到设计标高后应详细复核起拱线位置，必须保证下转盘基础全部落在可靠基岩上；测定其基底承载力及岩体的完整性，满足设计要求后方可进行下部施工。

基础混凝土的浇筑可结合混凝土的输送量分层浇筑，分层浇筑时其施工缝面应预埋石笋并进行凿毛处理，浇筑时应考虑水化热对混凝土的影响，下盘基础内布设双层冷却管；避免产生龟纹、裂缝。

3 磨心、磨盖施工

主拱下盘基础施工时应预留磨心浇筑的孔洞，并预留好磨心定位钢轴及调整拉杆，磨心混凝土成型主要靠一个标准的母线样板在磨心混凝土终凝前反覆刮制而成。磨心钢质侧模板的半径和顶面高差误差要求小于1 mm。制作完的混凝土磨心表面应该通过测量检查验收合格方可进行磨盖浇筑。验收的内容主要是磨心表面要求同心圆上等高。同心圆间距为15 cm，测点间距约为20 cm，每个同心圆上测点高差不大于1 mm。

磨盖是以磨心顶面为底模浇出的混凝土铰盖，并经反复磨合后，将磨盖提起，在磨心顶面涂以黄油四氟粉润滑剂，再进行后续施工。

为了保证磨心周边混凝土不因局部承压破坏，要在磨心表面周边垫两层油毛毡以后再浇上球铰混凝土，以使上、下球铰周边之间形成间隙，磨心周边不承受压力。

4 上转盘、背墙施工

磨心验收合格后，方可进行倒锥体、撑脚、保险墩、上转盘、背墙的施工。

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，上转盘设有纵、横向双向预应力，施工中注意预埋相应的波纹管。上转盘纵向底面设置每束15根钢绞线，纵向顶面设置每束9根钢绞线，横向为每束6根钢绞线，为一端张拉。上盘施工为大体积混凝土施工，施工过程中应采取有效措施降低水化热，上转盘内布设有3层冷却管，以免造成裂缝。拱座斜面处切勿忘记预埋上弦钢管、下弦角钢以及其余预埋钢筋，便于与拱圈内相应的钢筋焊接。

背墙是一个20 m以上高的实心墩，注意预埋背索波纹管。背索为每束17根钢绞线，背墙顶为张拉端，上盘底面为固定端。背索待张拉脱架时再穿索张拉。不要在浇筑上盘混凝土时同时预埋，避免背索长期外露锈蚀。

5 劲性骨架的加工制作和组装

可根据地形和施工单位条件自行编制详细的施工组织设计进行，以下仅是指导性施工设计意见。

5.1 平面桁架的制作

（1）在桥头两岸引道路基上设置平面桁架的制作工场。平整场地、搭设工棚、浇筑钢桁架的放样、焊接混凝土地坪，要求地坪面呈水平状。铺设简易运输轨道、架设简易木门架供平面桁架起吊、翻身运输用。

（2）根据每个加工制作节段平面桁架的局部坐标表，在放样地坪上按1∶1比例放大样。所有杆件长度要求在1∶1大样上校核后，再成批下料。

（3）对上、下弦杆应按图纸要求微弯。焊工必须持证上岗。焊接时应先点焊定位再跳焊，防止不合理的焊接顺序造成的骨架变形。最小焊缝高8 mm，角钢端部一律三面围焊，对上弦钢管接头焊缝必须全部进行超声检测。

（4）每片制作好的平面桁架必须预拼装合格后方可运出工场。所谓预拼装是指将1～3号三段平面桁架按此三段1∶1的局部坐标校核平面位置，合格后可运出1号，以后预拼2～4号，运出2号，其余类推。预拼装时要特别注意各节段接头位置准确、密贴，确保组装成空间桁架时，接头质量焊接可靠。

（5）半跨劲性骨架的平面桁架共3×7=21（片），每片桁架长度分别约为14.5 m、13.1 m或8.2 m，重约12.3 t、11.9 t或8 t。原则上不宜更短。

5.2 空间劲性骨架的组装

（1）根据两岸地形，按照尽量少挖、少破坏植被、保护生态的原则选择合理的拱胎底模制作轴线，搭设简易支架，安装简易支架之间的简支钢桁架，在钢桁架上铺设半跨拱圈的底模板，要求底模板安装牢靠、标高符合设计，要求钢桁架能承受浇筑底板混凝土的荷载，并且要求能够方便地拆除底模板。也可搭设满堂支架，在其上铺设拱圈底模板。

（2）认真制定可供实际操作的单片平面桁架由桥头工场安全运送到拱胎模板上的工艺流程，确保劲性骨架空间组装能够顺利实施。

（3）在拱胎底模板上放出劲性骨架下弦平面大样，先安装并临时固定中间一片桁架，再安装左、右两侧桁架，并逐段焊接下弦平面的钢筋笼、横剖面的交叉横撑、上弦平面的平撑和交叉横撑以及上、下弦杆的接头部位。此时应特别注意个别的仰焊焊缝质量。

（4）下弦平面钢筋笼的作用包括组装劲性骨架时给平面桁架定位，增加一、二期底板混凝土的连接强度，提高一期底板混凝土的抗弯能力，有利于二期底板混凝土浇筑、给底板混凝土的内层纵向主筋定位。请务必认真加工制作、安装。由于钢筋笼会给拱脚段底板混凝土浇筑时安置面层压模板带来一定困难，可以考虑把钢筋笼改为单片钢筋网片，但要注意其安装稳定问题。

（5）劲性骨架的组装和背墙施工、拱上建筑施工可考虑在两岸现场各配置一台塔式起重机。

6 主拱圈施工

该桥主拱圈跨度180 m，主拱圈采用有平衡重转体施工形成。

所谓有平衡重转体施工就是在两岸利用地形，开挖出土牛拱胎，按照尽量少挖、少破坏植被、保护生态的原则选择合理的拱胎底模制作轴线，搭设简易支架，安装简易支架之间的简支钢桁架，在钢桁架上铺设半跨拱圈的底模板，要求底模板安装牢靠、标高符合设计，要求钢桁架能承受浇筑底板混凝土的荷载，并且要求能够方便地拆除底模板。在岸边支架上焊接组装劲性骨架，浇筑部分底板混凝土，形成半跨整体的带混凝土底板的小直径钢管混凝土劲性骨架。待强度形成，穿扣索、背索，然后逐级交替张拉背索、扣索，实现脱架，形成转动体系。转体，实现合拢成拱，再在劲性骨架拱圈上灌注钢管混凝土，逐段浇筑侧壁、二期底板和顶板混凝土，形成设计断面的单箱双室主拱圈。

为了使带混凝土底板的小直径钢管混凝土劲性骨架能平稳脱架，要在土牛拱胎端部拱顶处对应腹板的下方设置一排三个坚固稳妥的支撑柱，以备放置千斤顶辅助脱架。支撑柱高度以方便千斤顶操作为原则。

通过张拉扣索、背索钢绞线把半跨带混凝土底板的小直径钢管混凝土劲性骨架和桥墩背墙、上盘连接成一个完整的转动体系，整个转动体系约5 060 t，完全支承在磨心上，四周的保险墩在环道上完全脱空，转动体系的重心基本就在磨心上，真正实现中心承重的设计意图。转动体系脱架后即可用普通千斤顶平稳地驱动转体合拢。具体做法如下：在下盘环道上，对称的两个上盘撑脚处平卧放上两对30～50 t的千斤顶，千斤顶的头部顶在撑脚上，尾部靠在插入环道两侧预留孔洞中的活动反力架上，徐徐启动千斤顶即可实现驱动转体；当千斤顶行程用完后，将插在空洞内的角钢前移，如此反复操作，直至合拢。半跨转动体系转体90°一般需5～6 h。

当钢管混凝土劲性骨架转体合拢后，即可将转动体系上、下盘之间的空隙以及上盘背后基坑超挖的部分用混凝土封填，再将钢管混凝土劲性骨架拱顶段接头接好，然后灌注上弦管内微膨胀C55混凝土。至此，在两岸桥台之间，水库的高空已架设好一个有足够刚度、强度和稳定安全系数的空间拱形骨架，在这个拱形骨架上按设计加载程序无支架先浇筑拱圈侧壁和中腹板的混凝土，再加厚底板混凝土，最后浇拱圈顶板混凝土形成单箱双室的钢筋混凝土主拱圈。此时即可松去拉索，实现体系转换成为拱式结构。原有劲性骨架中的钢管、角钢均被包裹在主拱圈的混凝土内，成为主拱圈内的劲性配筋。对劲性骨架横剖面上的10号∠140×10横撑角钢全部用混凝土包封。个别与钢筋混凝土横隔板相距很近者，可局部修改横隔板设计包到横隔板内。

7 拱上建筑施工

拱上垫梁、立柱、盖梁按常规拱上搭架方法施工，要求垫梁、立柱、盖梁（系梁）、左右半拱要对称浇筑。

拱上小T梁按预制吊装设计。利用桥两头已经做好的路基或劲性骨架组装场地作为预制场，然后再利用轨道纵横向运输到桥头，桥位中心线处设有小T梁缆索吊装天线，要左右半拱对称吊装小T梁，然后吊挂模板现浇T梁之间的湿接缝。

8 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。