我国大跨径悬臂浇筑混凝土拱桥的应用

我国大跨径悬臂浇筑混凝土拱桥的应用

(四川省公路规划勘察设计研究院有限公司ꎬ四川成都６１００４１)

应性强、工程造价低、工期可控、成桥质量好等优点ꎬ已在多座大跨径混凝土拱桥上应用ꎮ文章以近几年建成的四川攀枝花市新密地大桥、四川盐边县鳡鱼大桥为例ꎬ分析和总结了大跨径悬臂浇筑混凝土拱桥的技术特点ꎮ工程应用情况表明:对于跨径２００ｍ以下的混凝土拱桥ꎬ悬臂浇筑法具有较好的适用性ꎮ　　　　

关键词　悬臂浇筑法ꎻ　混凝土拱桥ꎻ　主拱圈ꎻ　施工中图分类号　Ｕ４４５.４６６

摘　要　采用悬臂浇筑法施工混凝土拱桥主拱圈具有桥梁结构整体性好、施工期安全性高、对地形适

蒋建军

文献标志码　Ｂ

　　混凝土拱桥充分利用了混凝土材料的抗压强度高而抗拉强度低、钢筋的抗拉强度高的特点ꎬ通过合理的结构设计并选择适当的施工方法ꎬ可以使得主拱圈在施工阶段承受有限拉应力ꎬ在成桥运营阶段全截面受压ꎬ耐久性好ꎬ是一种经济、合理的桥型ꎮ混凝土拱桥主拱圈的施工方法因施工条件不同而不同ꎬ通常采用的无支架施工方法有缆索吊装法、转体施工法、劲性骨架法和悬臂浇筑法ꎮ采用悬臂浇筑法施工混凝土拱桥的技术从２１世纪初引入国内并得到发展ꎬ目前已在国内多座大跨径拱桥上使用ꎮ混凝土拱桥悬臂浇筑法施工技术复杂ꎬ需要对桥梁主体结构和斜拉扣挂体系进行详细地施工过程分析ꎬ施工期间需要进行精确地施工监控ꎬ准确控制拱圈线形、应力及施工期扣索及锚索的索力ꎮ鉴于大跨径悬臂浇筑混凝土具有较多工程技术经济优点ꎬ有必要进行技术总结ꎬ以供类似工程参考ꎮ

２　工程应用实例

悬臂浇筑法施工混凝土拱桥指的是采用挂篮和斜拉扣挂系统施工主拱圈ꎮ挂篮一般由钢横梁和三角形钢桁架组成ꎬ可沿主拱圈顶面弧线行走(图１)ꎮ斜拉扣挂系统一般由索塔、扣索、锚索、锚碇、钢锚箱等组成ꎮ我国悬臂浇筑法施工的混凝土拱桥多修建于峡谷地带ꎬ拱圈采用整体性好的单箱多室箱形截面ꎬ拱轴线采用悬链线ꎬ拱上设立柱、横墙ꎬ拱上结构多采用小跨径简支预应力混凝土梁(板)ꎮ

１　应用概况

桥有２０余座[１

目前ꎬ国外已建成的跨径１５０ｍ以上悬臂浇筑混凝土拱

－３]

佛水坝)ꎬ主拱圈净跨径３２３ｍꎮ根据调查ꎬ目前我国已建成的悬臂浇筑混凝土拱桥有４座ꎬ跨径在１５０~２００ｍ之间ꎬ最大跨径是四川盐边县鳡鱼大桥ꎬ主拱圈净跨径２００ｍꎮ我国大跨径悬臂浇筑混凝土拱桥应用情况见表１ꎮ

表１　我国大跨径悬臂浇筑混凝土拱桥应用情况

序号１２３４５６

工程名称四川盐边鳡鱼大桥四川攀枝花新密地大桥贵州木蓬特大桥四川白沙沟１号大桥重庆市武隆龙溪乌江大桥四川泸州市鸡鸣三省大桥

主拱跨径主拱圈施

建成年份

/ｍ工方法２００１８２１６５１５０１８７１８０

２０１５２０１３２０１３２００８在建在建

悬臂浇筑悬臂浇筑悬臂浇筑悬臂浇筑

备注四级公路城市道路高速公路高速公路

图１　主拱圈挂篮

ꎬ其中最大跨径是美国科罗拉多桥(跨越胡

２.１　四川攀枝花市新密地大桥

四川攀枝花市新密地大桥横跨金沙江ꎬ桥面全宽３０ｍꎬ２２.５５ｍ＋净跨１８２ｍ＋２２.５５ｍ＋２７.５ｍ[４]ꎮ该桥于２００８分上、下游两幅桥ꎬ桥梁全长２９６ｍꎬ桥跨布置为２７.５ｍ＋

年１２月开工ꎬ上游半幅桥于２０１１年９月建成通车ꎬ下游半幅桥于２０１３年２月建成通车ꎬ建筑安装工程费为７０５０.５万元ꎮ主桥上部结构采用净跨径１８２ｍ上承式钢筋混凝土箱形拱桥ꎬ拱上采用跨径１２.６６ｍ简支小箱梁(桥面连续)ꎻ拱座由斜桩与竖桩共同支承ꎻ引桥上部结构采用２２.５５ｍ、２７.５ｍ简支小箱梁ꎬ分别上跨省道Ｓ３１０和滨江大道ꎻ引桥下部结构采用双柱式桥墩ꎻ两岸桥台采用桩柱式桥台ꎮ大桥的桥型

悬臂浇筑国道３１９线悬臂浇筑

川滇乡道

　　[定稿日期]２０１９－０１－１５

[作者简介]蒋建军(１９７８~)ꎬ男ꎬ硕士ꎬ高级工程师ꎬ主

要从事大跨径桥梁设计与桥梁抗震研究ꎮ

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立面布置见图２ꎬ建成后照片见图３ꎬ施工期照片见图４ꎮ

图２　攀枝花市新密地大桥立面布置(单位:ｃｍ)

了拱脚刚度大、容易产生早期裂缝的问题ꎮ

施工需要建设大型预制场、拱圈大节段运输及安装困难等２.２　四川盐边县鳡鱼大桥

该桥位于四川省攀枝花市盐边县鳡鱼乡ꎬ为跨越二滩库１２.５０ｍ＋净跨２００ｍ＋２×１２.５０ｍ[５]ꎮ该桥于２０１３年２月４２１３.４万元ꎮ主桥上部结构采用净跨径２００ｍ上承式钢筋混凝土箱形拱桥ꎬ拱上采用跨径１２.５ｍ简支小箱梁(桥面连续)ꎻ拱座支承于基岩内ꎬ底部设竖桩提高其承载力ꎻ引桥上部结构采用简支小箱梁和现浇实心板ꎻ引桥下部结构采用双柱式桥墩ꎻ两岸桥台采用重力式桥台ꎮ大桥的桥型立面布置见图６ꎬ建成后照片见图７ꎬ施工期照片见图８ꎮ

主拱圈为净跨径Ｌ０＝２００ｍꎬ净矢跨比Ｆ０/Ｌ０＝１/７ꎬ拱开工建设ꎬ于２０１５年７月建成通车ꎬ建筑安装工程费为区鳡鱼河而设ꎬ全长２７０ｍꎬ桥宽１１.５ｍꎬ桥跨布置为２×难题ꎮ

(４)采用悬臂浇筑法施工主拱圈ꎬ解决了常规缆索吊装

图３　攀枝花市新密地大桥

图４　攀枝花市新密地大桥施工

轴系数ｍ＝２.２６８的等高截面悬链线拱ꎬ采用挂篮悬臂浇筑法施工ꎮ主桥上部结构由主拱圈、垫梁、拱上立柱、横墙、盖３.８ｍꎬ宽８.０ｍꎬ分３３个节段施工ꎬ其中两岸各设一个拱脚搭架现浇段ꎬ拱顶设一个吊架浇筑合龙段ꎬ其余３０个均为挂篮悬臂浇筑段ꎮ主拱圈标准横断面见图９ꎮ

该桥主要技术特点:

(１)主拱圈采用现浇整体截面ꎬ与无支架缆索吊装法(２)通过合理确定起拱线高程以适应二滩库区４５ｍ高(３)主桥拱座置于基岩并设置竖桩ꎬ解决了施工期拱座(４)采用岩锚＋框架梁的轻型组合式锚碇ꎬ工程量小ꎬ经(５)主拱圈采用Ｃ５０高强度混凝土ꎬ截面采用闭合箍筋ꎬ(６)对位于库区正常蓄水位１２００.６ｍ以下的主拱圈１＃

梁、简支小箱梁共６部分组成ꎮ主拱圈为单箱双室结构ꎬ高

支小箱梁共６部分组成ꎮ主拱圈为净跨径Ｌ０＝１８２ｍ、净矢跨比Ｆ０/Ｌ０＝１/６、拱轴系数ｍ＝１.９８８的等高截面悬链线无铰３.５ｍꎬ宽９.６ｍꎬ分３１个节段ꎬ其中两岸各设一个拱脚搭架现浇段(即１号节段)ꎬ拱顶设一个吊架浇筑合龙段(即１６号主拱圈标准横断面见图５ꎮ

节段)ꎬ其余２８个均为挂篮悬臂浇筑段(即２＃~１５＃节段)ꎮ拱ꎬ采用挂篮悬臂浇筑法施工ꎮ主拱圈为单箱双室结构ꎬ高

主桥上部结构由主拱圈、垫梁、拱上立柱、横墙、盖梁、简

“集零为整”相比ꎬ结构整体性增强ꎬ承载力大ꎬ耐久性好ꎮ落差水位ꎬ为枯水期施工创造了有利条件ꎮ

竖向荷载大、地形坡面陡峻、岩石裂隙较发育等问题ꎮ济节约ꎬ且减少了大桥建设对交通干扰ꎮ

图５　攀枝花市新密地大桥主拱圈标准横断面(单位:ｃｍ)

并在外表面设置Ｄ６带肋钢筋网ꎬ解决了主拱圈刚度大、容易产生早期裂缝的问题ꎮ

该桥主要技术特点:

度ꎬ缩短了主拱圈成拱时间ꎬ提高了施工期的安全性ꎮ育、强风化层厚度大、地基承载力较低的问题ꎮ

(１)主拱圈分幅设置ꎬ降低了节段重量ꎬ加大了节段长(２)采用斜桩、竖桩共同支承拱座ꎬ解决了基岩裂隙发(３)拱脚支架现浇节段采用了Ｃ５０钢纤维混凝土ꎬ解决

节段及２＃节段ꎬ采用环氧树脂涂层钢筋ꎬ提高了结构的耐久性ꎮ

３　技术特点分析

通过对我国已建成的几座大跨径悬臂浇筑混凝土拱桥进

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图６　盐边县鳡鱼大桥立面布置(单位:ｍｍ)

拱圈节段长度ꎬ缩短工期ꎻ成桥后主拱圈截面应力小ꎬ且为压应力ꎬ耐久性好ꎮ

(６)采用环氧树脂钢筋、高强度钢纤维混凝土、外周防裂(７)拱上结构可采用小跨径结构ꎬ如小箱梁、Ｉ形梁、Ｔ梁(８)可充分利用两岸岩石地基ꎬ采用竖桩、斜桩和拱座组(９)扣索锚碇基础型式多样ꎬ利用岩锚可以降低造价ꎻ地

(５)主拱圈采用箱形截面ꎬ刚度大、重量轻ꎬ有利于加大

钢筋网、闭合箍筋体系等多种结构措施ꎬ改善主拱圈耐久性ꎬ解决了主拱圈施工期早期裂缝问题ꎮ等ꎬ安装方便ꎮ

图７　盐边县鳡鱼大桥

合成型式多样的基础ꎬ经济合理ꎮ

质条件较好的地方可利用桥台作为锚碇ꎮ

４　结论

在大跨径悬臂浇筑混凝土拱桥方面ꎬ我国从２００５年开始建设主拱净跨径１５０ｍ的四川白沙沟１号桥ꎬ到２０１５年建成主拱净跨径２００ｍ的四川盐边县鳡鱼大桥ꎬ经过十几年应用和发展ꎬ在理论分析、结构设计、施工方法、风险控制等方面取得了较多技术成果ꎮ工程应用情况表明:悬臂浇筑法施

图８　盐边县鳡鱼大桥主拱圈施工

工混凝土拱桥主拱圈具有桥梁结构整体性好、施工期安全性高、对地形适应性强、工程造价低、工期可控、成桥质量好等优点ꎻ对于跨径２００ｍ以下的混凝土拱桥ꎬ悬臂浇筑法具有较好的适用性ꎮ

参考文献

[１]　韦建刚ꎬ陈宝春.国外大跨度混凝土拱桥的应用与研究进展

图９　盐边县鳡鱼大桥主拱圈标准横断面(单位:ｃｍ)

行调查研究ꎬ总结其技术特点有:

[２]　陈宝健ꎬ许有胜ꎬ陈宝春.日本钢筋混凝土拱桥调查与分析[３]　ＺｌａｔｋｏŠＡＶＯＲꎬＪｅｌｅｎａＢＬＥＩＺＩＦＦＥＲ.ＬｏｎｇＳｐａｎＣｏｎｃｒｅｔｅＡｒｃｈ

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[Ｊ].世界桥梁ꎬ２００９(２):４－８.

余约束的超静定体系ꎬ施工期安全性高ꎮ不受洪水影响ꎬ工期可控ꎮ

(１)主拱圈采用悬臂浇筑法施工时ꎬ桥梁结构为具有冗(２)悬臂浇筑法施工的主拱圈整体性好ꎬ刚度大ꎬ施工期(３)悬臂浇筑法不需要建设大型预制场ꎬ也不需要设置(４)通过斜拉扣挂体系可控制并适时调整主拱圈应力和

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节段运输通道ꎬ对地形适应性强ꎬ有利于保护环境ꎮ线形ꎬ成桥质量好ꎮ

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