大跨径箱型混凝土拱桥悬臂浇筑施工技术研究

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随着我国建桥技术不断跨越式发展,桥梁施工技术已在世界处于较高水平,在跨径、技术难度等方面不断刷新纪录。塔架斜拉扣挂悬臂浇筑法应用于箱型拱桥在国内的案例并不多,钢筋混凝土拱桥悬臂施工法分为悬臂拼装法和悬臂浇筑法两大类。悬臂浇筑法主要采用挂篮悬臂浇筑施工,根据国内外目前的工艺技术又可以分为采用塔架斜拉扣挂法和悬臂桁架浇筑法。塔架斜拉扣挂悬臂浇筑法应用于箱型拱桥在国内的案例并不多,2007年建成的四川白沙沟大桥是净跨150 m的钢筋混凝土箱形拱桥,该桥采用斜拉扣挂挂篮悬臂施工工艺;2012年建成的贵州省木蓬特大桥,主跨165m的箱型拱桥,斜拉扣挂挂篮悬臂施工工艺;2014年建成的贵州省铜仁市马蹄河大桥,主跨180m箱型拱桥采用挂篮悬臂浇筑施工工艺;2015年建成的四川攀枝花新密地大桥,主跨为189.9 m,该桥为上承式钢筋混凝土箱型空腹式拱桥,该桥采用斜拉扣挂挂篮悬臂施工工艺;2018年建成的重庆涪陵乌江大桥复线桥,该桥为主跨220m箱型混凝土拱桥,采用斜拉扣挂挂篮悬臂施工工艺。截至目前,国内斜拉扣挂挂篮悬臂浇筑施工工艺建成桥梁中,属2018年建成的重庆涪陵乌江大桥复线桥主跨220m箱型混凝土拱桥跨度最大。斜拉扣挂悬臂浇筑施工工艺建桥可降低对大吨位缆索吊装要求,拱圈整体性好,施工组织难度有所降低,但因悬臂段较长,拱桥施工过程受力工况复杂,线形难于控制,施工风险大。同时对扣锚系统有较高要求,结构跨度受到一定程度限制,技术难度大大增加。为确保结构安全,进一步发挥此项工艺在建桥技术上的优势,适应更大跨度需要,缩小与国外该项技术水平的差距,进一步研究、探索大跨度悬臂浇筑箱型拱桥建造技术具有重要意义。本文针对的斜拉扣挂悬臂浇筑大跨度钢筋混凝土箱型拱桥施工工艺,主要研究内容以及成果如下:(1)斜拉扣挂悬臂浇筑法施工大跨径箱型拱桥,大吨位钢混塔架结构设计与施工技术是斜拉扣挂法施工技术中重要部分。大吨位塔架需要承载施工阶段扣背索较大竖向、水平分力,同时塔架需要承受轻型缆索吊装系统以及吊装荷载,通过复杂的受力工况分析,选择塔架以及锚箱体系。塔架的选择力求采用固有墩柱,降低塔架搭设高度,降低施工难度。(2)大吨位扣背索体系结构设计与施工关键问题在于单束扣背索拉力较大,需要根据施工现场具体情况尽量采用岩锚的方式较为方便。由于背索单束拉力较大,采用通过转换多束岩锚对应一束背索的转换体系。考虑到悬臂施工过程中,扣索与背索的拉力在不断变化,为了解决低应力下锚具的可靠性问题,采用钢绞线束防止退张系统。由于扣索与背索涉及不同张拉角度,塔架上的锚箱设计需要适应多个角度,研究采用球面锚具来适应多角度张拉的解决方案。(3)大跨径箱型拱桥拱脚段及挂篮悬臂施工研究,在保证结构安全的前提下,重点考虑施工方便性和可操作性,拱脚段可采用根部预埋工字钢与端部斜拉方式,也可以直接采用楔形支架体系平台。若采用楔形支架平台,在浇筑混凝土时宜分两次,应充分考虑第一次浇筑最低刚度要求,避免导致拱脚根部混凝土开裂。(4)大跨径箱型拱桥悬臂浇筑不同于普通连续梁悬臂浇筑工艺,挂篮的设计需要考虑爬坡、止退,挂篮的结构形式设计与施工方便性联系十分紧密,线形监控过程动态调整,过程控制难度较大。(5)大跨径箱型拱桥悬臂浇筑两阶段合龙解决方案及结构稳定性安全分析控制。国内目前该类工艺建造的拱桥最大跨度远不及国外跨度水平,考虑到结构安全,设计上力求尽早形成稳定的成桥拱形受力状态。基于此,较大跨度设计上可考虑悬臂浇筑至某阶段,采用劲性骨架先期合龙,后续继续采用挂篮悬臂浇筑,解决扣挂系统安全,从而实现该类桥梁向更大跨度方向发展的安全性。
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