大跨度鋼筋混凝土拱橋斜拉扣掛法懸臂澆筑施工關鍵技術.doc

大跨度鋼筋混凝土拱橋斜拉扣掛法懸臂澆筑施工關鍵技術尹洪明 郭軍 肖霑（中交一公局四公司 廣西南寧 530000）摘要:鋼筋混凝土拱橋懸臂施工法分為懸臂拼裝法和懸臂澆筑法兩大類。懸臂澆筑法主要采用掛籃懸臂澆筑施工，根據(jù)國內(nèi)外目前的工藝技術又可以分為采用塔架斜拉扣掛法和懸臂桁架澆筑法。而懸臂澆筑法施工的拱橋在國內(nèi)日前僅建成3座，都采用塔架斜拉扣掛法施工，且因為施工情況又存在不同，技術理論不夠完善，整體還處在起步階段，為進一步完善懸臂澆筑拱橋的施工技術，本文以在建的馬蹄河特大橋為背景，談論大跨度塔架斜拉扣掛法懸臂澆筑拱橋的關鍵施工技術控制。關鍵詞:懸臂澆筑 斜拉扣掛 箱拱 掛籃 索力優(yōu)化 施工技術0 前言拱橋是一種以受壓為主的結構,受力合理, 外形美觀, 是我國公路上廣泛采用的一種橋梁體系。隨著鋼筋混凝土的出現(xiàn)，拱橋的施工技術得到提升，跨越能力增大，大跨度混凝土箱拱造價低廉、施工方便、養(yǎng)護簡單，在我國適合貴州、廣西、云南等多山地區(qū)。制約混凝土箱拱跨度的一個重要因素是施工方法，拱橋的施工方法一般有纜索吊裝法、勁性骨架法、轉體施工法、懸臂施工法、懸臂施工與勁性骨架組合法等。小跨度箱拱可以采用支架施工或分多個節(jié)段吊裝，隨著跨度增大，山區(qū)溝谷多，環(huán)境條件限制，提出采用的懸臂施工法更能適應山區(qū)拱橋發(fā)展。懸臂法分為懸臂拼裝法和懸臂澆筑法，我國鋼筋混凝土拱橋發(fā)展在20世紀70年代得到提升，伴隨無支架纜索吊裝技術的成熟和設計方法進步，才逐漸出現(xiàn)了大跨度的鋼筋混凝土懸臂拼裝拱橋。90年代后先后建造了跨度最大的中承式鋼筋混凝土廣西邕林邕江大橋（312m,1996年）和世界第一跨的鋼管混凝土勁性骨架鋼筋混凝土拱橋重慶萬州長江大橋（420m，1997年）。然而，隨著時間發(fā)展，國家對工程質量、技術要求更高，懸臂拼裝法需要足夠大的預制空間和吊裝能力，且成拱后拱圈接頭多，整體性不高，在進幾年開始推廣掛籃懸臂澆筑施工的鋼筋混凝土拱橋，由于主拱圈采用掛藍澆筑一次成形、無需分環(huán)、工藝簡單、整體性好、施工中橫向穩(wěn)定和抗風性能好、運營階段養(yǎng)護費用低、耐久性好的特點。而在國外，20世紀60年代就開始采用懸臂澆筑施工拱橋，目前施工技術已經(jīng)比較成熟，最大跨徑由德國2000年建造的WildeGera橋，跨徑252m，我國建成掛籃懸澆拱橋僅有三座，2007年凈跨150m的白沙溝1#大橋、2009年凈跨182m的新密地大橋，2010年凈跨165m的木蓬特大橋，以及在建凈跨180m的馬蹄河特大橋，且都采用斜拉扣掛懸臂澆筑施工。1 工程簡介馬蹄河特大橋位于貴州省德江縣境內(nèi)，是沿河至德江高速公路建設的重點工程，該橋為上承式鋼筋混凝土空腹箱型拱橋，橋跨布置為2×30mT梁+180m主跨+2×30m預制T梁，主跨橋面板為15×13m空心板，全橋長327.595m，分左、右幅。主橋為鋼筋混凝土箱形拱橋，凈跨徑180m，凈矢高32m，凈矢跨比1/5.625，拱軸系數(shù)1.756，為等高截面懸鏈線拱，拱圈截面為單箱雙室，橫向寬7.5m,高3.3m，整個拱箱分29個節(jié)段施工，其中兩岸各設一個拱腳現(xiàn)澆段，采用“斜拉支架法”施工，拱頂設一個吊架澆筑合攏段， 拱圈2-14#節(jié)段采用掛籃進行澆筑，其中2#節(jié)段長度最長，為7.579m，3#節(jié)段重量最大，為221.5t。設計荷載公路I級，主橋抗震烈度按7度設防,橋型立面布置圖如圖1所示。圖1 馬蹄河特大橋橋型立面布置圖（尺寸單位：cm）2 塔架斜拉扣掛懸臂澆筑法馬蹄河特大橋主拱圈采用掛籃懸臂澆筑施工完成，根據(jù)拉索扣掛方式為塔架斜拉扣掛法，區(qū)別于懸臂桁架澆筑法。塔架斜拉扣掛法是國外采用最早、最多的大跨徑鋼筋混凝土拱橋無支架施工的方法。此法的施工要點是: 在拱腳墩、臺處安裝臨時的鋼或鋼筋混凝土塔架, 用斜拉索一端拉住拱圈節(jié)段, 另一端繞向臺后并錨固在巖盤上, 這樣逐節(jié)向河中懸臂施工, 直至拱橋拱頂合龍，再進行拱上立柱、橋面板施工。圖2 斜拉扣掛懸臂澆筑施工示意圖懸臂桁架法, 也稱斜吊式懸澆法, 此施工原理是:在施工過程中，主拱圈、拱上立柱和橋面板等同時向跨中施工, 并與臨時斜拉索構成變高度的懸臂桁架，此種方法每個循環(huán)工序都需要完成拱圈、立柱、橋面板施工，工序之間銜接緊密，且橋面板的設計因保證具有抗拉強度高的特點，如采用鋼梁。對設計和施工都提出較高的水平，在我國尚未施工先例。圖3 懸臂桁架法現(xiàn)澆拱橋施工示意圖3 施工控制概述橋梁施工控制特點是在施工過程中采用有效的技術措施保證結構的安全和特征狀態(tài)符合設計要求，滿足最終成橋狀態(tài)。過程中采取動態(tài)控制法，主要判別方式是通過監(jiān)控量測進行分析、修正，以此達到預想要求。4 懸臂澆筑法拱橋關鍵技術控制馬蹄河特大橋采用的是懸臂澆筑施工中的斜拉扣掛法，施工控制的關鍵結構為掛籃、扣掛系統(tǒng)、索力，主要涵概結構體的設計分析、運行監(jiān)測控制。圖4 馬蹄河特大橋掛籃懸澆施工簡圖4.11#節(jié)段斜拉支架法拱圈第一節(jié)段拱圈長10.284m，寬7.5m，高3.3m，單箱雙室結構，采用C50混凝土，方量為155.9m³，重量為405.4t。根據(jù)現(xiàn)場測量的實際情況，2#拱座邊緣靠近懸崖邊線，3#拱座左幅邊緣離基座邊緣最小距離為0.5m，最大距離為5.9m，不能滿足現(xiàn)澆段8m寬度的要求，故不能采用常規(guī)的落地支架施工。分別從施工成本、施工工期、施工速度及難易程度等進行了比較，推薦采用斜拉支架（墩柱作為斜拉塔柱），即第四種方案，支架比選方案見下表：表 1現(xiàn)澆段支架比選方案序號支架類型優(yōu)點缺點結論1落地支架（鋼管支架或滿堂支架）工藝成熟，施工簡單；支架施工速度塊；安全性高；支架成本較低；支架沉降可控；可與墩柱同時開始施工，節(jié)約工期對地基承載力要求較高，受地形條件限制，無法搭設落地支架；不可用2懸臂支架（在拱座上預埋型鋼支架，靠支架本身剛度作為支撐）結構簡單，支架施工速度快；可與墩柱同時開始施工，節(jié)約工期；型鋼剛度要求高，鋼材用量多；變形較大；安全性較低；不可用3斜拉支架（在拱座上安裝鋼管，在鋼管中灌注混凝土，形成塔柱，采用鋼絞線作為斜拉索將支架錨固于鋼管上，形成斜拉支架）可與墩柱同時開始施工，節(jié)約工期；鋼管混凝土塔柱工藝成熟，施工簡單，施工速度快；鋼管混凝土塔柱不可回收，拆除困難；成本高；塔柱上錨固點設置復雜，且變形較大，安全性不高；可用4斜拉支架（利用墩柱作為斜拉支架的塔柱，扣索采用精扎螺紋鋼筋，反拉錨索采用鋼絞線錨固于承臺上）充分利用了現(xiàn)有結構物作為斜拉支架的塔柱（墩柱）和后錨（承臺）；墩柱作為塔柱，剛度大，變形小，安全性高；支架變形小，拱圈線性較好；墩柱內(nèi)預埋件多，且預埋精度要求高；需要墩柱施工完成后，方可進行斜拉索的穿索，不能節(jié)約工期；推薦采用4.1.1支架的設計現(xiàn)澆段支架采用交界墩墩柱作塔柱，精軋螺紋鋼筋和鋼絞線作拉索，形成簡易“斜拉橋”的方式進行懸澆，為保證墩柱的受力平衡，對墩柱進行反拉，支架的設計施工必須考慮以下幾個方面：、“斜拉支架”由拱腳處的三角托架和斜拉扣錨索組成，斜拉支架必須承受1#節(jié)段拱圈砼自重和施工荷載，以保證拱圈和拱座交接面不出現(xiàn)裂縫。、“斜拉支架”的斜拉索錨固于交界墩上，會對交界墩產(chǎn)生局部應力集中，同時扣索與錨索受力的不平衡會引起墩頂偏位，因此，該支架方案要求墩頂偏位不大于10mm，墩底拉應力不大于1.83MPa。、1#節(jié)段混凝土澆筑過程中，斜拉支架的斜拉索會逐漸伸長，加之三角托架的非彈性變形，可能導致拱腳頂面出現(xiàn)裂縫。、對斜拉扣錨索的初拉力的確定，以及混凝土澆筑過程中是否進行實時調整索力的問題，這是控制托架標高和墩頂偏位的關鍵因素。針對以上問題，在設計上采取了以下措施：、采用三角托架+斜拉扣錨索形式組成“斜拉支架”，三角支架選用雙拼“H”型鋼，并組合成三角形，增加其剛度和穩(wěn)定性，斜拉扣索選取伸長率較小的高強度精扎螺紋鋼筋，減小非彈性變形；同時，在1#節(jié)段拱圈混凝土澆筑完成后，對拱腳處進行二次振搗，消除支架非彈性引起的表面裂縫。、對斜拉扣錨索在墩柱上的錨固點位置，埋設鋼板，設置應力分散的楔形墊塊，同時監(jiān)控墩頂偏位和墩底應力。、對于斜拉扣錨索初拉力的確定原則是保證三角托架承受索力不變形，且墩柱承受水平力盡量平衡的原則，采取有限元分析進行確定，詳見下一節(jié)支架驗算；如果在混凝土澆筑過程中進行索力調整，則施工非常繁瑣且很難做到實時調整，更容易引起斜拉索受力不均導致結構受力的不明確，故采取一次張拉到位，混凝土澆筑過程中不調索的方式。斜拉支架如下圖所示。圖 5斜拉支架立面圖 圖 6斜拉支架平面圖圖 7斜拉支架扣錨索安裝照片4.1.2支架驗算采用有限元軟件Midas/Civil建立拱圈現(xiàn)澆段斜拉支架模型。三角支架、橫縱向分配梁和交界墩用梁單元模擬，模板用板單模擬，扣錨索用只受拉桁架單元模擬。主要檢查支架的變形和應力，墩柱的拉應力和偏位，扣錨索索力是否滿足規(guī)范要求。如表2所示的各計算工況進行分析，計算結果如下。圖 8支架計算模型圖及結果表 2斜拉支架計算工況序號計算工況工況說明1CS1自重2CS2扣錨索張拉（初張力15t）3CS3現(xiàn)澆段混凝土澆筑完成通過midas/civil計算，墩柱偏位、應力等結果如下表3所示：表 3支架計算結果表序號名稱計算最大值允許值1型鋼支架豎向位移5.1mm11000/400=27.5mm2型鋼支架應力72.9MPa140 MPa3I32工字鋼應力66.1MPa140 MPa4交界墩墩柱偏位0.7mm（河心方向）10mm5交界墩墩底拉應力-0.74MPa（內(nèi)側）、-1.35MPa（外側）1.83 MPa6扣錨索索力24.3t101t4.2懸澆拱橋掛籃4.2.1懸澆拱橋掛籃的設計掛籃作為懸臂法施工的重要部分，其設計不僅要考慮結構受力，因拱橋的掛籃不同于普通梁橋的掛籃，普通梁橋的掛籃多數(shù)在坡度不大的橋面上運行，拱橋的掛籃則要解決較大坡度上的澆筑和行走問題。所以掛籃結構形式選擇將決定施工效率的高低。馬蹄河特大橋的掛籃采用下承式倒三角掛籃，與木蓬特大橋采用的掛籃結構形式形似，但又有所不同，在錨固形式和行走方法得到改進，設計方案整體得到優(yōu)化。圖9 馬蹄河特大橋下承式倒三角掛籃掛籃的結構形式主要有平行弦、弓弦式、菱形、三角形式、斜拉式等，不同的受力特點決定不同的掛籃結構拓撲形式，通過拓撲優(yōu)化設計分析得到的受均布荷載懸臂梁的拓撲形狀就是三角形，對于斜拉式因剛度比較差，所以三角形的主桁結構是最優(yōu)的選擇。掛籃的承重形式按承重結構在混凝土上、下分為上承式掛籃和下承式掛籃，其形式關系到掛籃的重心高低，重心高低決定了掛籃的行走及工作是否平穩(wěn)。三角形掛籃的支撐方式主要為上承式,但上承式主要用于T型鋼構橋、連續(xù)梁橋和斜拉橋，對于拱圈結構，存在變角度機構復雜和重心高影響移動等。經(jīng)過比較采用主桁布置在拱箱下部的下承式，重心底，實踐證明了下承式掛籃適合在在拱圈上的施工及行走。掛籃結構受力明確、傳力直接，由于節(jié)段混凝土重量大，承重結構避免常規(guī)掛腿受力，采用錨固系統(tǒng)的精軋螺紋鋼受力，掛腿僅在掛籃空載時（掛籃行走）受力。錨固結構作用在已澆筑的混凝土節(jié)段上，對于掛籃，相當于中支點作用。考慮到拱圈弧形結構，錨固系統(tǒng)中的錨固箱體設計為球鉸，解決了拱圈弧形角度對掛籃錨固結構受力的影響。掛籃后支點為頂升千斤頂（行走時為后滑輪），可以調節(jié)掛籃傾角滿足拱圈線型要求。主要平衡由懸臂端節(jié)段重量對中支點產(chǎn)生的彎矩作用。掛籃的行走形式采用連續(xù)千斤頂頂推履帶小坦克，使掛籃沿拱圈爬行。連續(xù)千斤頂增加動力、減少反力擋塊的頻繁轉換，履帶小坦克在軌道上滾動前進，摩擦力小，速度快。4.2.2懸澆拱橋掛籃的運行分析掛籃的運行狀態(tài)主要為澆筑狀態(tài)和行走狀態(tài)。澆筑狀態(tài)為靜軋螺紋鋼受力，行走狀態(tài)為掛腿受力。掛籃澆筑施工控制變形、應力，行走控制為效率分析。分別計算典型節(jié)段，工況I：3號節(jié)段（節(jié)段最重且長）砼方量85.2m3，節(jié)段重量221.5t，掛籃與水平夾角30.67°；工況II：13號節(jié)段（傾角小節(jié)段重）砼方量64.3m3，節(jié)段重量167.1t，掛籃與水平夾角3.36°。（1）基于ansys有限元的典型工況分析結果 圖10工況I混凝土作用下掛籃凈位移云圖 圖11工況I掛籃整體應力云圖 圖12工況I掛籃整體位移云圖 圖13工況I掛籃整體軸力云圖表4 有限元分析典型工況最大應力、應變分析因子最大位置工況I工況II最大應力主縱梁與立柱連接處121.4MPa111.46MPa最大變形混凝土箱梁端部對應的主縱梁位置27.53mm19.09mm（2）施工監(jiān)控的典型工況分析結果應力監(jiān)測點為掛籃左、右側兩主縱梁與立柱連接處，變形監(jiān)測點為掛籃懸臂端左、中、右三點，掛籃變形值=懸臂端澆筑前高程-懸臂端澆筑后高程-拱圈懸臂端自身沉降值。表5 施工監(jiān)控典型工況最大應力、應變分析因子監(jiān)測點工況I工況II德江岸應力主縱梁與立柱連接處112.37MPa102.61MPa變形混凝土箱梁端部對應的主縱梁位置24.31mm12.84mm沿河岸應力主縱梁與立柱連接處114.22MPa106.72MPa變形混凝土箱梁端部對應的主縱梁位置25.02mm14.66mm（3）結論分析掛籃最大應力工況I時主縱梁與立柱連接位置，max=114.22MPa<=168Mpa?；炷翝仓瓿珊笾麒熳畲笞冃喂rI時混凝土箱梁端部對應的主縱梁位置，max=25.02<L/350=28.17mm。掛籃強度和變形均滿足要求。4.2.3頂推式履帶小坦克行走機構馬蹄河特大橋到三掛籃行走形式上革新運用了液壓千斤頂+履帶式小坦克組成的“頂推式履帶小坦克”行走機構，具有行走安全、速度快、操作方便、節(jié)約人工的特點。行走系統(tǒng)主要由行走軌道、履帶式小坦克及液壓千斤頂、后滑輪組成。其作用是實現(xiàn)掛籃空載前移功能。行走原理：液壓千斤頂兩端設置前支座、后支座，且前支座與掛籃上的履帶小坦克連接，后支座通過銷軸作用于軌道上。行走過程中，通過銷軸鎖住千斤頂后支座，液壓千斤頂頂推掛籃向前滑行，每行走一個卡銷的距離就鎖住千斤頂前支座即固定小坦克，通過行走千斤頂回油，把后支座往前跟進一個行程再鎖定。如此反復操作，完成行走的行走。圖14 掛籃行走系統(tǒng)模型圖圖15 掛籃行走系統(tǒng)實圖行走技術特點：（1）較傳統(tǒng)掛籃在軌道上滑動相比，履帶小坦克滾動行走摩擦小，速度快。（2）較傳統(tǒng)精軋螺紋鋼牽引相比，液壓千斤頂頂推作用，避免精軋螺紋鋼脆性斷裂風險，施工過程安全性高。（3）連續(xù)千斤頂?shù)膽?，減少了反力擋塊的頻繁轉換，簡化了操作過程，人工投入小。（4）掛籃行走過程人工的操作少，只需油泵控制和插銷鎖定，省去精軋螺紋鋼反復安裝、調整。（5）頂推履帶小坦克行走，相比精軋螺紋鋼牽引，作用力距離變短，掛籃不會左右偏移，避免與拱圈刮擦，行走穩(wěn)定、安全。結論分析：液壓連續(xù)千斤頂”增加了掛籃的動力性能，減少反力擋塊的頻繁轉換。“履帶小坦克”改變傳統(tǒng)掛籃劃船式滑動行走為履帶滾動行走，降低了行走的摩擦力。實踐證明此種行走技術具有行走安全、可靠、周期短、操作方便等特點，適合掛籃在拱圈等坡度較大的橋面上行走。4.3 懸臂澆筑扣掛系統(tǒng)4.3.1扣掛系統(tǒng)的設計扣掛系統(tǒng)中的重要組成部分為扣塔、預應力扣錨索?？鬯切崩蹝旆ㄖ凶蠲黠@的特征，通常在拱腳墩、臺處安裝臨時的鋼或鋼筋混凝土塔架，扣錨索斜掛在扣塔上，與斜拉橋施工形式相似，但受力方面存在很大的區(qū)別?？鬯c扣錨索都是臨時結構，拱圈合攏后要拆除，在施工過程中對拱圈的線性、內(nèi)力影響較大，鋼筋混凝土主拱圈無預應力，混凝土拉應力控制要求高，索力的不合理或微調都有可能導致拱圈混凝土開裂，從而對索力的控制和扣塔強度、剛度、整體穩(wěn)定性提出更高的要求。施工過程中扣塔將承受巨大的豎向力，穩(wěn)定分析時要計入扣塔模型，而且在施工中隨時監(jiān)控其扣塔變形和扣塔應力，以防局部失穩(wěn)。在滿足穩(wěn)定性的前提下對結構的應力和變形進行雙控。馬蹄河特大橋扣塔安裝在拱腳交界墩上。由于受縱坡影響，兩岸交界墩高度不一致，扣塔高度也不一樣，同時對扣錨索設計存在差異。沿河岸扣塔高37m，德江岸扣塔高41m。根據(jù)原設計扣塔為混凝土鋼管扣塔，單幅扣塔橫向設置3排主鋼管，縱向共2層的門式框架結構。主鋼管及部分橫向連接鋼管都需要灌注C50混凝土，錨箱設置3層，每層最多設置12個錨箱?？紤]鋼管中需混凝土澆筑操作難度大、工期長、材料回收率底等問題，將扣塔設計為空心鋼管，采用同規(guī)格尺寸的主鋼管，高度相同，橫向布置4排，縱向2層，并優(yōu)化橫向連接的門式框架結構。 圖16（原方案）混凝土鋼管扣塔 圖17（采用方案）空心鋼管扣塔馬蹄河特大橋扣索和錨索均為預應力鋼絞線。為控制扣塔偏位，扣索與錨索分離，每半跨分13對扣索和錨索，每束由1024根不等的鋼絞線組成?？鬯骱湾^索是扣掛系統(tǒng)的重要組成部分，馬蹄河特大橋的1#-3#扣錨索置于交界墩項，4#-13#扣錨索索置于不同高度的鋼管扣塔上。圖18 扣錨索整體布置圖 表六 沿河岸扣錨索設置表 表七 德江岸扣錨索設置表扣索編號索規(guī)格錨索編號索規(guī)格DJS-124-15.2DJM-1-115-15.2DJS-218-15.2DJM-1-215-15.2DJS-318-15.2DJM-1-315-15.2DJS-415-15.2DJM-2-112-15.2DJS-518-15.2DJM-2-215-15.2DJS-620-15.2DJM-2-318-15.2DJS-718-15.2DJM-3-115-15.2DJS-824-15.2DJM-3-222-15.2DJS-924-15.2DJM-3-322-15.2DJS-1022-15.2DJM-4-122-15.2DJS-1122-15.2DJM-4-224-15.2DJS-1220-15.2DJM-4-322-15.2DJS-1320-15.2DJM-5-122-15.2DJS-1410-15.2DJM-5-210-15.2扣索編號索規(guī)格錨索編號索規(guī)格YHS-124-15.2YHM-1-112-15.2YHS-218-15.2YHM-1-212-15.2YHS-318-15.2YHM-1-312-15.2YHS-415-15.2YHM-2-110-15.2YHS-520-15.2YHM-2-215-15.2YHS-620-15.2YHM-2-318-15.2YHS-718-15.2YHM-3-115-15.2YHS-824-15.2YHM-3-222-15.2YHS-924-15.2YHM-3-322-15.2YHS-1022-15.2YHM-4-122-15.2YHS-1124-15.2YHM-4-222-15.2YHS-1220-15.2YHM-4-322-15.2YHS-1320-15.2YHM-5-120-15.2YHS-1410-15.2YHM-5-210-15.24.3.2扣塔的結構狀態(tài)分析基于midas civil空間桿系有限元分析,模型中的單元包括混凝土交界墩、鋼扣塔塔架、錨索、扣索、混凝土拱圈，其中張拉錨梁、墊梁、斜撐、平聯(lián)截面按封閉截面計算。此處驗算只例出典型工況分析結果。圖19 midas civil空間桿系有限元分析模型圖(1)扣塔典型工況變形結果 圖20 8#節(jié)段懸澆施工扣塔縱向位移圖（mm） 圖21 9#扣錨索2張施工扣塔縱向位移圖（mm） 圖22 12#扣錨索2張施工扣塔縱向位移圖（mm） 圖23 14#扣錨索1張施工扣塔縱向位移圖（mm）（2）扣塔典型工況桿件應力結果 圖24 8#節(jié)段懸澆施工扣塔應力圖（MPa） 圖25 9#扣錨索2張施工扣塔應力圖（MPa） 圖26 12#扣錨索2張施工扣塔應力圖（MPa） 圖27 14#扣錨索1張施工扣塔應力圖（MPa）（3）整體穩(wěn)定性計算結果圖28 最大懸臂狀態(tài)縱橋向一階模態(tài)圖29 最大懸臂狀態(tài)橫橋向一階模態(tài)圖30 最大懸臂狀態(tài)縱橋向二階模態(tài)圖31 最大懸臂狀態(tài)橫橋向二階模態(tài)根據(jù)馬蹄河特大橋拱圈懸澆施工全過程中扣塔計算結果得到以下結論：1、施工過程控制扣錨索張拉程序和索力，在拱圈各節(jié)段懸臂澆筑施工過程中，扣塔塔頂縱橋向位移控制在30mm以內(nèi)，滿足設計文件要求。2、在拱圈各節(jié)段懸臂澆筑施工過程中，扣塔各桿件受力均勻、合理，最大應力為14#節(jié)段扣錨索第一次張拉，106.72Mpa=175Mpa，強度滿足規(guī)范要求。3、最不利工況下，拱圈最大懸臂狀態(tài)的一階線彈性整體穩(wěn)定安全系數(shù)為27.5，滿足規(guī)范要求，因此在拱圈懸臂澆筑施工過程中，扣塔整體穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，具有一定安全儲備。4.4扣錨索力優(yōu)化采用懸臂法澆筑的混凝土拱圈中，扣索索力不僅會影響拱圈線形，還會影響到已經(jīng)澆筑的拱圈截面應力，混凝土抗拉強度下，不能大幅度調整扣索力來調整拱圈線形，否則會導致拱圈結構拉應力過大而開裂。索力計算必須滿足施工階段線型合理及內(nèi)力安全前提下，使得拱圈在成橋后逼近預期線型和最佳受力狀態(tài)。掛籃懸臂澆筑拱橋索力計算步驟有兩步：（1）確定合理的成橋狀態(tài)，在此狀態(tài)下，拱圈所承受的恒載和活載共同作用下結構內(nèi)力、線型達到某一目標。（2）根據(jù)施工過程計算索力，保證施工過程拱圈內(nèi)力和線型滿足設計要求，且最終成橋狀態(tài)逼近設計預期。索力計算按不同理論方法有：數(shù)值法（零位移法）、解析法（力矩平衡法、零彎矩法）和優(yōu)化算法（零階優(yōu)化法、一階優(yōu)化法）。目前常用的是優(yōu)化算法。馬蹄河特大橋拱圈共29個節(jié)段，兩個現(xiàn)澆段和1個合攏段。基于ansys零階優(yōu)化模塊，一整個施工過程中的拱圈結構彎曲應變能為目標函數(shù)，以扣索索力為變量，以施工過程中拱圈截面最大應力狀態(tài)為變量，進行懸澆拱斜拉扣掛法索力優(yōu)化。優(yōu)化設計目的在于尋求滿足所有指定約束條件，而且能使得某一給定的目標趨于最小值。通過優(yōu)化得到最佳初始張拉力和補張拉力。由兩岸索力值相差不大，此處僅例出單岸索力值及預抬值。下表為混凝土節(jié)段重量和索力值、預抬值。表8 拱圈節(jié)段重量表類別1234567C50（m3）155.982.885.272.870.567.567.5重量（t)405.4215.3221.5189.3183.2175.5175.5類別891011121314C50（m3）66.166.264.46563.864.344.6重量（t)171.7172167.4168.9165.8167.1116表9 半幅拱圈索力初始張拉值及預抬值節(jié)段預抬值（mm)索工況張拉值（kN）索工況張拉值（kN）1#節(jié)段201#扣索初張拉力13901#錨索初張拉力7702#節(jié)段142#扣索初張拉力9352#錨索初張拉力7202#扣索補張拉12142#錨索補張拉9463#節(jié)段383#扣索初張拉力7923#錨索初張拉力7523#扣索補張拉10413#錨索補張拉9704#節(jié)段614#扣索初張拉力7044#錨索初張拉力5284#扣索補張拉8954#錨索補張拉6565#節(jié)段1005#扣索初張拉力6005#錨索初張拉力535松1#扣索0松1#錨索05#扣索補張拉9955#錨索補張拉8756#節(jié)段1376#扣索初張拉力7896#錨索初張拉力785松3#扣索力一半520.5松3#錨索索力一半4856#扣索補張拉12126#錨索補張拉12007#節(jié)段1817#扣索初張拉力7207#錨索初張拉力790松3#扣索0松3#錨索07#扣索補張拉9507#錨索補張拉10328#節(jié)段2158#扣索初張拉力9008#錨索初張拉力8808#扣索補張拉10708#錨索補張拉10259#節(jié)段2429#扣索初張拉力9909#錨索初張拉力10009#扣索補張拉12289#錨索補張拉141110#節(jié)段28210#扣索初張拉力104310#錨索初張拉力1011松5#扣索0松5#錨索010#扣索補張拉132310#錨索補張拉115911#節(jié)段30611#扣索初張拉力123711#錨索初張拉力134711#扣索補張拉137711#錨索補張拉142512#節(jié)段33312#扣索初張拉力119512#錨索初張拉力1386松7#扣索0松7#錨索012#扣索補張拉151912#錨索補張拉176513#節(jié)段34313#扣索初張拉力139413#錨索初張拉力152713#扣索補張拉158713#錨索補張拉158914#節(jié)段36514#扣索初張拉力70814#錨索初張拉力907 索力為大氣溫度為15時的張拉力。張拉時溫度較15每增加1，索力需較少2.8kN,相反，張拉溫度較15每降低1，張拉索力對應增加2.8kN；初始張拉（第一次）時在混凝土澆筑完成且強度達到85%后，補張拉（第二次）是在掛籃前移后，綁扎鋼筋之前進行；索力張拉，應左右側對稱、扣錨索分級對稱張拉。施工過程控制要素主要為扣塔墩頂偏位因滿足±3cm以內(nèi)，拱圈節(jié)段混凝土拉應力1.83MPa。由上表可知，最大索力為13#節(jié)段扣索20-15.2鋼絞線為1587kN，13#節(jié)段錨索22-15.2鋼絞線為1589kN，鋼絞線安全儲備大。5 總結馬蹄河特大橋于2015年5月18日完成左右幅拱圈合龍，說明施工過程1#斜拉支架設計、掛籃的設計、扣掛系統(tǒng)的設計都很合理，索力優(yōu)化滿足拱圈應力控制、線型要求，在整個施工過程得到有效控制。針對“V”形峽谷而無法搭設落地支架的拱橋現(xiàn)澆施工，本文提供了利用墩柱作為塔柱、精扎螺紋鋼筋和鋼絞線為扣錨索而形成簡易“斜拉橋”形式的斜拉支架思路，也是國內(nèi)第一個采用此工藝進行拱圈現(xiàn)澆段施工的拱橋；同時也打破了拱圈第一節(jié)段采用落地支架施工的傳統(tǒng)觀念，為拱橋現(xiàn)澆段的設計提供了新的思路，可以在設計時就考慮采用斜拉支架或掛籃施工，這為增大懸澆拱橋跨徑具有推動作用，同時也開啟了拱圈1#節(jié)段采用掛籃施工的研究方向。斜拉扣掛法懸臂澆筑拱橋具有結構整體性好、造價相對低、后期維護費用低、施工工期快的優(yōu)勢，在100m-300m跨徑的橋型選擇上比矮塔斜拉橋、連續(xù)剛構橋具有很大優(yōu)勢。目前，懸澆拱橋許多研究還停留在理論階段，而本文對掛籃懸澆拱橋的成功運用，為山區(qū)橋梁施工開辟了一種優(yōu)秀的施工工藝，值得大面積的推廣，希望能對為今后同類型橋梁施工提供參考和借鑒價值。 參考文獻1徐君蘭，鞏海帆，大跨度橋梁施工控制.北京:人民交通出版社，20002裴賓嘉,曹瑞,彭勁根,聶東,熊國斌,何勇,張武先. 拱橋懸臂澆注掛籃的設計和創(chuàng)新J. 公路,2008,01:98-104.3劉輝. 大跨徑鋼筋混凝土拱橋懸臂桁架澆筑法施工技術研究D.重慶交通大學,2013.4劉建武. 鋼筋混凝土拱橋主拱圈懸臂澆筑施工技術研究D.重慶交通大學,2012.5涂光亞,顏東煌,袁明,唐東. 大跨度混凝土箱形拱橋采用斜拉扣掛法多段懸臂拼裝施工的施工控制A. 中國土木工程學會橋梁及結構工程分會、重慶市建設委員會、重慶市交通委員會.第十七屆全國橋梁學術會議論文集（下冊）C.中國土木工程學會橋梁及結構工程分會、重慶市建設委員會、重慶市交通委員會:,2006:7.6朱波. 大跨徑鋼筋混凝土拱橋懸臂澆筑施工控制技術研究D.重慶交通大學,2012.作者簡介 尹洪明（1975-），男，重慶人，大學本科，高級工程師，主要從事橋梁建設及管理工作郭軍（1986-），男，四川人，大學本科，工程師，主要從事橋梁建設及管理工作 肖霑（1989-），男，四川人，大學本科，助理工程師，主要從事橋梁建設及管理工作