内容摘要：箱型拱施工方法常采用支架法、悬拼法施工。龙场渡槽是大跨度的箱型拱式渡槽，拱跨200m，拱顶至河水位高差约242m，以上两种施工方法均不适用该渡槽箱型拱施工，经研究，该渡槽主拱圈采用缆索吊＋挂篮悬臂浇筑的扣挂法新工艺施工。本文详细阐述了扣挂系统总体构造、缆索吊机及塔机系统、塔架系统、扣锚索系统、后锚系统及挂篮系统，可为类似工程提供较好且可靠的借鉴。
关键词：
1.工程概况
龙场渡槽是黔中水利枢纽一期工程总干渠最大跨度的箱型拱式渡槽，总长330m，采用单跨拱，拱跨200m，为国内目前已知最大拱跨的钢筋混凝土渡槽。主拱为变截面悬链线箱型拱，矢高40.35m，矢跨比1/5，拱轴系数m=2.24，拱箱截面高3.5m，截面宽度从拱顶至拱脚按二次抛物线变化，拱顶截面宽5.5m，拱脚截面宽12.0m。主拱设置三个箱室，采用C45混凝土，拱座一期采用Ｃ20混凝土，二期采用C25混凝土。拱上布置13副排架用于支承渡槽槽壳，排架间距15.0m，采用Ｃ25混凝土单排架，排架柱尺寸随排架高度不同而变化，主拱中点位置的排架柱高度为1.6m，排架柱截面尺寸为0.4m×0.7m；两端拱座上的排架最大高度达41.817m，排架柱截面尺寸为5.0m×2.5m（空心墩）。槽壳为Ｕ型槽壳，采用Ｃ35混凝土，宽5.4m，高4.6m，设计流量Q=20.759m3/s。龙场渡槽纵剖面图如图1，主拱断面和平面图如图2。
图1 龙场渡槽纵剖面图
图2 主拱断面和平面图
2.总体方案
根据龙场渡槽的结构特点和地形特点，渡槽主拱圈采用缆索吊＋挂篮悬臂浇筑的扣挂法新工艺施工。
2.1 扣挂系统总体构造
本渡槽设计的扇形式扣挂系统，主要包括塔架系统、扣锚索系统及后锚系统三大部分。塔架安置于4＃和18＃号槽墩墩帽顶，高36.0m，采用630×(10～16)管径相同、壁厚不等的螺旋焊管通过平联连接而成。扣索和锚索均采用预应力钢绞线，每半跨分20对扣索和锚索，每束由10～18根不等的钢绞线组成；后锚系统利用永久结构的墩(或台)，设计成轻型重力锚结合预应力岩锚结构。渡槽扇形式扣挂系统总体布置如图3所示。
图3 龙场渡槽扣挂系统总体布置图
2.2 扣挂系统特点
（1）充分利用了4#和18#槽墩，在槽墩上塔设8根Φ630×(10～16)钢管组成扣塔和缆索吊的主塔架，这样不仅降低了直接塔设塔架的费用，而且使缆索吊主塔架和扣挂系统的扣塔两者共用，施工速度快，成本低。
（2）扣索系统的后锚索分别锚固在拱脚两侧1#（21#）、2#（20#）槽墩的承台上，缆索吊后锚锚固在1#和21#承台上，在承台浇筑时预埋钢管混凝土桩，这样充分利用了既有设计结构，避免了对环境的破坏、加快了施工速度，降低了施工措施费用。
（3）扣索与后锚索分离，不但有效控制了扣塔偏位，而且钢绞线不弯曲，直线张拉，因此扣索、锚索及扣塔受力明确，加大了系统的抗风险能力。
（4）采用强度高、延伸量小、承载力大且变形稳定的钢绞线作为扣锚索，可减少施工过程中不稳定索的非弹性变形。
（5）采用千斤顶作为施工机具，施力准确，施工精度高。
3.缆索吊机及塔机系统
3.1 缆索吊机
为解决龙场渡槽施工过程中水平运输和垂直运输需要，其中主要包括挂篮、模板、钢筋及混凝土等，采用15t的缆索吊机，缆索吊机的设计参数如下：
主跨L=200m；
最大吊重T=150kN；
主塔高度77.8m；
承重绳直径ф承=52mm；
起重绳直径ф起=19.5mm；
牵引绳直径ф牵=19.5mm。
承重绳为2-1ф52mm的钢丝绳，起重绳为2-1ф19.5mm的钢丝绳，牵引绳为2-2ф19.5mm的钢丝绳，钢丝绳均为6×37型钢丝绳，起重牵引作业均采用8t卷扬机进行，起重绳均通过自重1t、载重20t四轮起重跑车组走四线，牵引绳走一线。
缆索吊机的组成部分有主塔系统、主索系统、牵引系统、起重系统、主锚锭系统、缆风系统等。
3.2 塔机
为安装主塔架钢管及缆索吊根部附近的拱块施工，本工程分别在4#、18#槽墩处设置自升式塔式起重机，塔机型号为QTZ50（5013），塔机的设计参数如下：
前臂长50m；
最大起重量6t；
最大提升高度140m；
在50m的地方最大起重量为1.3t。
4.塔架系统
塔架系统方案在采用万能杆件拼装和钢管柱拼装两种方案中比选，经优化比选，最终选择纵槽向布置2排，横槽向布置4排的8肢钢管方案。主肢钢管采用630×(10～16)管径相同、壁厚不等的螺旋焊管，塔底与预埋在交界槽墩墩帽顶的钢板焊接连接。经计算，塔架高度定为36m，根据塔架高度和扣锚索布置情况，主肢钢管竖向分为6段（每节钢管6m），钢管接长采用法兰盘或通过锚箱支承梁用螺栓进行连接。横槽向主肢钢管间距0.8m+1.0m+0.8m，横联是通过325×7的钢管相贯焊接，纵槽向主肢钢管中到中间距为1.4m，用325×7的钢管通过相贯焊接。扣塔顶最外侧立柱钢管中心布置索鞍，通过焊接固定于塔顶。扣塔整体布置如图4 所示。
图4 扣塔系统总体布置
5.扣锚索系统
扣锚索系统包括扣索、锚索、钢锚箱、扣锚索锚固端P型锚及张拉端锚具。
扣锚索采用钢绞线制作，其优点是钢绞线相对于钢丝绳具有强度高、变形小、用量少、受力十分明确且标高控制容易等诸多优点，故此扣挂系统中的扣索和锚索均采用钢绞线。
半跨主拱圈共分20节段，每节段5.0m，各节段均设扣索和锚索，分离的扣、锚索通过钢锚箱连接构成扣锚索系统，其中第1～7号独立锚箱置于交界墩盖梁顶；8～20号组合锚箱焊接于塔架系统的锚箱支承梁上。每组扣(锚)索3束，对称布置于主拱圈边腹板与隔板交界处。扣锚索均采用强度标准值1860MPa低松弛高强度钢绞线，依据各扣索的最大索力不同，分别采用10～18根不等。
通过千斤顶张拉扣、锚索实现主拱圈标高调整。扣索和锚索均采用单端张拉，张拉端位于锚箱上，固定端分别位于箱拱齿板处和后锚远离交界墩一侧的端面处。所有预应力固定端均采用P型锚具，结构受力明确。
目前采用较多的调索理论有：人工判别调索法、最小二乘法、卡尔曼滤波法。龙场渡槽项目利用MIDAS Civil和ANSYS软件建立阶段施工模型，首先根据经验进行前进分析，然后再进行倒拆分析。根据数值分析结果，利用最小二乘法原理，采用人工经验判别试算法确定各阶段的调索情况。
施工过程中的索力调整采用后锚点的预埋件分为型钢+精轧螺纹钢，通过千斤顶顶推移动横梁达到张拉扣索的目的，预埋精轧螺纹钢的各预埋转换、张拉、部件如图5所示。
图5 扣索索力调整转换器
6.后锚系统
目前锚碇综合起来有三种形式分别为倒抽法锚碇、正抽法锚碇、梁体张拉钢筋法锚碇。龙场渡槽扣挂系统锚碇采用梁体张拉钢筋法锚碇，其锚垫板与扣塔锚箱的锚固位置相对应，保证锚索平行布置，同时使对应的锚索和扣索在同一水平线上。
根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）的悬浇箱拱锚碇抗拔和抗滑移安全系数≥2的要求，设计了龙场渡槽的锚碇系统。具体锚固在拱脚两侧1#（21#）、2#（20#）槽墩的承台上，缆索吊后锚锚固在1#和21#承台上，承台在原设计基础上加大尺寸，其中1#槽墩锚碇构造如图6所示。
图6 1#槽墩锚碇构造图
7.挂篮系统
龙场渡槽主拱为变截面悬链线箱型拱，拱箱截面高3.5m，截面宽度从拱顶至拱脚按二次抛物线变化，拱顶截面宽5.5m，拱脚截面宽12.0m。主拱圈采用挂篮悬臂浇筑法进行施工。拱圈纵向共分为40个节段，每节段5m，其中两岸拱脚位置节段为支架现浇段，拱顶设一个吊架浇筑合拢段，其余各节段为悬浇段。
本渡槽采用的悬浇挂篮基于拱圈宽度较宽、拱圈倾斜及每节段的角度均在变化等特点，采用下承上行式斜爬挂篮，从拱脚对称的向拱顶浇筑。该挂篮的特点在于将承重桁架系统与底篮支承系统结合，主桁三角形桁架倒置于箱梁的底部，在主桁的上弦搁置型钢作分配梁，在分配梁上放置底模；悬臂浇筑时，将主桁及模板系统用拉杆提起紧贴箱梁的底部，在后支点上设置千斤顶调整底模前端标高，并于中横梁的后部设置抗剪臂，抵抗箱梁浇筑时产生的下滑力，此时挂钩脱空，不参与受力；行走时，松开拉杆、抗剪臂及后支点的千斤顶，将整个挂篮通过挂钩悬挂在箱梁的顶面，后支点受力转换为反力轮，通过顶推挂钩使挂篮前移。
挂篮包括主桁系统、止推系统、支反力系统、走行系统、模板系统、工作平台、安全防护等。主桁采用三角形构造，全长16.0m，桁高4.30m，总高8.30m，两三角主桁片中心距为5.0m，一套挂篮重41.7t（包括模板），挂篮设计承载能力200t，安全系数为1.4。
8.结束语
龙场渡槽主拱圈采用缆索吊＋挂篮悬臂浇筑的扣挂法新工艺施工，施工环境较恶劣，技术含量高，施工难度大，质量难以控制，作为箱拱悬浇新工艺核心系统之一的扣挂系统的设计，重要性不言而喻。本渡槽的扣挂系统充分利用上承式箱拱的结构特点( 尤其是交界墩和永久结构墩台)，总结以往扣挂系统基础上，提出扇形式扣挂的概念，此系统采用钢管壁厚分层高，扣锚索分离且分多层设置，既符合力学原理又经济实用，力学概念清晰；通过降低塔架重心，从而提高结构整体稳定性。同时为采用斜拉扣挂施工的桥梁提供更具经济竞争力的扣挂系统，达到既保证安全又进一步降低工程成本的目的。
参考文献：
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［2］ 郭吉平，韩洪举.一种新型扣挂系统设计［J］.施工技术，2012年5月上：83-86.
［3］ 白宝鸿，张玉娥，牛润明等.钢管混凝土拱桥扣挂法施工设计［J］.桥梁建设，2005年第3期：44-47.
［4］ 何良俊.木蓬特大桥挂蓝施工工艺探讨［J］.城市建设理论研究，2012年第12期.
论文作者:吕春雷
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第6期
论文发表时间:2017/7/31
标签：渡槽论文; 系统论文; 挂篮论文; 缆索论文; 拱圈论文; 截面论文; 排架论文; 《建筑科技》2017年第6期论文;