500米级钢管混凝土拱桥斜拉扣挂悬拼技术

郑皆连教授1968年针对拱桥拱圈架设开发了钢丝绳斜拉扣挂悬拼松索合龙工法，建成了跨径46 m 的灵山三里江桥，首次实现了拱桥无支架施工。该工法是在放松扣索和起重索过程中完成拱的体系转换，拱肋应力可近似按在支架上架设计算。此工法悬拼、合龙速度快，但合龙是在动态中完成，拱肋分段太多，保证安全和精度有一定困难。实践证明，拱肋在5段以内、跨径100 m 左右悬拼施工安全和精度有保证。因为扣挂系统简单，钢丝绳斜拉扣索前后锚固方便，可重复使用，用卷扬机收放，滑轮组减力，所以施工费用低。按每平方米桥面计算对比，采用此法施工的100 m 跨径左右的混凝土拱桥与30 m跨径混凝土简支梁桥的单价持平。上千座拱桥的拱圈采用了此工法完成架设，其代表是1972年建成的长沙湘江双曲拱大桥，其总长1 250 m、最大跨径76 m；1978年建成来宾红水河钢筋混凝土箱形拱桥跨径（90＋90＋105）m，是广西第一座钢筋混凝土箱形拱桥，也是我国当时最大的钢筋混凝土连续拱桥；1991年建成的平南浔江钢筋混凝土箱形拱桥，跨径8×96 m，是迄今为止最长的连拱桥。这些箱形混凝土拱桥拱圈由若干小箱组成，箱间现浇混凝土连接形成拱圈。采用小箱是为了减轻吊运重量，小箱分段预制，吊运至跨中，钢丝绳斜拉扣挂悬拼松索合龙，分段长度受缆吊系统吊运能力控制。通常跨径100 m以下分3段，100 m以上分5段，建成后如图1-12所示。

图1-12　典型钢筋混凝土箱形拱桥

1994年，郑皆连教授又开发了钢绞线斜拉扣挂悬拼合龙后松索工法，在悬拼过程中拱段逐段扣挂、逐段固结，合龙段按龙口实际丈量数据配切，进行无应力合龙，就完成了从悬臂梁到拱体系转换。随后逐次放松并拆除扣索，完成拱圈的架设。此时拱圈的应力是悬臂梁应力加成拱后放松扣索在拱圈产生应力之和。在悬拼过程中，拱圈节段是通过千斤顶收放钢绞线斜拉扣索来实现的，精度可达到毫米级，无论拼装段数多少，架设安全和精度都是可以保证的。1994年首次成功应用于跨径312 m邕宁邕江桥的钢管劲性拱骨架悬拼安装，该桥是当时世界最大跨径的混凝土肋拱桥；1996年，当时世界最大跨径混凝土拱桥——万县长江大桥用此工法完成了分36段的钢管劲性骨架悬拼架设；1998年，广西柳（州）南（宁）高速路来宾磨东大桥跨径180 m 的混凝土箱形拱，分28段的拱肋也是用此工法架设；2014年云桂铁路跨径416 m 的南盘江特大桥，分38段的钢管劲性拱骨架同样采用此工法架设。这些桥拱圈实现了高精度和安全架设。采用该工法完成了数百座拱桥拱圈或劲性拱骨架的架设，包括跨径550 m的卢浦大桥、跨径530 m的合江长江一桥（图1-13），以及跨径445 m 的沪昆高铁北盘江特大桥等。

图1-13　合江长江一桥(www.xing528.com)

上述两种工法同时用在杭州复兴大桥（图1-14a）上，杭州复兴大桥是跨越杭州钱塘江的一座城市钢管混凝土拱桥，由2×190 m＋9×85 m组成。85 m跨两条拱肋，拱肋为单圆钢管混凝土构成，钢管为1 700 mm×22 mm，分三段，采用钢丝绳斜拉扣挂悬拼松索合龙工法施工（图1-14b左），仅用4根钢丝绳斜拉扣索就完成了9跨18条拱肋的悬拼施工，实现了两天合龙一孔的高速度。因为合龙速度快，可以确保悬拼状态不遭遇台风，在台风季节维持施工。190 m 跨拱圈是拱桁，分7段，采用钢绞线斜拉扣挂悬拼合龙后松索工法施工（图1-14b右），这两跨悬拼施工只能在非台风季节进行。两种悬拼工法的合理选用，既降低了费用，又为两年建成跨越钱塘江全长1 376 m、桥面净宽26.4 m、双层总桥面积70 000 m2的大桥做出了贡献。总之，根据两种悬拼工法的特点，合理选用，将推动拱桥特别是钢管混凝土拱桥拱圈的悬拼施工。

图1-14　杭州复兴大桥

陈宝春教授对能收集到的103座钢管混凝土拱桥的施工方法进行了统计，缆索吊运斜拉扣挂占67%。跨径超300 m的11座钢管混凝土拱桥中有10座采用了缆索吊运斜拉扣挂施工。缆索吊运斜拉扣挂悬拼拱桥拱圈已经历50多年，工艺简单、就位精度高、悬拼速度快、施工风险可控、费用较低、对桥址条件要求不高，因此在拱桥无支架施工中采用最多。估计在我国，采用这两种工法施工的拱桥超千座。