500米级钢管混凝土拱桥建造创新技术及设计

4.3.1.1　总体布置设计

合江长江一桥主拱圈钢管桁架斜拉扣挂体系由锚固点、张拉锚箱、扣塔、锚碇及扣索五大结构部分组成。扣塔位于两岸拱座上，塔距554 m，扣塔为钢管混凝土塔式结构。扣索采用塔顶张拉方式，位于扣塔顶张拉端的锚箱由钢板与钢管组装焊接而成，并与扣塔组成共同受力的结构体系。两岸地质情况良好，均为完整弱风化砂岩，地锚为预应力岩锚。重庆岸地锚设置在引桥0号桥台处，尾索跨距191 m，宜宾岸地锚设置在石匠湾大桥0号桥台处，尾索跨距151 m，如图4-18所示。

图4-18　合江长江一桥斜拉扣挂体系

4.3.1.2　扣塔设计

合江长江一桥两岸地势较低，使得斜拉扣挂体系中的扣塔较高，为了增强扣塔刚度，节省钢材一次投入，扣塔采用钢管混凝土塔式结构。扣塔位于两岸拱座上，塔高分别为148.51 m（重庆岸）和134.6 m（宜宾岸），塔距为554 m，立柱钢管采用8根φ660×12 mm（或16 mm）钢管，管内灌注C50混凝土，组成钢管混凝土格构柱扣塔。扣塔底部桁宽25.46 m，顶部桁宽8.46 m，横向宽31.94 m，两个扣塔的用钢量仅为1 700 t Q345B钢材，如图4-19所示。

图4-19　合江长江一桥扣塔设计

扣塔的施工采用新研发的提升式摇臂组塔技术，实现塔架分节段安装，提高施工效率，降低施工成本，减小安全风险。立柱钢管内混凝土采用高抛混凝土新施工工艺，采用高黏聚性自密实混凝土，用泵机泵送至立柱钢管顶部管口直接抛填入钢管内，利用混凝土的下落冲击压力，以达到混凝土密实。由于混凝土的高黏聚性，不会出现混凝土离析现象。

4.3.1.3　扣索及扣、锚点设计

拱圈的第2、4、6、7、8、9段拱肋为正式扣索，每组扣索由8束钢绞线组成；第1、3、5段拱肋的扣索为临时扣索，每组临时扣索由4束钢绞线组成，临时扣索在下一段拱肋扣索安装张拉完成后即可拆除。扣索配索根数、长度及索力见表4-5。单束扣索由多根φ15.2低松弛高强度钢绞线组成，扣索锚固端采用挤压锚具，张拉端采用可调索低应力夹片锚具，如图4-20所示。

表4-5　扣索配索根数、长度及控制索力

图4-20　扣索张拉端与锚端

扣索采用塔上张拉、前后索分离，分别锚固于前后锚箱上。扣索在扣塔上分层锚固，为了增大锚固区的刚度，将扣塔顶部截面设计较宽，为8.46 m。扣点处不易设置交换梁，故采用了锚箱的方式，单个扣塔共有12个锚箱，由钢板与钢管组装焊接成箱形结构，并与扣塔组成共同受力的结构体系。前后锚箱设有2束预应力钢绞线将其连接起来，以实现前后索力的交换。(www.xing528.com)

拱肋扣点采用反力梁的方式，扣点设置在拱肋桁架节点处，当扣索角度过小，在拱肋背部设置了弧形转索鞍，以增大反力梁的布置角度，同时让扣索避开拱肋的缀杆，如图4-21所示。

4.3.1.4　地锚设计

锚碇设计与桥台相结合，充分发挥桥台重量及基础的嵌固作用，实现永久结构兼作临时结构的合理技术。锚碇扩大基础置于完整的弱风化细砂岩内，要求基底容许应力［σa］≥1.5 MPa。预应力岩锚10 m长的锚固段应置于完整的弱风化细砂岩内。

图4-21　拱肋扣点

1）重庆岸地锚

重庆岸锚碇设置于重庆岸桥台上下游端，位于拱肋轴线上，并适当加宽桥台背墙作为锚碇的交换墙。扣塔体系背索拉力通过锚座及预应力岩锚传递至稳定岩体中，锚座高7.7 m，底部纵桥向宽6.56 m，顶部纵桥向宽5.0 m，横桥向宽8.25 m。两侧锚座之间通过基础和背墙连接，背墙与基础间共设三道肋板，基础、背墙、肋板厚度均1.0 m。锚座内部设2.65 m×1.5 m的操作室，锚座间的空腔部分采用C20片石混凝土回填。锚碇采用50根12φs15.2预应力岩锚（拉力型）来平衡扣挂体系背索的水平和竖直方向的拉力。预应力岩锚按一定角度呈伞形布置，锚头竖向间距0.8 m，横桥向间距为1.35 m。单根预应力岩锚设计张拉力为1 200 kN，超张拉力为1 320 kN，内锚固段长10 m，自由段长20 m。扣挂体系背索锚固于操作室内，背索锚具竖向间距为0.8 m，横桥向间距为0.55 m，如图4-22所示。

图4-22　重庆岸地锚

图4-23　宜宾岸地锚

2）宜宾岸地锚

宜宾岸锚碇设置于石匠湾大桥0号桥台上下游端，位于拱肋轴线上。扣挂体系背索拉力通过锚座、预应力岩锚传递稳定岩体中，锚座高10.5 m，底部纵桥向宽10.634 m，顶部纵桥向宽8.0 m，横桥向宽9.0 m。两侧锚座之间通过基础和背墙连接，背墙与基础间共设三道肋板，基础、背墙、肋板厚度均1.0 m，锚座间的空腔部分采用C20片石混凝土回填。锚碇采用46根12φs15.2预应力岩锚（拉力型）来平衡扣挂体系背索的竖直方向的拉力，利用锚碇摩擦力和背墙后部岩（土）体抗力来平衡背索水平方向拉力。预应力岩锚按一定角度呈伞形布置，锚头纵桥向及横桥向间距均为1.0 m。单根预应力岩锚设计张拉力为1 200 kN，超张拉力为1 320 kN，内锚固段长10 m，自由段长30 m。扣挂体系背索锚固于锚座前侧，背索锚具竖向间距为0.8 m，横桥向间距为0.55 m（图4-23）。

锚碇设计与桥台相结合，充分发挥桥台重量及基础的嵌固作用，实现永久结构兼作临时结构的合理技术。这样省去了大方量混凝土结构锚碇，仅用96束30 m长的12φs15.2拉力型预应力锚索就替代了约5 000方的混凝土，不仅加快了施工进度，其经济效益也十分显著。