500米级钢管混凝土拱桥的国内调载工法

国内采用最多的是分环、多工作面、斜拉索调载法［1-6］。分环指把混凝土箱形截面分成若干环，一环一环浇筑，浇完一环混凝土获得强度后与劲性骨架形成组合结构承受下一环混凝土荷载。显然每浇筑一次混凝土，承载能力得到提高，重复下去，直至浇完最后一环混凝土，完成拱圈施工。一环是一次浇筑还是多次浇筑，要由结构的承载能力决定［7］。

多工作面指把一环混凝土沿弧线化成若干偶数段，同时向拱顶方向浇筑，这是降低瞬时应力最有效的方法。由图9-4、图9-5可知，瞬时应力极大值在拱脚截面，拱脚截面瞬时应力过程是单波曲线，从拱脚及瞬时应力曲线波顶（大约在跨径的1／4处）同时浇筑，全拱4个浇筑面。4个工作面浇筑混凝土易于控制拱脚瞬时应力，对其他截面应力影响不太大，设备使用量最少，优先选用。

斜拉索调载［12］是指劲性拱骨架架设完成后，在拱骨架若干适当位置设钢绞线扣索，用千斤顶施加一个随混凝土浇筑过程而变化的斜向拱轴线上方的拉力，用以调整劲性拱骨架在对称连续浇筑混凝土过程中产生的应力和变形，使其应力和变形控制在规定的目标内。在应力和变形两者间，以应力控制为主，变形控制为辅，力求做到在连续浇筑混凝土过程中没有反复变形或者反复次数尽可能少，施力位置选在对拱脚应力影响最大处，通常在跨径1／6左右。一组索力不够，可选择多组，如图9-7所示。

图9-7　斜拉索调载

多数情况下，拱是对称的，斜拉扣索也是对称设置，而且常设置在拱骨架拱脚区段，考虑到斜拉扣索的刚度小且拱脚区段变形小，为了简化计算，假设在拱骨架浇筑混凝土过程中，斜拉扣索索力不自动改变，那么斜拉扣索对任意拱截面K 应力的影响可用下式表达：

式中 Fi——编号为i的一对斜拉扣索施加的拉力；

σki——编号为i的一对斜拉扣索索力为1时，在K 截面产生的应力；

σki——系数，可用有限元计算，也可在现场简单地直接量测，因此是可信的；

Δσk——斜拉扣索在K 截面产生的应力。

设L 为拱计算跨径，用有限元计算在分环对称连续浇筑混凝土时拱脚、L／8、L／4、3L／8、拱顶及截面尺寸突变处的瞬时应力过程线。(www.xing528.com)

从瞬时应力过程线中找出应力严重超标的截面，通常在拱脚。选择一组对这些截面应力影响大的斜拉扣索，其位置通常靠近拱脚。计算这组对称斜拉扣索索力为1时对上述截面应力的影响，然后通过试算来确定这组斜拉扣索的索力及其变化，将其对上述控制截面应力产生的影响与控制截面瞬时应力过程线叠加，如能使应力全部控制在预定值内，且对其他截面可能造成的应力增加能保持在控制范围内时，斜拉扣索位置、索力的选择就完成了。如果不能满足，再设第二组索，重复上面第一组斜拉扣索的计算，只是第二组斜拉扣索产生的影响应与第一组斜拉扣索影响的应力过程线叠加，如不满足再设第三组斜拉扣索。根据几座桥的计算和施工实践，实现混凝土连续浇筑，跨径300 m 以上的劲性骨架钢筋混凝土拱桥及钢管混凝土拱桥一般设二、三组斜拉扣索就行；跨径300 m 以下的钢管混凝土拱桥，连续浇筑钢管内混凝土时只设一组斜拉扣索就行了。

调载的斜拉扣索的位置最好与劲性拱骨架悬拼时的斜拉扣索相同，最大斜拉力最好在原扣索的能力内，如能这样，只是把劲性拱骨架悬拼时的扣索再用一次，无须增添任何设备，最为经济。如不能满足，则需要增加前锚固设施，当然设施费用也不高。

斜拉扣索由四部分组成：

（1）前锚系统。斜拉扣索与劲性拱骨架连接的装置，要求连接牢固、可靠、简单、易安装、易拆除，如图9-8所示。

图9-8　斜拉索前锚系统示意图

（2）钢绞线。连接前锚系统和后锚系统，宜用低松弛绞线。悬拼钢拱骨架时使用的扣索足够调载时用，而且无须任何加工。调载索力是按设计施加的，无意外增加索力的因素，所以采用了较低的安全系数，调载时钢绞线的强度安全系数不小于1.5。

（3）扣塔架。用于改变斜拉扣索的方向，使扣索前端与水平线的夹角较大，以提高扣索调载的效果，完全借用劲性拱骨架悬拼时的扣塔。

（4）后锚系统。斜拉扣索张拉及锚固设施，包括锚碇、工作锚、液压千斤顶、可读压力的油泵。利用这套系统可以对斜拉扣索施加任何规定的拉力并锚固。要求增减拉力迅速、准确，因为索力变化弧度大，要求工作锚能在低应力状态下不滑，能可靠锚固钢绞线，常用的是夹片群锚。夹片需重复使用，宜用工具夹片，收放斜拉扣索用液压千斤顶，可循环张拉单根钢绞线，但要保证钢绞线受力均匀。根据计算，斜拉扣索的索力随着混凝土的连续浇筑分数次增加或减少，调力过程中混凝土连续浇筑。这套系统也是借用劲性拱骨架悬拼阶段的设施。

斜拉索调载的效果取决于索的作用位置和索力大小、施加及撤除时机。斜拉扣索调载法由郑皆连教授在1994年首创于邕宁邕江大桥，发展于云桂铁路南盘江特大桥［2-3］。

分环、多工作面、斜拉索调载工法原理清楚，降低瞬时应力效果明显，风险小、施工方便、费用低廉，在国内普遍使用。再加上采用钢管混凝土劲性拱骨架，已建成了邕宁邕江大桥、万县长江大桥、云桂铁路南盘江特大桥、沪昆高铁北盘江特大桥、昭化嘉陵江大桥等。