张桓铖
摘 要：为探究CFST拱桥转体施工及不平衡技术，以云南省某CFST拱桥为例，首先研究了转体施工技术的重难点及解决措施，其次给出了转体施工技术设计流程，最后对转体施工过程中的不平衡设计进行了探究。研究表明：提出的转体施工重难点解决措施及不平衡设计可减少转体施工过程中的结构不稳定和不安全问题。
关键词：桥梁工程；
CFST拱桥；
转体施工；
不平衡设计；
结构稳定
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2023）02-0022-03
0 引言
钢管混凝土拱桥（CFST拱桥）由于主拱处于受压状态，同时结构体系相对稳定，故常用在跨越山河、沟谷等不良地段。CFST拱桥在设计时要经过方案比选[1]、理论模型计算[2-3]、施工方案对比、施工监控[4-5]及施工专项技术探究等几个关键阶段。近年来转体施工技术[6-7]在拱桥施工过程中得到广泛应用，故基于上述研究情况和相关内容，以山区某大跨径CFST拱桥施工为例，探究转体施工过程中的重难点、施工流程及不平衡设计[8-9]，为同类桥梁施工做技术参考。
1 工程概况
1.1 基本概况
以云南某上承式CFST桥为工程背景，该桥跨越深切河谷白水江河，桥梁全长为760 m，包含引桥和主梁，主跨330 m，跨孔样式为2个33.5 m预制T梁+1个330 m钢管混凝土拱+11个30 m预制T梁。交接墩采用矩形空心墩。矢高60 m，矢跨比1/5.5，拱轴系数1.5。
1.2 施工难点及措施
该大桥采用转体施工技术，受地形地质、桥梁质量等因素的制约，在施工过程中存在许多施工难点。为保证施工过程中的桥梁结构稳定性，针对施工难点提出以下4点有针对性的解决措施。
第一，为保证安全生产，确保拼装线性正确和线性质量可靠，尽量减少高空作业，故此主拱肋采用单铰非平衡转法施工。
第二，为确保交界墩和上盘的安全，扣索不能一次张拉到位，必须分批、分级与背索和上盘预应力交替张拉。当转体到位，拱肋合拢后，扣索、背索、上盘预应力等仍需分批、分级、交替释放。
第三，转体施工过程中，必须采取可靠的方案对上盘、交界墩及拱肋的控制部位进行应力监测，且对交界墩、拱肋的重点部位也要进行应力监测。
第四，钢梁在架设过程中采用机械设备分段拼装，完成后纵向顶推就位，过程中对墩身的应力、位移监控至关重要。
1.3 主桥施工方案
主拱拱座基础基坑开挖采用“控制爆破+挖掘机出渣”的方法进行施工。拱座上下转盘浇筑采用分层浇筑，并采用大体积混凝土温控措施。墩身均采用大块钢模分节浇注、塔机配合的施工方案。主拱采用工厂制造、单元件运输，岸边依地形搭建支架，通过桅杆吊机组拼焊接成半拱，然后平转合拢。主拱合拢后拱肋内压注混凝土采用顶升法施工。拱上立柱采用钢模浇筑成型，缆索吊配合施工。拱上钢箱梁采用顶推法施工。引桥上部结构钢混凝土结合梁，采用顶推法施工。
2 转体施工设计
2.1 主拱转体施工
转体施工工艺复杂，施工工序较多。当钢管桁架拱在支架上拼装焊接完成后，要通过张拉扣索来使钢管桁架脱离支架呈悬臂状态才能实施转体。
2.2 管内混凝土施工
本桥钢管拱混凝土灌注采用泵送顶升灌注法施工，钢管拱拱肋微膨胀混凝土泵送施工顺序严格按以下步骤进行：上外侧钢管→上内侧钢管→下外侧钢管→下内侧钢管→上盖板→下盖板→外侧腹板→内侧腹板。灌注应纵横向对称进行，两岸自拱脚分段对称压注至拱顶。
2.3 拱上建筑物施工
2.3.1 墩身施工
该CFST桥拱上刚架墩（π型盖梁）最高墩约40 m，最矮墩约5.85 m，墩身及横撑均为矩形空心截面。立柱底座均为钢箱混凝土墩座，在钢管拱转体合拢后焊接在拱肋钢管顶面上。
墩座钢箱在工厂整体制作后运抵工地，在钢管拱转体合拢后，钢管拱混凝土灌注之前，先进行墩位放样，在主弦钢管及盖板上焊接φ16 mmL65 mm栓钉，再把墩座钢箱焊接于主弦钢管顶部。在钢管混凝土灌注完成后，再灌注钢箱内C50微膨胀混凝土。在地面组装万能杆件施工平台，用缆索起重机整体吊装，将其焊接于上下拱肋顶部墩位钢管上。在万能杆件施工平台上铺设钢管脚手架，墩身混凝土采用分节灌注，分节高度2.5 m，K型钢结构横撑采用缆索吊吊装。
2.3.2 桥面施工
在小里程路基上设置顶推平台，拼裝钢梁，再顶推至设计位置，焊接结合梁顶面剪力连接件，浇筑跨中附近混凝土桥面板。待混凝土强度达到100%后，浇筑墩顶附近剩余部分桥面板混凝土。待强度达到100%后，安装支座。60 d后施工二期恒载，完成全桥施工。
2.4 结合梁施工
结合梁主要施工内容包括以下步骤：
第一，腹板与翼板的纵向焊缝采用埋弧自动焊，受拉区、受压区应符合相关焊缝要求，焊缝全长超声探伤。腹板竖向加劲肋采用成型好的二氧化碳保护焊，焊址处不允许“咬肉”。
第二，钢梁运输安装过程中严防扭转、翘曲和侧倾，吊装时注意轻吊轻放、缓慢移动、支垫平稳。
第三，钢梁节段间上翼缘为便于剪力钉布置，采用工地对接焊连接，腹板和下翼缘采用高强度螺栓连接。施工顺序为先焊后栓。
第四，钢梁的架设采用在小里程路基上设置顶推平台，拼装钢梁，拼装完成后纵向顶推就位的方法。
第五，橋面板钢筋整体绑扎，桥面垫层与桥面混凝土一同灌注。灌注前清除结合面污物，使其表面保持清洁。
第六，按设计划分区段，结合梁桥面混凝土连续浇筑、一次成型。待混凝土强度达到设计强度的80%以上后方可拆模。
第七，桥面防水层及保护层在挡碴墙、电缆槽竖墙浇筑后铺设。
3 不平衡转体设计
3.1 基本原理
桥梁施工过程中的转体方法较多，其中最为常见的转体技术为平面内的转体施工，故依托工程也采用平面内转体施工技术。不平衡转体施工的转体体系见图1。
不平衡转体施工最重要的即是计算不平衡弯矩，不平衡力矩计算示意见图2。
不平衡弯矩计算公式如式（1）：
M=F·L （1）
式中：M为球铰支座处的不平衡弯矩；
F为千斤顶反力；
L为千斤顶到球铰支座处的水平距离。
3.2 设计方法
在退沙箱，拆除上盘模板过程中，由于拆除沙箱和上盘模板，导致结构体系内力重分布，且结构为偏心受压结构，故会产生不平衡弯矩。为减小该影响，在上盘底部设置多个千斤顶（见图2），进而通过监控千斤顶在施工过程中的受力情况，来掌握整个主拱的受力情况。只有千斤顶保持受压状态，主拱才稳定安全，方可拆除沙箱；
反之千斤顶不受压，则需在上盘处通过施加重力或压重来调节主拱受力，确保千斤顶受压方可拆除沙箱。
不平衡转体设计的重点，就是通过计算千斤顶底部与转体滑道之间的变化量来计算不平衡弯矩，进而得出在转体施工过程中的主拱受力情况。
3.3 设计测试结果
根据上述设计方法及相关参数，可得出千斤顶、不平衡弯矩及千斤顶底部与转体滑道之间的变化量的相对关系，见表1。表1中编号列中的“0”表示初始情况，即此时千斤顶不受力，“F”表示千斤顶压力，“M”表示不平衡弯矩，“L”表示千斤顶底部与转体滑道之间的变化量。
根据表1计算结果，可采用MATLAB等程序拟合不平衡弯矩与变化量之间的相对函数关系。建立函数关系后，即可在施工现场通过测定千斤顶底部与转体滑道之间的变化量相对关系，来计算不平衡弯矩，同时设置对应千斤顶的配重，以保证转体施工过程中的主拱结构安全问题。不平衡弯矩与变化量之间的相对函数关系见图3和图4所示。
分析图3和图4可知：当采用三次多项式函数进行拟合时，曲线的相关性指数R2=0.99778；
当采用指数函数进行拟合时，曲线的相关性指数R2=0. 992 08。三次多项式指数最接近1，因此拟合趋势线越可靠。
4 结语
主要结论如下：①在转体施工过程中要明确具体施工流程，同时不同步骤有不同的技术重难点，要有针对性地提出解决措施，才能确保转体施工过程中的结构稳定与安全问题。②在退沙箱，拆除上盘模板过程中，要通过不平衡设计试验，建立不平衡弯矩与变化量之间的相对函数关系，方便施工时计算不平衡弯矩和配重，确保转体施工过程中主拱结构安全。
参考文献
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