创新设计理念服务公路养建 ——无支架施工技术在钢筋砼拱桥中的应用 □杨波

拱桥是在我国公路上使用很广泛的一种桥梁体系，具有外形美观跨越能力大、耐久性好、养护与维修费用低、构造简单等优点。但拱桥的施工一般都采用支架（满堂支架或土牛）施工法修建，随着跨径和桥高的增大，支架和其他辅助设备的费用大大增加，从而增大了拱桥的施工难度与施工风险。针对这一问题，2011年长治公路勘察设计院将钢筋混凝土拱桥无支架施工技术作为新技术推广项目应用于省道河潞线辛安桥建设的实际工程当中，有效地解决了搭设拱架困难地区修建混凝土拱桥的施工难题，缩短了项目工期，降低了施工成本，达到了预期目标。
省道河潞线（S324）起点位于长治市平顺县河口，终点止于潞城市微子镇，是我省通往河北、河南的一条重要出省道路，在我省公路网中占据重要的地位。
      辛安桥位于河潞线K38+769.6处，跨越浊漳河。原桥修建于1964年，为2-40米悬链线空腹式石拱桥，净矢高f0=8米，矢跨比为1/5，拱轴系数m=2.814，拱圈宽度为6.5米，桥面净宽为净6+2×0.75米，主拱圈厚度为0.9米。桥台为重力式U型台，桥墩为重力式石砌，墩基为沉井。由于道路改建，原桥宽度不足，拟在原桥下游（左侧）加宽。原桥处于长治市平顺县旅游区，是水上漂流的源头。设计中考虑到景区的整齐、美观，加宽部分采用与原桥完全一致的外形，按公路一Ⅰ级设计，拱圈采用C30钢筋砼，加宽的宽度考虑横向稳定采用左侧加宽6米，连同原桥拱宽为6+6.5=12.5米。加宽部分，桥墩采用桩基础加承台，桥台为重力式U台。本桥纵坡为0%，横坡为2%。
      施工中最大的困难是拱架搭设。首先，辛安桥跨越浊漳河，上游连接武乡关河水库（北源）、襄垣后湾水库（西源）、及长治市漳泽水库（南源）等，上游水库需不定期的放水补给下游。浊漳河下游连接红旗渠。红旗渠是一个时代的记忆和民族精神的象征，其用水事关河南、河北两省，更是河南林州市农业和工业用水的保障线。随着周边省份水资源的匮乏，红旗渠源头——山西境内漳河的水分问题一直是令人关注的现实话题，故采用传统的截流土牛法施工是绝不可行的；其次，辛安桥处于平顺太行水乡漂流景区，桥下淤积相当严重，淤积厚度在3～5米不等，拱桥支架搭设十分困难，加之施工期又处于漳河的汛期，故采用满堂支架法施工方案也被否定。
      长治公路勘察设计院针对该桥的设计及施工方案先后邀请了省公路局总工周文全、技术处处长马德文、长安大学教授李宁军、省交通规划设计院主任徐志刚、省公路局原局长张华友、省科研院总工张华新和中交一公局的有关专家进行现场勘察，专家们都提出了各自的设计及施工方案。在此基础上，分别对各方案从结构受力、经济可行的角度反复计算、论证，最终确定采用无支架施工法浇筑钢筋混凝土主拱圈，无支架钢筋混凝土拱桥的施工方法，即：先预制工作拱，其截面为0.35米（宽）×0.5米（高）的矩形截面，每孔先安装6条工作拱，然后利用工作拱作为拱桥支架，在工作拱上吊拱圈模板的施工方法（工作拱底比拱圈底高0.1米），先浇注30厘米混凝土，待混凝土强度达到设计强度后，利用现浇30厘米混凝土和工作拱组合截面来承受剩余60厘米混凝土拱圈荷载，最后将工作拱包在拱圈内的施工方法。
      采用无支架施工的现浇钢筋混凝土拱桥，工作拱在整个施工过程中需要经过：预制、运输、安装（包括悬挂和合龙）以及在工作拱上浇注混凝土等几个施工阶段。故工作拱的设计除了采用合理的结构形式来保证主拱圈组合截面的整体稳定性外，还必须满足上述施工阶段对工作拱强度和稳定性的要求。因此，该方案的关键在于工作拱的设计。该院在参照同等跨径双曲拱桥的拱肋尺寸的基础上，根据工作拱施工加载程序计算的截面应力分别对工作拱的截面尺寸及配筋进行了验算。
      在辛安桥无支架混凝土施工过程中，长治公路勘察设计院为了做到结构设计安全可靠，分别对主拱圈、预制拱肋、不规则承台等进行了详细的内力计算，通过对工作拱肋强度、刚度、横向稳定和纵向稳定的受力分析与计算以及截面配筋计算，对拱肋选取了科学合理的配筋及分段，将理论计算与工程实践有机的结合起来。
      辛安桥目前已竣工通车，通过施工过程中的变形检测及外观观测，该桥受力状况良好，达到预定设计目标。该桥的创新设计理念及新的施工工艺，为不能利用传统支模施工地区修建混凝土拱桥探索出了一条值得借鉴的新路，此施工方法至少在山西省混凝土拱桥建设史上尚属首次。同时，无支架混凝土拱桥创新设计法也为施工单位节约投资80余万元，工期缩短近一个月。
      以创新求发展、向管理要效益、靠服务占市场，是长治公路勘察设计院的办院宗旨。一座桥梁设计的好坏直接影响到该条公路的运营效果，决定着公路建设的技术水平；而设计水平的提高，关键在于设计理念的创新。无支架混凝土拱桥施工工艺正是体现了长治公路勘察设计院的办院宗旨，将创新设计理念提升到了一定高度，同时也体现了资源节约型发展的精神，很大程度上减少了建筑施工对劳动力的消耗，并降低了工程成本，在加快工程进度的同时也提高了文明施工水平，最大限度地减少了施工对周围环境的影响。      （作者单位：长治公路勘察设计院）