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摘要：箱型拱施工方法常采用支架法、悬拼法施工。龙场渡槽是大跨度的箱型拱式渡槽，拱跨200m，拱顶至河水位高差约242米，以上两种施工方法均不适用该渡槽箱型拱施工，经研究，该渡槽主拱圈采用缆索吊＋挂篮悬臂浇筑的扣挂法新工艺施工。本文详细阐述了扣挂系统总体构造、缆索吊机及塔机系统、塔架系统、扣锚索系统、后锚系统及挂篮系统，可为类似工程提供较好且可靠的借鉴。
关键词：渡槽；箱型拱；扣挂；塔架；扣锚索；后锚；挂篮
Abstract: the construction of the box arch may be the support method, the cantilever construction. Dragon field aqueduct is the large span box arch type aqueduct, arch span of 200 m, vault to the river a difference of about 242 meters, the above two kind of construction method is not applicable to all the aqueduct box arch construction, the research shows that the aqueduct of the main arch ring cable hoisting system + hanging basket cantilever buckle hanging method new process construction. This paper elaborated on button hang system overall structure, cable crane and installing system, tower system, buckle anchor system, after anchor system and the hanging basket system for similar projects to provide better and reliable reference.
Keywords: aqueduct; Box arch; Hang buckle; Tower; Button cable; After anchor; Hanging basket
中圖分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 工程概况
龙场渡槽是黔中水利枢纽一期工程总干渠最大跨度的箱型拱式渡槽，总长330m，采用单跨拱，拱跨200m，为国内目前已知最大拱跨的钢筋混凝土渡槽。主拱为变截面悬链线箱型拱，矢高40.35m，矢跨比1/5，拱轴系数m=2.24，拱箱截面高3.5m，截面宽度从拱顶至拱脚按二次抛物线变化，拱顶截面宽5.5m，拱脚截面宽12.0m。主拱设置三个箱室，采用C45混凝土，拱座一期采用Ｃ20混凝土，二期采用C25混凝土。拱上布置13副排架用于支承渡槽槽壳，排架间距15.0m，采用Ｃ25混凝土单排架，排架柱尺寸随排架高度不同而变化，主拱中点位置的排架柱高度为1.6m，排架柱截面尺寸为0.4m×0.7m；两端拱座上的排架最大高度达41.817m，排架柱截面尺寸为5.0m×2.5m（空心墩）。槽壳为Ｕ型槽壳，采用Ｃ35混凝土，宽5.4m，高4.6m，设计流量Q=20.759m3/s。龙场渡槽纵剖面图如图1，主拱断面和平面图如图2。
图1 龙场渡槽纵剖面图
图2 主拱断面和平面图
2 总体方案
根据龙场渡槽的结构特点和地形特点，渡槽主拱圈采用缆索吊＋挂篮悬臂浇筑的扣挂法新工艺施工。
2.1 扣挂系统总体构造
本渡槽设计的扇形式扣挂系统，主要包括塔架系统、扣锚索系统及后锚系统三大部分。塔架安置于4＃和18＃号槽墩墩帽顶，高36.0m，采用630×(10～16)管径相同、壁厚不等的螺旋焊管通过平联连接而成。扣索和锚索均采用预应力钢绞线，每半跨分20对扣索和锚索，每束由10～18根不等的钢绞线组成；后锚系统利用永久结构的墩(或台)，设计成轻型重力锚结合预应力岩锚结构。渡槽扇形式扣挂系统总体布置如图3所示。
图3 龙场渡槽扣挂系统总体布置图
2.2 扣挂系统特点
（1）充分利用了4#和18#槽墩，在槽墩上塔设8根Φ630×(10～16)钢管组成扣塔和缆索吊的主塔架，这样不仅降低了直接塔设塔架的费用，而且使缆索吊主塔架和扣挂系统的扣塔两者共用，施工速度快，成本低。
（2）扣索系统的后锚索分别锚固在拱脚两侧1#（21#）、2#（20#）槽墩的承台上，缆索吊后锚锚固在1#和21#承台上，在承台浇筑时预埋钢管混凝土桩，这样充分利用了既有设计结构，避免了对环境的破坏、加快了施工速度，降低了施工措施费用。
（3）扣索与后锚索分离，不但有效控制了扣塔偏位，而且钢绞线不弯曲，直线张拉，因此扣索、锚索及扣塔受力明确，加大了系统的抗风险能力。
（4）采用强度高、延伸量小、承载力大且变形稳定的钢绞线作为扣锚索，可减少施工过程中不稳定索的非弹性变形。
（5）采用千斤顶作为施工机具，施力准确，施工精度高。
3 缆索吊机及塔机系统
3.1 缆索吊机
为解决龙场渡槽施工过程中水平运输和垂直运输需要，其中主要包括挂篮、模板、钢筋及混凝土等，采用15t的缆索吊机，缆索吊机的设计参数如下：
主跨L=200m；
最大吊重T=150kN；
主塔高度77.8m；
承重绳直径ф承=52mm；
起重绳直径ф起=19.5mm；
牵引绳直径ф牵=19.5mm。
承重绳为2-1ф52mm的钢丝绳，起重绳为2-1ф19.5mm的钢丝绳，牵引绳为2-2ф19.5mm的钢丝绳，钢丝绳均为6×37型钢丝绳，起重牵引作业均采用8t卷扬机进行，起重绳均通过自重1t、载重20t四轮起重跑车组走四线，牵引绳走一线。
缆索吊机的组成部分有主塔系统、主索系统、牵引系统、起重系统、主锚锭系统、缆风系统等。
3.2 塔机
为安装主塔架钢管及缆索吊根部附近的拱块施工，本工程分别在4#、18#槽墩处设置自升式塔式起重机，塔机型号为QTZ50（5013），塔机的设计参数如下：
前臂长50m；
最大起重量6t；
最大提升高度140m；
在50米的地方最大起重量为1.3t。
4 塔架系统
塔架系统方案在采用万能杆件拼装和钢管柱拼装两种方案中比选，经优化比选，最终选择纵槽向布置2排，横槽向布置4排的8肢钢管方案。主肢钢管采用630×(10～16)管径相同、壁厚不等的螺旋焊管，塔底与预埋在交界槽墩墩帽顶的钢板焊接连接。经计算，塔架高度定为36m，根据塔架高度和扣锚索布置情况，主肢钢管竖向分为6段（每节钢管6m），钢管接长采用法兰盘或通过锚箱支承梁用螺栓进行连接。横槽向主肢钢管间距0.8m+1.0m+0.8m，横联是通过325×7的钢管相贯焊接，纵槽向主肢钢管中到中间距为1.4m，用325×7的钢管通过相贯焊接。扣塔顶最外侧立柱钢管中心布置索鞍，通过焊接固定于塔顶。扣塔整体布置如图4 所示。
图4 扣塔系统总体布置
5 扣锚索系统
扣锚索系统包括扣索、锚索、钢锚箱、扣锚索锚固端P型锚及张拉端锚具。
扣锚索采用钢绞线制作，其优点是钢绞线相对于钢丝绳具有强度高、变形小、用量少、受力十分明确且标高控制容易等诸多优点，故此扣挂系统中的扣索和锚索均采用钢绞线。
半跨主拱圈共分20节段，每节段5.0m，各节段均设扣索和锚索，分离的扣、锚索通过钢锚箱连接构成扣锚索系统，其中第1～7号独立锚箱置于交界墩盖梁顶；8～20号组合锚箱焊接于塔架系统的锚箱支承梁上。每组扣(锚)索3束，对称布置于主拱圈边腹板与隔板交界处。扣锚索均采用强度标准值1860MPa低松弛高強度钢绞线，依据各扣索的最大索力不同，分别采用10～18根不等。
通过千斤顶张拉扣、锚索实现主拱圈标高调整。扣索和锚索均采用单端张拉，张拉端位于锚箱上，固定端分别位于箱拱齿板处和后锚远离交界墩一侧的端面处。所有预应力固定端均采用P型锚具，结构受力明确。
目前采用较多的调索理论有：人工判别调索法、最小二乘法、卡尔曼滤波法。龙场渡槽项目利用MIDAS Civil和ANSYS软件建立阶段施工模型，首先根据经验进行前进分析，然后再进行倒拆分析。根据数值分析结果，利用最小二乘法原理，采用人工经验判别试算法确定各阶段的调索情况。
施工过程中的索力调整采用后锚点的预埋件分为型钢+精轧螺纹钢，通过千斤顶顶推移动横梁达到张拉扣索的目的，预埋精轧螺纹钢的各预埋转换、张拉、部件如图5所示。
图5 扣索索力调整转换器
6 后锚系统
目前锚碇综合起来有三种形式分别为倒抽法锚碇、正抽法锚碇、梁体张拉钢筋法锚碇。龙场渡槽扣挂系统锚碇采用梁体张拉钢筋法锚碇，其锚垫板与扣塔锚箱的锚固位置相对应，保证锚索平行布置，同时使对应的锚索和扣索在同一水平线上。
根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）的悬浇箱拱锚碇抗拔和抗滑移安全系数≥2的要求，设计了龙场渡槽的锚碇系统。具体锚固在拱脚两侧1#（21#）、2#（20#）槽墩的承台上，缆索吊后锚锚固在1#和21#承台上，承台在原设计基础上加大尺寸，其中1#槽墩锚碇构造如图6所示。
图6 1#槽墩锚碇构造图
7 挂篮系统
龙场渡槽主拱为变截面悬链线箱型拱，拱箱截面高3.5m，截面宽度从拱顶至拱脚按二次抛物线变化，拱顶截面宽5.5m，拱脚截面宽12.0m。主拱圈采用挂篮悬臂浇筑法进行施工。拱圈纵向共分为40个节段，每节段5m，其中两岸拱脚位置节段为支架现浇段，拱顶设一个吊架浇筑合拢段，其余各节段为悬浇段。
本渡槽采用的悬浇挂篮基于拱圈宽度较宽、拱圈倾斜及每节段的角度均在变化等特点，采用下承上行式斜爬挂篮，从拱脚对称的向拱顶浇筑。该挂篮的特点在于将承重桁架系统与底篮支承系统结合，主桁三角形桁架倒置于箱梁的底部，在主桁的上弦搁置型钢作分配梁，在分配梁上放置底模；悬臂浇筑时，将主桁及模板系统用拉杆提起紧贴箱梁的底部，在后支点上设置千斤顶调整底模前端标高，并于中横梁的后部设置抗剪臂，抵抗箱梁浇筑时产生的下滑力，此时挂钩脱空，不参与受力；行走时，松开拉杆、抗剪臂及后支点的千斤顶，将整个挂篮通过挂钩悬挂在箱梁的顶面，后支点受力转换为反力轮，通过顶推挂钩使挂篮前移。
挂篮包括主桁系统、止推系统、支反力系统、走行系统、模板系统、工作平台、安全防护等。主桁采用三角形构造，全长16.0m，桁高4.30m，总高8.30m，两三角主桁片中心距为5.0m，一套挂篮重41.7t（包括模板），挂篮设计承载能力200t，安全系数为1.4。
8 结束语
龙场渡槽主拱圈采用缆索吊＋挂篮悬臂浇筑的扣挂法新工艺施工，施工环境较恶劣，技术含量高，施工难度大，质量难以控制，作为箱拱悬浇新工艺核心系统之一的扣挂系统的设计，重要性不言而喻。本渡槽的扣挂系统充分利用上承式箱拱的结构特点( 尤其是交界墩和永久结构墩台)，总结以往扣挂系统基础上，提出扇形式扣挂的概念，此系统采用钢管壁厚分层高，扣锚索分离且分多层设置，既符合力学原理又经济实用，力学概念清晰；通过降低塔架重心，从而提高结构整体稳定性。同时为采用斜拉扣挂施工的桥梁提供更具经济竞争力的扣挂系统，达到既保证安全又进一步降低工程成本的目的。
参考文献：［1］ 贵州省水利水电勘察设计研究院.黔中水利枢纽一期工程总干渠渡槽C3标龙场渡槽设计图纸［S］.2012.4.
［2］ 郭吉平，韩洪举.一种新型扣挂系统设计［J］.施工技术，2012年5月上：83-86.
［3］ 白宝鸿，张玉娥，牛润明，朱英磊.钢管混凝土拱桥扣挂法施工设计［J］.桥梁建设，2005年第3期：44-47.
［4］ 何良俊.木蓬特大桥挂蓝施工工艺探讨［J］.城市建设理论研究，2012年第12期.
关键词：渡槽；箱型拱；扣挂；塔架；扣锚索；后锚；挂篮
Abstract: the construction of the box arch may be the support method, the cantilever construction. Dragon field aqueduct is the large span box arch type aqueduct, arch span of 200 m, vault to the river a difference of about 242 meters, the above two kind of construction method is not applicable to all the aqueduct box arch construction, the research shows that the aqueduct of the main arch ring cable hoisting system + hanging basket cantilever buckle hanging method new process construction. This paper elaborated on button hang system overall structure, cable crane and installing system, tower system, buckle anchor system, after anchor system and the hanging basket system for similar projects to provide better and reliable reference.
Keywords: aqueduct; Box arch; Hang buckle; Tower; Button cable; After anchor; Hanging basket
中圖分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 工程概况
龙场渡槽是黔中水利枢纽一期工程总干渠最大跨度的箱型拱式渡槽，总长330m，采用单跨拱，拱跨200m，为国内目前已知最大拱跨的钢筋混凝土渡槽。主拱为变截面悬链线箱型拱，矢高40.35m，矢跨比1/5，拱轴系数m=2.24，拱箱截面高3.5m，截面宽度从拱顶至拱脚按二次抛物线变化，拱顶截面宽5.5m，拱脚截面宽12.0m。主拱设置三个箱室，采用C45混凝土，拱座一期采用Ｃ20混凝土，二期采用C25混凝土。拱上布置13副排架用于支承渡槽槽壳，排架间距15.0m，采用Ｃ25混凝土单排架，排架柱尺寸随排架高度不同而变化，主拱中点位置的排架柱高度为1.6m，排架柱截面尺寸为0.4m×0.7m；两端拱座上的排架最大高度达41.817m，排架柱截面尺寸为5.0m×2.5m（空心墩）。槽壳为Ｕ型槽壳，采用Ｃ35混凝土，宽5.4m，高4.6m，设计流量Q=20.759m3/s。龙场渡槽纵剖面图如图1，主拱断面和平面图如图2。
图1 龙场渡槽纵剖面图
图2 主拱断面和平面图
2 总体方案
根据龙场渡槽的结构特点和地形特点，渡槽主拱圈采用缆索吊＋挂篮悬臂浇筑的扣挂法新工艺施工。
2.1 扣挂系统总体构造
本渡槽设计的扇形式扣挂系统，主要包括塔架系统、扣锚索系统及后锚系统三大部分。塔架安置于4＃和18＃号槽墩墩帽顶，高36.0m，采用630×(10～16)管径相同、壁厚不等的螺旋焊管通过平联连接而成。扣索和锚索均采用预应力钢绞线，每半跨分20对扣索和锚索，每束由10～18根不等的钢绞线组成；后锚系统利用永久结构的墩(或台)，设计成轻型重力锚结合预应力岩锚结构。渡槽扇形式扣挂系统总体布置如图3所示。
图3 龙场渡槽扣挂系统总体布置图
2.2 扣挂系统特点
（1）充分利用了4#和18#槽墩，在槽墩上塔设8根Φ630×(10～16)钢管组成扣塔和缆索吊的主塔架，这样不仅降低了直接塔设塔架的费用，而且使缆索吊主塔架和扣挂系统的扣塔两者共用，施工速度快，成本低。
（2）扣索系统的后锚索分别锚固在拱脚两侧1#（21#）、2#（20#）槽墩的承台上，缆索吊后锚锚固在1#和21#承台上，在承台浇筑时预埋钢管混凝土桩，这样充分利用了既有设计结构，避免了对环境的破坏、加快了施工速度，降低了施工措施费用。
（3）扣索与后锚索分离，不但有效控制了扣塔偏位，而且钢绞线不弯曲，直线张拉，因此扣索、锚索及扣塔受力明确，加大了系统的抗风险能力。
（4）采用强度高、延伸量小、承载力大且变形稳定的钢绞线作为扣锚索，可减少施工过程中不稳定索的非弹性变形。
（5）采用千斤顶作为施工机具，施力准确，施工精度高。
3 缆索吊机及塔机系统
3.1 缆索吊机
为解决龙场渡槽施工过程中水平运输和垂直运输需要，其中主要包括挂篮、模板、钢筋及混凝土等，采用15t的缆索吊机，缆索吊机的设计参数如下：
主跨L=200m；
最大吊重T=150kN；
主塔高度77.8m；
承重绳直径ф承=52mm；
起重绳直径ф起=19.5mm；
牵引绳直径ф牵=19.5mm。
承重绳为2-1ф52mm的钢丝绳，起重绳为2-1ф19.5mm的钢丝绳，牵引绳为2-2ф19.5mm的钢丝绳，钢丝绳均为6×37型钢丝绳，起重牵引作业均采用8t卷扬机进行，起重绳均通过自重1t、载重20t四轮起重跑车组走四线，牵引绳走一线。
缆索吊机的组成部分有主塔系统、主索系统、牵引系统、起重系统、主锚锭系统、缆风系统等。
3.2 塔机
为安装主塔架钢管及缆索吊根部附近的拱块施工，本工程分别在4#、18#槽墩处设置自升式塔式起重机，塔机型号为QTZ50（5013），塔机的设计参数如下：
前臂长50m；
最大起重量6t；
最大提升高度140m；
在50米的地方最大起重量为1.3t。
4 塔架系统
塔架系统方案在采用万能杆件拼装和钢管柱拼装两种方案中比选，经优化比选，最终选择纵槽向布置2排，横槽向布置4排的8肢钢管方案。主肢钢管采用630×(10～16)管径相同、壁厚不等的螺旋焊管，塔底与预埋在交界槽墩墩帽顶的钢板焊接连接。经计算，塔架高度定为36m，根据塔架高度和扣锚索布置情况，主肢钢管竖向分为6段（每节钢管6m），钢管接长采用法兰盘或通过锚箱支承梁用螺栓进行连接。横槽向主肢钢管间距0.8m+1.0m+0.8m，横联是通过325×7的钢管相贯焊接，纵槽向主肢钢管中到中间距为1.4m，用325×7的钢管通过相贯焊接。扣塔顶最外侧立柱钢管中心布置索鞍，通过焊接固定于塔顶。扣塔整体布置如图4 所示。
图4 扣塔系统总体布置
5 扣锚索系统
扣锚索系统包括扣索、锚索、钢锚箱、扣锚索锚固端P型锚及张拉端锚具。
扣锚索采用钢绞线制作，其优点是钢绞线相对于钢丝绳具有强度高、变形小、用量少、受力十分明确且标高控制容易等诸多优点，故此扣挂系统中的扣索和锚索均采用钢绞线。
半跨主拱圈共分20节段，每节段5.0m，各节段均设扣索和锚索，分离的扣、锚索通过钢锚箱连接构成扣锚索系统，其中第1～7号独立锚箱置于交界墩盖梁顶；8～20号组合锚箱焊接于塔架系统的锚箱支承梁上。每组扣(锚)索3束，对称布置于主拱圈边腹板与隔板交界处。扣锚索均采用强度标准值1860MPa低松弛高強度钢绞线，依据各扣索的最大索力不同，分别采用10～18根不等。
通过千斤顶张拉扣、锚索实现主拱圈标高调整。扣索和锚索均采用单端张拉，张拉端位于锚箱上，固定端分别位于箱拱齿板处和后锚远离交界墩一侧的端面处。所有预应力固定端均采用P型锚具，结构受力明确。
目前采用较多的调索理论有：人工判别调索法、最小二乘法、卡尔曼滤波法。龙场渡槽项目利用MIDAS Civil和ANSYS软件建立阶段施工模型，首先根据经验进行前进分析，然后再进行倒拆分析。根据数值分析结果，利用最小二乘法原理，采用人工经验判别试算法确定各阶段的调索情况。
施工过程中的索力调整采用后锚点的预埋件分为型钢+精轧螺纹钢，通过千斤顶顶推移动横梁达到张拉扣索的目的，预埋精轧螺纹钢的各预埋转换、张拉、部件如图5所示。
图5 扣索索力调整转换器
6 后锚系统
目前锚碇综合起来有三种形式分别为倒抽法锚碇、正抽法锚碇、梁体张拉钢筋法锚碇。龙场渡槽扣挂系统锚碇采用梁体张拉钢筋法锚碇，其锚垫板与扣塔锚箱的锚固位置相对应，保证锚索平行布置，同时使对应的锚索和扣索在同一水平线上。
根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）的悬浇箱拱锚碇抗拔和抗滑移安全系数≥2的要求，设计了龙场渡槽的锚碇系统。具体锚固在拱脚两侧1#（21#）、2#（20#）槽墩的承台上，缆索吊后锚锚固在1#和21#承台上，承台在原设计基础上加大尺寸，其中1#槽墩锚碇构造如图6所示。
图6 1#槽墩锚碇构造图
7 挂篮系统
龙场渡槽主拱为变截面悬链线箱型拱，拱箱截面高3.5m，截面宽度从拱顶至拱脚按二次抛物线变化，拱顶截面宽5.5m，拱脚截面宽12.0m。主拱圈采用挂篮悬臂浇筑法进行施工。拱圈纵向共分为40个节段，每节段5m，其中两岸拱脚位置节段为支架现浇段，拱顶设一个吊架浇筑合拢段，其余各节段为悬浇段。
本渡槽采用的悬浇挂篮基于拱圈宽度较宽、拱圈倾斜及每节段的角度均在变化等特点，采用下承上行式斜爬挂篮，从拱脚对称的向拱顶浇筑。该挂篮的特点在于将承重桁架系统与底篮支承系统结合，主桁三角形桁架倒置于箱梁的底部，在主桁的上弦搁置型钢作分配梁，在分配梁上放置底模；悬臂浇筑时，将主桁及模板系统用拉杆提起紧贴箱梁的底部，在后支点上设置千斤顶调整底模前端标高，并于中横梁的后部设置抗剪臂，抵抗箱梁浇筑时产生的下滑力，此时挂钩脱空，不参与受力；行走时，松开拉杆、抗剪臂及后支点的千斤顶，将整个挂篮通过挂钩悬挂在箱梁的顶面，后支点受力转换为反力轮，通过顶推挂钩使挂篮前移。
挂篮包括主桁系统、止推系统、支反力系统、走行系统、模板系统、工作平台、安全防护等。主桁采用三角形构造，全长16.0m，桁高4.30m，总高8.30m，两三角主桁片中心距为5.0m，一套挂篮重41.7t（包括模板），挂篮设计承载能力200t，安全系数为1.4。
8 结束语
龙场渡槽主拱圈采用缆索吊＋挂篮悬臂浇筑的扣挂法新工艺施工，施工环境较恶劣，技术含量高，施工难度大，质量难以控制，作为箱拱悬浇新工艺核心系统之一的扣挂系统的设计，重要性不言而喻。本渡槽的扣挂系统充分利用上承式箱拱的结构特点( 尤其是交界墩和永久结构墩台)，总结以往扣挂系统基础上，提出扇形式扣挂的概念，此系统采用钢管壁厚分层高，扣锚索分离且分多层设置，既符合力学原理又经济实用，力学概念清晰；通过降低塔架重心，从而提高结构整体稳定性。同时为采用斜拉扣挂施工的桥梁提供更具经济竞争力的扣挂系统，达到既保证安全又进一步降低工程成本的目的。
参考文献：［1］ 贵州省水利水电勘察设计研究院.黔中水利枢纽一期工程总干渠渡槽C3标龙场渡槽设计图纸［S］.2012.4.
［2］ 郭吉平，韩洪举.一种新型扣挂系统设计［J］.施工技术，2012年5月上：83-86.
［3］ 白宝鸿，张玉娥，牛润明，朱英磊.钢管混凝土拱桥扣挂法施工设计［J］.桥梁建设，2005年第3期：44-47.
［4］ 何良俊.木蓬特大桥挂蓝施工工艺探讨［J］.城市建设理论研究，2012年第12期.