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一、工程背景
某特大桥的桥跨布置为2×30m 预制T梁+净跨180m 主拱（拱上跨度195m，为 15×13m 空心板）+2×30m 预制T 梁，全桥长 327.595m。主桥为钢筋混凝土箱形拱桥，净跨径 180m，净矢高 32m，净矢跨比 1/5.625，拱轴系数 1.988，为等高截面悬链线拱，采用挂篮悬臂浇筑法施工。整个拱箱分 29 个节段施工，其中两岸各设一个拱脚现浇段，拱顶设一个吊架浇筑合拢段，其余 26 个节段均为挂篮悬臂浇筑。在采用挂篮悬臂浇筑拱圈过程中，拱圈最大悬臂长度为 90m，需要扣锚系统提供临时锚固力保证拱圈的稳定。![]()
图1 特大桥成桥后实景图
二、扣锚系统方案比选
扣锚系统由扣塔、扣索、锚索、锚箱、锚碇等部分组成，在拱脚交界墩上设置临时钢管扣塔，一端正扣于悬浇节段，另一端反锚于引桥台身上。扣锚索通过扣塔上设置的锚箱系统扣挂在扣塔上，如图2所示。![]()
图 2 挂篮悬浇扣锚系统施工简图
扣塔是扣锚系统中主要的承重结构，它将承受通过扣索、锚索传递拱圈重量的竖向力，最大承受重量约为 4000t；扣锚索通过扣塔上设置的锚箱系统扣挂在扣塔上，锚箱同时提供扣锚索张拉操作平台；锚碇采用预应力岩锚+永久结构物（承台、桥台）提供锚固力，满足抗倾覆和抗滑移稳定性要求。由于拱圈为混凝土现浇结构，其承受较大压力和较小拉应力的特性决定了扣锚系统具有变形小、稳定性好的特点，否则将影响结构安全，于是扣锚系统每一部分的方案选择至关重要。扣锚系统方案比选表
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通过对扣塔、扣锚索、锚碇、锚箱位置的比选，综合考虑，选用扇形式空心钢管扣锚系统。三、扣锚系统的设计
3.1 扣塔的构成
特大桥扣塔安装在拱脚交界墩上。由于受纵坡影响，两岸交界墩高度不一致，扣塔高度也不一样，同时对扣锚索设计存在差异。扣塔采用门式框架结构，2#墩扣塔高 36m，3#墩扣塔高 41m。扣塔立柱采用 8 根Φ820×16mm钢管作主管（其中塔顶 3 节钢管采用Φ820×14mm 钢管），横桥向 4 排，纵桥向 2 排，用Φ273×6mm 钢管作斜撑，采用[40 作平撑组成门式框架结构。主钢管节段采用法兰盘螺栓连接。立柱钢管采用 Q345B 钢材，其余连接件为 Q235B 钢材。![]()
3.2 扣锚索组成
特大桥扣索和锚索均为预应力钢绞线。为控制扣塔偏位，扣索与锚索分离，每半跨分 13 对扣索和锚索，每束由 10—24 根不等的钢绞线组成。扣索和锚索是扣挂系统的重要组成部分，特大桥的 1#‐3#扣锚索置于交界墩项，4#‐13#扣锚索索置于不同高度的钢管扣塔上。![]()
3.3 锚箱的构成
锚箱采用“U”型船式结构，以便在扣锚索张拉时自动平衡水平分力，同时方便扣锚索同时均匀张拉操作。为了分散扣锚索张拉后的竖向集中受力，将锚箱分多层设置，一共分为 5 层，其中盖梁上 3 个，扣塔上设置 4 层，分别为 3、3、3、2 个锚箱，保证每层锚箱受力分散。为了将锚箱上面的竖向力转移到扣塔钢管上，在锚箱下面设置锚箱平台，锚箱平台采用高强度螺栓与扣塔钢管相连。单层的锚箱、锚箱平台设置如下图所示![]()
锚箱布置示意图
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锚箱设计图
3.4 锚碇
锚碇在主拱圈浇筑过程中提供拱圈、扣塔稳定的锚固力，其抗倾覆和抗滑移稳定性直接关系到桥梁施工的成败。扇形式扣锚系统选择预应力岩锚+永久结构物（0#、5#桥台，1#、4#承台）作为锚碇，对自然环境破坏小，成本低，节约工期。由于拱圈的 1、2、3 节段都锚固在承台上，承台承受斜向上拉力，处于受力不平衡状态。岩锚通过钢绞线作用于岩体中，通过施加预应力将承台锚固在岩体使承台受力平衡。此种锚碇施工比传统重力式锚施工方便、工期短、资源消耗低的特点，并且减少了开挖量及对自然岩体的影响。0#、5#桥台作为扣锚系统的后锚，其稳定性必须满足抗滑和抗倾覆稳定性要求。其中 0#桥台分开设置，中间间距为 2cm，尺寸为 10.74×7.5×15m，单个桥台混凝土方量为 1167.4m³，钢筋重量为 70.708t，采用 2 排Φ1.8m桩基，共计 6 根，单根长度为 12m；5#桥台联合设置，尺寸为 29×7×11.6m，混凝土方量为 2276.5m³，钢筋重量为 141.722t，采用 2 排Φ1.8m 桩基，共计 14 根，单根长度为 12m。![]()
四、施工过程控制要点
扇形式扣锚系统中扣塔、锚碇、锚索、锚箱是一个有机整体，联系紧密，主拱圈浇筑过程中对每一部分的变形要求都较高，扣塔的垂直度、锚箱的变形、扣锚索索力的偏差值、锚碇的位移量等都必须监控到位，通过监控数据反映结构的受力、变形状况是否与设计一致，这关系到拱圈的结构安全。4.1 扣塔垂直度控制
4.1.1 扣塔安装垂直度控制
扣塔结构主要是钢结构螺栓连接及部分焊接而成，施工过程每个钢管连接接头均由技术员全部检查，同时安装过程测量组全程监控，保证每个钢管接头满足设计要求。在实际安装过程中扣塔钢管法兰盘连接会出现局部不平整，不平整会对整个扣塔垂直度影响很大，我部采用支垫薄钢板，调整局部的不平整。施工过程控制扣塔整个安装成型后垂直度均在1cm以内。4.1.2 扣锚索张拉时扣塔垂直度控制
扣塔纵向水平位移测量是为了反映施工中扣塔、交界墩的实际变形状态，监测施工时是否处于安全范围内，避免施工误差积累对主拱圈的线形和合龙的影响。尤其是在索张拉前后对扣塔纵向水平位移的观测，得出本次张拉过程的变形量，与理论计算值的比较，可以反映出施工控制的实时状态，便于现场张拉的分析。扣塔偏位采用全站仪测量，在扣塔施工封顶完成后，每个扣塔左右塔柱顶各设1个测点（设置反射棱镜作为测点），测点位置选在塔顶便于观测的可靠位置处。扣塔偏位在扣锚索张拉时对其进行测量。![]()
扣锚索张拉时采取同时张拉，分级张拉，分级按照50%、100%索力，对扣塔而言所受水平力始终是平衡的，但扣锚索张拉时由于人为操作等原因会造成扣塔所受水平力出现不平衡，如果这种不平衡过大，会导致扣塔纵桥向偏位过大，扣锚索张拉过程中会通过控制扣锚索索力来调整扣塔偏位，然而扣塔重复调整过大偏位量会造成拱圈混凝土的开裂，影响结构安全，这要求扣锚索张拉过程中监控好扣塔偏位，控制其偏位量不超过3cm。尤其对于扣塔上第一层（从下至上）扣锚索张拉，第一层扣锚索相当于扣塔的一个“压塔索”，索力的竖向力增加了扣塔的竖向压力，防止了扣塔前倾或后倾。所以在第一层扣索、锚索张拉时扣塔的垂直度控制至关重要，张拉过程测量全程监控，尽量减小扣塔偏移，发现扣塔偏位量超过设计要求时即停止偏位一侧的索张拉，另外一侧索继续张拉，待扣塔偏位调整到位后再继续同时张拉。4.2 锚箱变形控制
锚箱作为扣锚索索力的直接传递结构，起着“承上启下”的作用。锚箱安装完成后，在锚箱平台底部安装应变计，监控锚箱及平台的应力状况。
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锚箱平台下应变计安装
4.3 扣锚索索力监控
扣锚索采用连续式千斤顶张拉，同时夹片具用可重复使用功能，待扣锚索固定端锚具安装时，在锚具下面安装压力环，待扣锚索张拉完成后，测量其扣锚索索力。经过现场的实际测量，最大索力偏差为4%，小于设计±5%的要求。![]()
索力压力环
4.4 锚碇位移量监控
在后锚（承台、桥台）顶部对角布设两个监控点，在锚索张拉前测量后锚监控点坐标、张拉过程中对后锚位移进行监控，防止结构发生不可逆位移。![]()
后锚碇
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