中承式混凝土雙飛燕拱橋支架設(shè)計(jì)及施工控制

尹志鋼

1 工程概況

三河口大橋位于某縣城三條河交匯處，橋梁全長(zhǎng)127.0 m，跨徑布置為(25.5+76+25.5)m，為中承式混凝土“雙飛燕”拱橋，矢跨比1/6。拱肋為鋼筋混凝土懸鏈線箱形截面，高2 m，主跨設(shè)3道一字橫撐。橋面寬16.0 m，上部結(jié)構(gòu)為加勁梁+橫梁+橋面板體系，主墩基礎(chǔ)為12根1.5 m的群樁基礎(chǔ)，行列式形狀布置。設(shè)計(jì)行車(chē)速度40 km/h，設(shè)計(jì)荷載:汽車(chē)荷載按城A級(jí)，人群荷載按3.5 kPa設(shè)計(jì)。地震基本烈度為7度，基本加速度值為0.15g，按8度設(shè)防。

考慮到橋址地形條件及施工單位的設(shè)備擁有情況、施工經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，此橋采用支架現(xiàn)澆施工。主拱圈施工的工藝流程如下:主拱圈勁性骨架立柱基礎(chǔ)施工→勁性骨架立柱→勁性骨架上搭設(shè)支架→主拱圈底模板施工與底標(biāo)高初步調(diào)整→主拱圈支架預(yù)壓前觀測(cè)→主拱圈支架預(yù)壓、觀測(cè)分析→調(diào)整底模板標(biāo)高→綁扎拱圈鋼筋→按分段澆筑拱肋混凝土→拱圈混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后拆卸支架。

2 支架設(shè)計(jì)與拼裝

2.1 支架設(shè)計(jì)

支架設(shè)計(jì)的原則是輕巧、安全、受力合理、便于施工。大跨度拱橋由于跨度大和凈高高的特點(diǎn)，現(xiàn)澆施工時(shí)支架材料的用量很大，因此，支架設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)橋式和地形，盡量使結(jié)構(gòu)的空間布置受力合理，如采用大跨度梁柱式或拱柱式，降低材料用量;支架材料盡量采用制式桿件，以減少桿件的加工量和便于倒用。

圖1 支架立面布置圖

本橋支架設(shè)計(jì)時(shí)采用勁性骨架立柱與滿堂支架組合，勁性骨架采用雙排鋼管柱，鋼管柱基礎(chǔ)采用C25混凝土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，承臺(tái)采用C30混凝土，鋼管柱底鋼板與承臺(tái)頂鋼板采用螺栓連接并在鋼板外圍焊接，鋼管柱頂架設(shè)槽鋼橫梁，槽鋼橫梁與鋼管柱采用焊接，為加強(qiáng)其橫向穩(wěn)定，兩排勁性骨架之間每隔一定間距設(shè)置一道槽鋼橫撐，滿堂支架架設(shè)在槽鋼橫梁之上，支架底與橫梁固結(jié)，滿堂支架頂部架設(shè)拼裝木模板，并確保模板頂部弧線與主拱圈底弧線一致。其立面布置如圖1所示。

支架所受荷載有自重(混凝土、模板、上下方木、人群、機(jī)具、材料堆放重、萬(wàn)能桿件等)、施工荷載、澆筑混凝土振搗荷載、風(fēng)荷載等。據(jù)檢算對(duì)象選擇不同的荷載組合。

荷載取值與主拱圈的施工方法、施工順序有關(guān)。根據(jù)施工方案，主拱圈分兩次三段澆筑。

第一次澆筑拱圈拱腳側(cè)兩段，第二次澆筑剩余頂部拱圈。

1)拱圈自重，計(jì)入混凝土的濕重，取自重系數(shù)1.2。

2)施工荷載。包括底模、人群、振動(dòng)等荷載共計(jì)20 kN/m。

3)檢算。采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算，根據(jù)支架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，按桿單元計(jì)算，支架與基礎(chǔ)的聯(lián)結(jié)處采用鉸接。根據(jù)施工時(shí)的加載工序，對(duì)支架進(jìn)行了所有工況的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性分析，并得出每根桿件的受力都小于其允許承載力，支架的整體強(qiáng)度、剛度符合要求。

2.2 支架拼裝

拼裝前澆筑勁性骨架基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂預(yù)埋鋼板及螺栓孔，再在其上拼裝勁性骨架鋼管柱，鋼管柱與基礎(chǔ)頂鋼板采用螺栓與焊接保證連接牢靠，滿堂支架拼裝于勁性骨架橫梁之上。滿堂支架拼裝高度距拱箱底的距離一般在40 cm～50 cm之間，在其上鋪設(shè)20 cm×15 cm橫木和15 cm×12 cm的梳形木，然后在梳形木上鋪設(shè)主拱箱底模板。

3 施工預(yù)拱度設(shè)置

施工預(yù)拱度的設(shè)置依據(jù)有限元結(jié)構(gòu)分析軟件Midas計(jì)算結(jié)果，考慮因素主要有各施工階段荷載作用、10年的混凝土收縮徐變、拱圈整體降溫20℃、車(chē)道人群荷載/2、考慮吊桿升溫降溫、基礎(chǔ)變位引起的拱圈下?lián)系取Ｓ捎诹⒛?biāo)高直接控制成橋后的線形，因此必須嚴(yán)格計(jì)算，必要時(shí)進(jìn)行預(yù)壓消除非彈性變形并取得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。橋型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 橋型結(jié)構(gòu)示意圖

該橋僅進(jìn)行了拱頂梁段等荷載預(yù)壓，支架預(yù)壓用編織袋裝河砂，預(yù)壓加載順序與施工澆筑混凝土順序相同，預(yù)壓前，在主拱箱底模板上按照L/8，L/4，3L/8，L/2設(shè)置變形觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)量這些觀測(cè)點(diǎn)的高程。待設(shè)計(jì)預(yù)壓荷載全部施加完畢后，前兩日每隔8 h，兩日后每隔12 h對(duì)設(shè)置的變形觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行量測(cè)，記錄各個(gè)觀測(cè)時(shí)期的變形觀測(cè)數(shù)值繪制時(shí)間—變形曲線，直至這些變形觀測(cè)點(diǎn)的變形趨于穩(wěn)定。待支架變形穩(wěn)定后，即可卸掉預(yù)壓荷載，卸載后再度量測(cè)各觀測(cè)點(diǎn)的高程，比較預(yù)壓加載前、加載后、卸載后的觀測(cè)點(diǎn)的高程變化情況。一般認(rèn)為某一觀測(cè)點(diǎn)的預(yù)壓前的高程減去加載后的高程數(shù)值即為該點(diǎn)處支架的彈性和非彈性變形的總和，而某一觀測(cè)點(diǎn)的加載后與卸載后的高程差即為該點(diǎn)處支架的彈性變形量。整理上述預(yù)壓觀測(cè)資料，繪制出支架彈性、非彈性變形圖。本橋拱頂預(yù)拱度設(shè)為70 mm，以拋物線形式向兩端布置。

4 拱軸線施工控制

大跨度拱橋保持拱軸線型的正確非常重要。本橋采用支架施工，在施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)及結(jié)構(gòu)體系存在多次轉(zhuǎn)換，為減少混凝土的收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力同時(shí)避免因拱支架變形而致使混凝土產(chǎn)生變形裂縫，確保施工過(guò)程結(jié)構(gòu)安全，拱箱混凝土的澆筑分兩次三段澆筑，并保證合適的合龍溫度。

本橋主拱圈懸鏈線的線形采用坐標(biāo)法控制，點(diǎn)位距離為L(zhǎng)/24，先考慮拱頂預(yù)拱度。平面及高程控制采用原設(shè)計(jì)及加密后的導(dǎo)線點(diǎn)，精度滿足平面控制要求。測(cè)量?jī)x器采用全站儀，高程測(cè)量采用精密水準(zhǔn)儀。

拱軸線方程為:

由懸鏈線方程可知，當(dāng)拱的矢跨比和拱軸系數(shù)確定后，拱軸線上各點(diǎn)的坐標(biāo)也就是唯一確定的，見(jiàn)表1。

表1 拱軸線上各點(diǎn)坐標(biāo)

施工過(guò)程中對(duì)該橋的上部結(jié)構(gòu)主要控制截面的應(yīng)力、應(yīng)變狀況，拱肋及系梁日照溫度場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。每一工序的施工方案根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷橋梁結(jié)構(gòu)施工過(guò)程的安全狀態(tài)，并及時(shí)作出調(diào)整，在已建立的橋位坐標(biāo)控制網(wǎng)內(nèi)，對(duì)施工軸線進(jìn)行實(shí)時(shí)復(fù)測(cè)校核，以便橋梁竣工后的線型更合理的接近設(shè)計(jì)線型。通過(guò)拱頂?shù)奈灰魄闆r，評(píng)估拱軸施工精度。通過(guò)監(jiān)測(cè)各種工況下拱頂下?lián)隙仍O(shè)計(jì)理論值與實(shí)測(cè)值，得出拱頂下?lián)隙鹊脑O(shè)計(jì)值和實(shí)測(cè)值吻合良好，也反證出拱架設(shè)計(jì)的正確。

5 結(jié)語(yǔ)

該橋支架的設(shè)計(jì)是合理的，其組拼與主拱圈加載順序符合結(jié)構(gòu)的受力原理，預(yù)拱度的設(shè)置保證了拱軸線型的正確。由于采用了拱型支架，節(jié)省了支架材料，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

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