等截面懸鏈線無(wú)鉸拱橋觀音山大橋的設(shè)計(jì)及施工

吳偉兵

【摘 要】 等截面懸鏈線無(wú)鉸拱橋在山區(qū)與丘陵地帶被廣泛采用，本文對(duì)等截面懸鏈線無(wú)鉸拱橋受力進(jìn)行了分析，并對(duì)實(shí)際等截面懸鏈線無(wú)鉸拱橋觀音山大橋的設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行了介紹與論述，得出等截面懸鏈線無(wú)鉸拱橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)與施工要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】 等截面懸鏈線無(wú)鉸拱橋 設(shè)計(jì) 施工

等截面懸鏈線無(wú)鉸拱橋是拱橋設(shè)計(jì)的一種重要形式，在山區(qū)與丘陵地帶被廣泛采用。等截面懸鏈線無(wú)鉸拱橋圈主要承受壓力，在重力荷載作用下，拱圈幾乎不承受彎矩，在汽車荷載作用下，拱圈承受很小的彎矩，與重力荷載與汽車荷載相比較，溫度荷載承受較大彎矩。同時(shí)，拱座承受較大水平荷載與垂直荷載，對(duì)拱座處基巖的承載力要求較高。在基巖承載力較高、橋面標(biāo)高較地面標(biāo)高較高及需要較大的通航凈空要求時(shí)，等截面懸鏈線無(wú)鉸拱橋被廣泛采用。在安徽省省道220線觀音山大橋跨河大橋設(shè)計(jì)中，采用了跨徑為78米的等截面懸鏈線無(wú)鉸拱橋，本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工方面對(duì)該橋進(jìn)行介紹。

1 工程概況

觀音山大橋平面位于直線上，縱面位于豎曲線上，起點(diǎn)位于省道220線與橋軸線相交點(diǎn)，終點(diǎn)與規(guī)劃區(qū)規(guī)劃道路相接，路線全長(zhǎng)140.65m，其中橋梁長(zhǎng)120.09m（包括搭板長(zhǎng)）；本橋主拱為1×78m，矢跨比f(wàn)/L=1/7的等截面懸鏈線箱形無(wú)鉸拱橋拱橋。橋面全寬按雙向兩車道外加人行道設(shè)計(jì)，橋面寬12.5m，具體組成為：人行道（含欄桿）1.75m +車行道2×4.5m+人行道（含欄桿）1.75m，設(shè)計(jì)荷載：公路I級(jí)。橋面縱坡為3.5%和3.5%，橫坡為雙向1.5%。橋梁計(jì)算采用橋梁博士與MADIS軟件進(jìn)行分析。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

橋梁上部結(jié)構(gòu)為一孔78m鋼筋混凝土拱橋，拱肋端部支承在擴(kuò)大基礎(chǔ)上形成無(wú)鉸拱，橋梁設(shè)重力式U型橋臺(tái)，橋面連續(xù)，僅在兩座拱座上方的主梁上設(shè)D80伸縮縫各一道。

拱肋及主梁、立柱、蓋梁等構(gòu)件均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆施工。

本橋主拱為1×78m，矢跨比f(wàn)/L=1/7的等截面懸鏈線箱形無(wú)鉸拱橋，拱軸系數(shù)m=1.756。拱肋截面除了跨中段與主梁截面形式統(tǒng)一而加厚加高外，其余截面為9m（寬）x1.6m（高）的單箱雙室矩形空心截面，截面上、下緣厚度0.3m，腹板厚度0.5m，每個(gè)室四個(gè)角均設(shè)置0.4x0.2m的倒角?？缰卸喂袄咚介L(zhǎng)度18.5m，截面高度從1.82m變化到2.292m，頂板厚度從0.53m變化到0.844m，底板厚度仍為0.3m，該段內(nèi)截面尺寸為箱形，橫斷面頂面寬度為12.6m，底面寬度為9m，兩邊各設(shè)置1.8m的懸臂。拱肋在上部主梁立柱處均設(shè)置有1.6m厚的橫隔板，在與拱座相接處設(shè)置有0.8m厚端橫隔板，在跨中設(shè)置0.5m厚中橫隔板，正常段與跨中段相接處設(shè)置2m厚橫隔板。拱肋在立柱處均設(shè)有與拱肋同寬的底梁，厚度不小于0.6m。

主梁共有兩種跨度，分別為6.4m和10m，頂寬均為12.6m，兩邊設(shè)置1.8m的懸臂，并在主梁上設(shè)置有0.10m厚的整體化層，以利于設(shè)置橋面連續(xù)鋼筋。6.4m跨主梁為T形斷面，頂板厚度0.20m，腹板厚度0.3m，橫向共有4道腹板，為使主梁在立面成拱的樣子，腹板高度為變高度，梁底按圓弧曲線變化。10m跨主梁因?yàn)槠湎乱O(shè)置人行道，將主梁設(shè)置成封閉廂室，其頂板厚度0.25m，底板厚度0.25m，腹板厚度0.4m，橫向共有3道腹板。

拱座采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，基底應(yīng)設(shè)置在新鮮的中風(fēng)化石英砂巖上，要求巖石地基承載力基本容許值不小于1000kPa。

橋臺(tái)采用重力式U形臺(tái)，基底應(yīng)設(shè)置在新鮮的中風(fēng)化石英砂巖上，要求巖石地基承載力基本容許值不小于1000kPa。

3 施工要點(diǎn)

1、施工平臺(tái)及拱架搭設(shè)

（1）施工階段，應(yīng)加強(qiáng)河床面標(biāo)高及覆蓋層情況核查工作，若出現(xiàn)與地質(zhì)勘察成果不相符的情況，應(yīng)及時(shí)通知勘察設(shè)計(jì)單位。

（2）沿S220省道修建施工便道至橋位處，1號(hào)拱座處場(chǎng)地圍堰及平臺(tái)搭設(shè)時(shí)應(yīng)充分考慮風(fēng)浪、流水的沖刷，需要用尼龍編織袋（填砂）及打入樁進(jìn)行防護(hù)。

（3）橋址區(qū)河水較深，河床地段小區(qū)側(cè)卵石層厚、省道側(cè)河床基本無(wú)覆蓋層，為保證便橋及整體穩(wěn)定性，保證洪水期間的安全，鋼管樁搭設(shè)時(shí)應(yīng)保證足夠的埋置深度，必要時(shí)加厚鋼管樁厚度，防止施打時(shí)變形，支撐護(hù)筒的入土深度必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的驗(yàn)算。同時(shí)，為了防止鋼管樁底部被水流沖刷，省道側(cè)鋼管樁周圍拋擲填土尼龍編織袋（填砂）堆積高度為2m，保證鋼管樁底的穩(wěn)固。

（4）應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)卣{(diào)查情況，確定施工時(shí)間的最高施工水位，鋼棧橋和鋼平臺(tái)頂面標(biāo)高應(yīng)高于施工水位1m以上。

（5）拱架應(yīng)具有必要的強(qiáng)度和剛度，并使結(jié)構(gòu)線形符合圖紙要求。拱座水平位移對(duì)拱圈引起的撓度，混凝土收縮、徐變和溫度變化而引起的撓度以及結(jié)構(gòu)自重引起拱圈的彈性撓度設(shè)計(jì)圖中已經(jīng)考慮。但預(yù)留施工拱度時(shí)，還應(yīng)考慮拱架承受施工荷載引起的彈性變形、桿件接頭的擠壓產(chǎn)生的非彈性變形以及支架基礎(chǔ)受載后的沉陷。

（6）在支架架設(shè)后，應(yīng)對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，加在支架上的預(yù)壓荷載應(yīng)不小于主拱自重。同時(shí)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量，指導(dǎo)調(diào)整主拱底模標(biāo)高。

2、拱圈施工

（1）本橋采用滿堂支架施工，施工順序?yàn)椋汗白⑴_(tái)身、拱肋及立柱、主梁、橋面系。模板、拱架和支架的施工須嚴(yán)格按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）的有關(guān)條款進(jìn)行。外模建議采用進(jìn)口黑膠木模板，以保證拱橋外觀平滑、光潔；內(nèi)模力求輕便簡(jiǎn)易，但必須滿足剛度要求保證內(nèi)部平整密實(shí)，澆完混凝土之后內(nèi)模留在拱圈內(nèi)。

（2）主拱圈應(yīng)沿拱跨方向分段對(duì)稱澆筑，根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）第16、2條規(guī)定，分段位置設(shè)在1/4節(jié)點(diǎn)附近，這樣就將拱圈分為5段。澆筑順序?yàn)椋合葷补澳_段①，再澆中間段②，然后澆合龍段③；各段混凝土應(yīng)一次連續(xù)澆筑完畢。

（3）拱上結(jié)構(gòu)施工應(yīng)在主拱圈達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%后方能進(jìn)行，并要求對(duì)稱均勻澆筑。待主拱圈及空心板砼強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方能卸除拱架。卸架程序參見《公路施工手冊(cè)—橋涵》。建議從兩拱腳開始分別對(duì)稱地向拱頂進(jìn)行，要保證拱體逐漸均勻地降落和受力。

（4）每階段均要進(jìn)行施工觀測(cè)，控制主拱圈的變形。

（5）拱座回填必須在主拱圈卸架之前完成，拱座基礎(chǔ)嵌入中風(fēng)化巖層部分，基礎(chǔ)和開挖線界限間空隙，采用與基礎(chǔ)同標(biāo)號(hào)混凝土同時(shí)澆筑；中風(fēng)化巖層以上部分待澆筑層完成后，采用C10混凝土回填，并將表面用漿砌片石固化，防止被水流沖刷。

（6）拱圈坐標(biāo)表中的放樣坐標(biāo)已綜合考慮了預(yù)拱度的影響。但拱圈預(yù)拱度未計(jì)施工拱架的壓縮變形，因此在澆筑拱圈混凝土前應(yīng)對(duì)拱架進(jìn)行預(yù)壓。

（7）后澆段須在一天中最低氣溫時(shí)合攏。

3、現(xiàn)澆橋面整體化層混凝土

（1）為了防止主梁與橋面現(xiàn)澆層由于齡期差別而產(chǎn)生過(guò)大收縮差，主梁與現(xiàn)澆層澆注齡期差不應(yīng)太長(zhǎng)，宜按三個(gè)月控制。

（2）澆筑整體化層混凝土前，必須清除結(jié)合面上的浮皮、油污，并用水沖凈。

（3）整體化層混凝土澆筑前應(yīng)確保整體化層鋼筋網(wǎng)在混凝土中的高度。

4 結(jié)語(yǔ)

等截面懸鏈線無(wú)鉸拱橋是一種在丘陵地區(qū)與山地地區(qū)廣泛應(yīng)用的橋梁結(jié)構(gòu)形式，在大量的實(shí)踐中，人們積累了較多的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)安徽省省道220線觀音山大橋設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行了論述。

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