鋼筋混凝土拱橋拱架現(xiàn)澆施工技術研究

陳磊

摘要：近年來，拱架施工法在我國山區(qū)地帶得到了廣泛應用，本文對目前工程上常采用的拱架類型以及混凝土澆筑的分段長度進行了討論。以河洋大橋的監(jiān)控項目為依托，以最終的監(jiān)控數(shù)據(jù)驗證了該分段長度的方法是合理的，在類似跨徑的鋼筋混凝土拱橋中該方法可以借鑒。

中圖分類號： TU37文獻標識碼： A

關鍵詞：拱架施工法；分段長度；鋼筋混凝土拱橋

1 拱架現(xiàn)澆技術研究現(xiàn)狀

拱橋在我國有著燦爛的文化，早期的混凝土拱橋主要采用拱架法施工，隨著轉體施工法、纜索吊裝法等出現(xiàn)，拱架法施工逐漸減少。近年來，在我國多山川峽谷一帶，由于受到地形限制，支架法施工又備受青睞。

拱架現(xiàn)澆的關鍵技術問題有兩方面：一是拱架構造的優(yōu)化。如張興華對貝雷拱架做了優(yōu)化設計，張小花在《大跨度可調式無支墩鋼拱架施工混凝土拱橋技術》一文中探討了雙層桁架式“六四”式軍用梁拱架在拱橋施工中的應用，劉泗平對現(xiàn)有三種常用拱架進行了力學性能上的比較。歸結起來，目前尚且以常備的不同類型的鋼桁架為基本單元，在其基礎上進行相應的優(yōu)化和改進。

二是如何劃分混凝土澆筑長度和控制拱架變形。國內外在以往的拱圈混凝土澆筑過程中采取了不同方法，如地錨法、壓水箱法、斜拉扣索法和多工作面法。前三種方法均借助外力來控制拱架變形，以實現(xiàn)混凝土的連續(xù)澆筑，第四種則利用自身混凝土重量來調整鋼拱架線形，但混凝土不能連續(xù)澆筑，而且施工時間長，后期徐變收縮量大。不論采取何種方法，母的都是避免拱架出現(xiàn)上下反復變形導致混凝土的開裂。蔣云峰研究了支架現(xiàn)澆時拱架與混凝土的聯(lián)合作用，黃澤權等利用影響線開展了石拱橋拱石砌筑加載程序分析，但均未給出加載程序的分析方法[1]。張敏等利用應力影響線分析了鋼管混凝土拱橋管內混凝土灌注階段應力調整方法[2]。

2 拱架構造形式

拱架是支架施工中關鍵結構。對于鋼筋混凝土而言，目前采用最多的是鋼拱架。目前主要采用滿布式拱架、軍用鋼橋桁架組拼拱架和定型拱架。

2.1 滿布式拱架[3]

滿布式拱架分為滿堂立桿式拱架和撐架式拱架。滿堂立桿式拱架主要由拱盔、支架和卸架設備組成，拱盔由立柱、斜梁、拉桿和斜撐組成，支架由立柱和橫向聯(lián)系組成，上下部之間放置卸架設備，如木楔或砂筒。

為了減少數(shù)量眾多的立桿，保證橋孔下有足夠的通航空間，減少漂流物的影響，用少數(shù)框架式支架加斜撐來取代滿堂立桿式拱架的立桿，形成撐架式拱架。其優(yōu)勢較滿堂立桿式拱架明顯，因此在實際工程中采用較多。另外，拱架還需要對強度、剛度和穩(wěn)定性驗算通過后才能應用于工程實踐當中。

2.2 軍用鋼橋桁架組拼拱架[4]

2.2.1 “321”公路鋼橋桁架

我國戰(zhàn)備公路鋼橋，名為“321”公路鋼橋，單片的矩形貝雷片（3×1.5m）是構成貝雷架的標準單元，如圖1所示。貝雷片由上、下弦桿、豎桿及斜桿焊接而成，上下弦桿端部都有陰陽接頭。弦桿由兩根槽鋼背靠背組合而成，其材料為16錳鋼。拼裝中為擬合實際形狀的需要，還有拱腳構件、梯形構件和異性桁架構件等。貝雷拱架具有很強的適應性，而且單片貝雷片重量較輕，運輸方便，架設拆卸快捷。

2.2.2 “六四”式鐵路鋼橋桁架

“六四”式鐵路鋼橋桁架，又名“六四”式軍用梁，由我國自行研制，與貝雷架有著很多共性，便于運輸，易于拼裝拆卸，適用性強及可重復使用等優(yōu)點。利用“六四”式軍用梁拼裝拱架，可采用兩種形式：一種是單排桁架式。弦桿長短不一，盡管標準制式中提供了不同尺寸的弦桿，有時還需根據(jù)實際需要定制。而且承受壓應力的下弦桿長細比較大，需特別注意施工過程中發(fā)生局部屈曲現(xiàn)象。另一種是雙排桁架式。其梁高為單排的兩倍，較單排桁架式承載力明顯增大，而且專門定制的變曲率調節(jié)構件，可以通過螺栓在橢圓孔中的滑動來實現(xiàn)一定程度上的微調，也避免了下弦桿長細比過大所帶來的風險。相比單排桁架式，雙排桁架式性能較好，但對曲線擬合程度依然不夠理想。

2.3 可調式鋼拱架

可調式鋼拱架構造形式是在軍用鋼橋桁架組拼拱架的基礎上揚長避短，演化而來?？烧{式鋼拱架由標準節(jié)段和連接構件拼接而成，標準節(jié)段下弦通過鋼銷連接，上弦固接，如圖2所示。其構造上的區(qū)別，主要在于加大了標準節(jié)段的尺寸，同時每個節(jié)段都增加了微調節(jié)裝置。與軍用鋼橋桁架組拼拱架比較，增大了節(jié)段的承載能力，微調裝置在曲線擬合上有了更大的優(yōu)勢。

圖1 貝雷片標準單元構造圖 圖2 可調式鋼拱架構造圖

3 河洋大橋主拱圈支架現(xiàn)澆監(jiān)控

3.1 工程概況

河洋大橋跨越北盤江，連接貴州省普安縣與水城縣的公路橋梁。橋梁總長247.36m，橋寬7m+1.25m×2,縱坡為2.5%的單向縱坡。本橋主拱采用凈跨徑126m的箱型拱橋，凈矢跨比1/4，線形為拱軸系數(shù)為m=2.8的懸鏈線。

主拱圈為單箱三室截面，箱寬7.6m，頂?shù)装搴?5cm，頂、底板在拱腳設加厚20cm的漸變段。主拱采用C50混凝土現(xiàn)澆形成。拱上立柱采用方柱，根據(jù)高度不同斷面尺寸分別為1.2m×1.2m、1.0m×1.0m和0.8m×0.8m，采用C35混凝土澆筑。主橋面板為16×10m鋼筋混凝土預制空心板，板厚0.45m，采用C40混凝土澆筑。

3.2 主拱圈澆筑長度計算

3.2.1 分析模型

對于拱架及主拱圈的結構計算，利用手算或解析法是非常難以實現(xiàn)的，借助計算機可以較為快捷地解決問題。本文即采用分析軟件ANSYS來進行必要的計算。在拱架模型建立時，所有拱架桿件均采用BEAM44單元。拱架有限元模型如圖3所示。

3.2.2 分段長度的計算

限于篇幅，考慮到底板強度達到以后，可與拱圈協(xié)同受力，故腹板和頂板混凝土澆筑時的位移較小，本文只針對最關鍵的施工階段——底板混凝土澆筑過程的分段長度計算。利用編制的專用程序進行計算。首先，繪制各關鍵截面撓度（UY）影響線，如圖4所示。

圖3 拱架有限元模型 圖4 主要截面撓度影響線

經如上計算，得到如圖5所示的結果，拱腳段15.517m，拱頂段16.29m，中間段38.324m，兩岸依箭頭順序對稱澆筑。

圖5 主拱圈底板混凝土澆筑順序示意圖

3.3 主拱圈混凝土澆筑變形測試

標高測點布置在各八分點截面的上下游位置。限于篇幅，僅討論拱腳段澆筑完畢、拱頂段澆筑完畢及底板澆筑完畢相對于底板鋼筋和模板搭設完畢狀態(tài)的撓度，實測數(shù)據(jù)取上下游平均值。實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)見表1所示。

表 1 混凝土澆筑各階段相對撓度理論值與實測值

3.4 數(shù)據(jù)分析

圖6 拱腳段澆筑完畢相對撓度值 圖7拱頂段澆筑完畢相對撓度值

圖8底板澆筑完畢相對撓度值

從表6~表8可以看出，實際的位移要比計算位移小，實際的位移變化幅度也比計算值小。但都控制在2cm以內。由于現(xiàn)場施工條件限制，纜吊運行速度緩慢，拌合設備單位拌合量較小，導致實際澆筑過程緩慢，較早澆筑的混凝土已經出現(xiàn)初凝，達到一定強度，其剛度對變形也起到阻礙作用。這是澆筑拱頂段及中間段完畢時的位移變化比理論值小的主要原因。

4 結語

拱架現(xiàn)澆施工，目前最適跨徑在100m~150m左右范圍。這種施工技術已經十分成熟，然而工不厭精，對于施工過程有待進一步優(yōu)化，以達成最優(yōu)的成橋狀態(tài)。還可探討其他加載方案，以及其他分段長度的確定方法。

參考文獻

[1] 黃澤權，梅蓋偉，楊興.拱橋有支架施工加載程序優(yōu)化設計[J].重慶交通大學學報，2009，28(1):23-25

[2] 張敏，周水興，胡免縊.鋼管混凝土拱橋施工控制原理與控制分析算法研究[J].公路交通科技,2003,20(2):39-42

[3] 顧安邦,向中富 .橋梁工程(下冊)[M].第二版.北京：人民交通出版社.2011

[4] 黃紹金，劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊[M].北京:人民交通出版社，2001.