拱架現(xiàn)澆施工工藝的探討

賀文柏 楊 杰 周 京

（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004）

拱架現(xiàn)澆施工工藝的探討

賀文柏 楊 杰 周 京

（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004）

淺述了拱橋現(xiàn)澆與預(yù)制的施工工藝，并通過對湘西遷清公路上兩座相同跨徑的箱型拱橋的施工監(jiān)控，探討了拱架現(xiàn)澆這一施工方式的特點(diǎn)及發(fā)展。

拱橋；施工工藝；拱架現(xiàn)澆；方案比選

1 引 言

從拱橋的施工工藝來論述拱橋施工技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，以下將結(jié)合湘西遷清公路拱架現(xiàn)澆橋梁工程的監(jiān)控背景，利用其在拱架上采用左、右幅分開澆筑的方式進(jìn)行成拱的施工工藝，結(jié)合有限元結(jié)構(gòu)分析軟件，建立實(shí)橋模型進(jìn)行理論分析，并在拱圈澆筑過程中實(shí)施動態(tài)觀測，通過現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)與理論分析值進(jìn)行分析對比，淺析了拱架上分幅分環(huán)分段澆筑拱圈的施工過程成橋的特點(diǎn)與內(nèi)涵。

2 拱橋的現(xiàn)澆與預(yù)制的探討

圖1 現(xiàn)代拱橋的施工工藝

現(xiàn)澆拱橋的結(jié)構(gòu)分類可以由歷史悠久的石板拱到中腹挖空的箱肋拱、簡便適用的剛架拱、鋼混組合的鋼管拱及節(jié)料易制雙曲拱、節(jié)段組裝的桁架拱的等類型。板拱橋主拱圈一般采用現(xiàn)澆成拱，當(dāng)跨徑過大時(shí)，其跨寬比大幅增加，截面增大、自重加大、橫向抗扭及穩(wěn)定性能下降，因而近來較少使用；箱肋拱有中間挖空的板或兩肋組成，制作工藝較為復(fù)雜，山區(qū)拱橋多采用拱架預(yù)制施工；雙曲拱則由橫豎兩拱組成，其整體性差、橫向聯(lián)系弱、截面容易開裂，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，該橋型已經(jīng)很少采用。桁架拱是一種節(jié)段組合拱橋，即主拱圈是由桁拱架及橫向桿件連接，但因?yàn)榧茉O(shè)節(jié)點(diǎn)較多，且節(jié)點(diǎn)受力不均勻，橋梁需經(jīng)常維修養(yǎng)護(hù)，現(xiàn)也不常建造；剛架拱結(jié)構(gòu)簡便，因上弦大小節(jié)點(diǎn)處容易出現(xiàn)裂縫，故須加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)。表1為現(xiàn)澆與預(yù)制施工工藝比較圖。

表1 現(xiàn)澆與預(yù)制施工工藝比較圖

2.1 拱橋的現(xiàn)澆施工工藝

拱橋不分跨徑長短，在設(shè)計(jì)上原理大致相同，而在施工難度上大跨徑與小跨徑卻大相徑庭。采用鋼拱架分幅現(xiàn)澆的江口大橋拱架現(xiàn)澆實(shí)例所需成本較高，澆筑需要搭設(shè)臨時(shí)剛拱架，作業(yè)難度較高，成本較大，工期較長。其有支架施工中的拱架現(xiàn)澆僅適用于跨徑在300米以內(nèi)的橋梁使用。如世界上最大跨徑的石拱橋丹河大橋，主跨146m。其采用鋼撐架式鋼拱架施工工藝[2]。世界知名的趙州橋也采用木架砌筑。懸臂現(xiàn)澆施工法是斜拉扣索現(xiàn)澆的施工工藝，其跨徑較鋼拱架現(xiàn)澆有所提升，但其拱軸線型還是不易控制，且施工工期較長。

2.2 拱橋的預(yù)制施工工藝

由每座橋梁建設(shè)設(shè)計(jì)的單一性，其所采用的工藝方法及特色[3]～[5]也各不相同。從采用預(yù)制纜索吊裝施工的碗米坡酉水大橋，可知，預(yù)制施工的成橋效果好，線形美觀，施工工藝簡單，工期較短，成本較低。隨著拱橋現(xiàn)澆施工產(chǎn)生的工藝就是預(yù)制施工工藝。預(yù)制的施工工藝有轉(zhuǎn)體施工、頂推施工及纜索預(yù)制吊裝等工藝。轉(zhuǎn)體施工與其它工藝相比而言，不僅可以兼顧不阻斷跨線交通，還能降低現(xiàn)場施工風(fēng)險(xiǎn)，從而創(chuàng)造更優(yōu)的施工條件；頂推法施工則橋跨下方凈空不受較大影響，能滿足跨線橋梁施工的工藝要求；纜索吊裝施工為預(yù)制拱箱施工，需要大型纜索吊裝系統(tǒng)。

2.3 未來的施工工藝趨勢

從跨鐵路轉(zhuǎn)體橋先懸臂現(xiàn)澆，后加轉(zhuǎn)體施工合攏；再如湖南長沙福元路大橋就采用了先進(jìn)的預(yù)制頂推鋼箱拱的施工工藝（類似的橋梁還有湖南衡陽衡州大道跨京廣鐵路的下承式鋼管混凝土拱橋就先采用了導(dǎo)梁頂推，后采用系桿拱節(jié)點(diǎn)支承整體托拉滑移的方法來施工，見圖1），可知組合施工的工藝越來越受到現(xiàn)場實(shí)際歡迎。對于山區(qū)拱橋而言，尤其是120米以內(nèi)的山區(qū)拱橋，在施工場地受到限制，大型吊裝機(jī)械無法進(jìn)場的情況下，采用拱圈鋼拱架上現(xiàn)澆的工藝具有結(jié)構(gòu)剛度大、工藝成熟、成橋質(zhì)量有保證等優(yōu)點(diǎn)，也是較好的選擇。

3 拱橋現(xiàn)澆施工工藝的特點(diǎn)與內(nèi)涵

拱架現(xiàn)澆一般都為分層澆筑，減輕施工難度；其次針對施工階段的穩(wěn)定性對采用不同的施工控制方式也不盡相同，對于主拱的軸線線形變化規(guī)律，理論值變化規(guī)律由模型模擬施工計(jì)算分析得出，再由現(xiàn)場實(shí)際的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，來確定拱橋澆筑過程中的拱軸線變化規(guī)律。以下通過湖南湘西兩座先后施工的相同跨徑為80米的箱型拱橋案例，對比施工實(shí)際數(shù)據(jù)與模型計(jì)算值來探討拱橋現(xiàn)澆過程中的成橋特性。其次對拱橋的分幅分環(huán)施工特色進(jìn)行工藝效果分析，來確定拱圈拱架上現(xiàn)澆成拱的規(guī)律。江口大橋與普市駝大橋?yàn)?0m現(xiàn)澆跨的分幅分環(huán)分段施工工藝，其澆筑過程滿足較早成拱的原則，見圖2。

圖2 拱架上拱圈分幅分環(huán)澆筑段圖示意

圖3 兩座橋左右幅應(yīng)力實(shí)測值差值的比較

3.1 分幅分環(huán)分段施工工藝的內(nèi)涵

以拱橋小里程端拱腳為坐標(biāo)原點(diǎn)，根據(jù)兩座橋梁不同的施工澆筑順序來建立兩座橋梁的相對坐標(biāo)模型。又以現(xiàn)場采集的拱圈各實(shí)時(shí)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，建立的兩種不同澆筑順序的施工監(jiān)控模型，取成橋階段各模型的主拱圈的撓度數(shù)據(jù)與現(xiàn)場監(jiān)控采集的實(shí)測標(biāo)高數(shù)據(jù)，針對拱軸線形的失穩(wěn)模態(tài)及左右兩幅變位的理論值與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，見圖3，得出了拱橋分幅分環(huán)澆筑施工順序?qū)?shí)際成橋的效果與影響規(guī)律。如在拱圈拱腳處普市駝橋左右幅應(yīng)力實(shí)際值相對于江口大橋的左右幅應(yīng)力值較大，說明普市駝橋拱圈一幅拱腳所受應(yīng)力集中，不利于橋梁受力。另對江口大橋與普市駝橋施工過程中拱軸線形觀測，得出在拱橋分幅分環(huán)的施工澆筑工藝中，江口大橋所采用的上下幅交替澆筑的施工成橋效果較普市駝橋采用的同側(cè)型澆筑順序方法理想。數(shù)據(jù)分析得出兩橋?qū)嶋H施工應(yīng)力值符合應(yīng)力理論計(jì)算值，這還表明分幅分環(huán)分段澆筑施工法為可行穩(wěn)定方案，且其左右幅交替澆筑工藝的成橋效果要優(yōu)于同側(cè)型澆筑的工藝。

4 結(jié) 語

1）拱橋的發(fā)展由早期的拱架現(xiàn)砌（澆），發(fā)展到現(xiàn)在的預(yù)制纜索吊裝，這不僅是吊裝系統(tǒng)的提升，還是拱橋向中大跨徑發(fā)展的重要里程碑，這和我國工業(yè)的大型設(shè)備制造緊密相聯(lián)。限制拱橋設(shè)計(jì)的是施工工藝，限制施工工藝的是力學(xué)計(jì)算，限制力學(xué)計(jì)算的是材料的性能。纜索吊裝的拱架現(xiàn)澆施工工藝是現(xiàn)澆拱橋施工工藝的發(fā)展方向。橋梁的發(fā)展給經(jīng)濟(jì)帶來了推動，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展又對橋梁提出更高的要求。未來的施工工藝將會向更加廣泛協(xié)調(diào)的施工工藝發(fā)展，取各家所長，為橋梁生產(chǎn)建設(shè)服務(wù)。

2）貝雷拱架施工拱橋的工藝已大量應(yīng)用于山區(qū)拱橋，采用分幅分環(huán)分段左右幅交替澆筑的施工工藝有效的減輕了拱架的負(fù)載。且第一環(huán)混凝土澆筑成型后，成型部分拱圈可以和拱架組合一同承受后續(xù)的澆筑荷載，使得現(xiàn)澆的工藝在拱圈澆筑過程中較早的成拱，其澆筑過程的穩(wěn)定性就會增大，施工過程也相應(yīng)較安全。同時(shí)這種澆筑工藝適應(yīng)了山區(qū)復(fù)雜地形環(huán)境條件，發(fā)揮了拱架材料的充分利用，節(jié)約了造價(jià)，保證了結(jié)構(gòu)相對的穩(wěn)定性。

[1]范立礎(chǔ). 橋梁工程[M]. 第二版,人民交通出版社,2012,08:18-21.

[2]胡崇武,周衛(wèi). 丹河石拱橋設(shè)計(jì)施工與科研特點(diǎn)[J]. 公路 ,2001,02:18-21.

[3]高江,蘭付所,馮會艷. 碗米坡酉水大橋設(shè)計(jì)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2003,12:48-49.

[4]程飛,張琪峰,王景全. 我國橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2011,06:67-71.

[5]張曉東. 橋梁頂推施工技術(shù)[J]. 公路,2003,09:45-51.

Discussion on cast - in - place construction technology of arching

The construction technology of cast-in-place and prefabricated arch bridge is briefly introduced. Through the construction monitoring and theoretical analysis to explore the regular pattern and characteristics of cast-in-place arch bridge.

arch bridge；construction technology；concrete placing on the arch frame； scheme comparison

U37

：B

：1003-8965（2017）02-0103-02

中南林業(yè)科技大學(xué)2016年度研究生科技創(chuàng)新基金自籌項(xiàng)目