淺談懸臂澆筑箱型混凝土拱橋施工

劉遠(yuǎn) 甘功霞 陸濤

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前言

在國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下，促使我國交通行業(yè)得到了較好發(fā)展，部分地區(qū)通過建設(shè)拱橋來完善各地區(qū)交通體系。箱型拱橋由于具有施工材料運(yùn)用少、結(jié)構(gòu)牢固等優(yōu)勢(shì)，是實(shí)際設(shè)計(jì)橋梁建設(shè)方案時(shí)優(yōu)先選擇的方案。其中懸臂澆筑在箱型拱橋施工中有重要應(yīng)用，在該施工工藝作用下，可為箱型拱橋建設(shè)工程發(fā)展注入活力，體現(xiàn)出一定的運(yùn)用潛力。

1 懸臂澆筑施工方法介紹

對(duì)于箱型拱橋工程來講，通常選擇利用懸臂澆筑這一施工技術(shù)。在對(duì)橋梁施工工藝進(jìn)行分析時(shí)，可將其主要分為自架設(shè)法以及非自架設(shè)法兩種[1]。其中自架設(shè)法指的是在實(shí)際施工中將拱橋上部結(jié)構(gòu)劃分為多個(gè)組成部分，之后針對(duì)各部位進(jìn)行澆筑施工或拼裝等操作，其中以施工完成的結(jié)構(gòu)部位作為橋梁支撐體系，在此基礎(chǔ)上開展運(yùn)輸及架設(shè)等施工環(huán)節(jié)。而對(duì)于非自架設(shè)法來講，主要是利用臨時(shí)施工基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行橋梁修建的方法，常見的方法包括纜索吊裝法、支架施工法以及懸臂拼裝施工方法等，可根據(jù)實(shí)際施工需求具體選擇施工方法。由于纜索吊裝方法容易受到自身重力的影響，可能導(dǎo)致施工裂縫或穩(wěn)定性較差等現(xiàn)象，使得該施工方法已經(jīng)被懸臂法取代。懸臂法在箱型橋梁建設(shè)中有廣泛應(yīng)用，通常分為懸臂澆筑及懸臂拼裝等兩種方法。懸臂澆筑法應(yīng)用在橋梁工程施工中，可不影響橋下正常交通并且對(duì)施工設(shè)施起吊能力的要求不高，由于上述特點(diǎn)，促使懸臂澆筑法逐漸成為箱型拱橋施工工藝重點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)。

2 懸臂澆筑箱型拱橋施工控制體系

為了保證懸臂澆筑箱型拱橋施工過程的順利開展，有必要建立相應(yīng)的施工控制體系。施工控制目的在于保持施工質(zhì)量，在各個(gè)施工環(huán)節(jié)，應(yīng)借助控制措施，確保施工作業(yè)安全性以及結(jié)構(gòu)件穩(wěn)定性等。拱橋施工完成后的受力狀態(tài)及軸線線形是需要重點(diǎn)控制的內(nèi)容，需要在控制體系作用下，加大橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在建立施工監(jiān)控體系時(shí)，應(yīng)根據(jù)箱型拱橋施工階段選用的施工技術(shù)以及施工規(guī)劃等，具體選擇控制體系構(gòu)成要素。如施工控制內(nèi)容應(yīng)包括外業(yè)及內(nèi)業(yè)兩個(gè)方面，其中內(nèi)業(yè)包括理論計(jì)算、資料審核等，需要通過建立數(shù)學(xué)模型，來進(jìn)行施工誤差控制、剛性結(jié)構(gòu)計(jì)算、安全系數(shù)復(fù)核計(jì)算等。而外業(yè)工作主要是指細(xì)致開展現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)工作，通過對(duì)主體結(jié)構(gòu)溫度、應(yīng)力大小等信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)及收集，以便為橋梁施工作業(yè)的順利開展提供參考依據(jù)，在提高拱橋施工可靠性及精度等方面有重要意義。具體來說，施工控制體系是保障各項(xiàng)施工技術(shù)落實(shí)在施工過程中的保障，應(yīng)結(jié)合施工質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行施工控制。

3 懸臂澆筑箱型拱橋主要施工技術(shù)

3.1 掛籃計(jì)算分析

掛籃計(jì)算是懸臂澆筑拱橋施工中需要重點(diǎn)考慮的控制技術(shù)，可按照結(jié)構(gòu)形式將掛籃分為斜拉式、型鋼式、枏架式及混合式等；根據(jù)掛籃移動(dòng)方式可將其分為滑動(dòng)式、滾動(dòng)式及組合式等。掛籃是應(yīng)用懸臂澆筑施工工藝時(shí)的關(guān)鍵設(shè)備之一，可將其作為的拱橋主梁施工時(shí)的承重結(jié)構(gòu)，為了確保橋梁施工作業(yè)的順利進(jìn)行，需要確保掛籃的合理設(shè)計(jì)[2]。因此，本文加大了對(duì)實(shí)際施工階段的掛籃計(jì)算分析，以便為施工質(zhì)量及進(jìn)度加以保障。

箱型拱橋懸臂施工與斜拉橋支撐梁施工中應(yīng)用的掛籃有所差異，主要體現(xiàn)在以下方面：①拱橋主梁結(jié)構(gòu)非直線，這就使得不同結(jié)構(gòu)部位施工時(shí)設(shè)置的掛籃角度不同；②掛籃移動(dòng)時(shí)將沿著主梁作曲線行走，具體施工中將受到拱圈上部扣索的影響，加大了施工難度；③掛籃移動(dòng)時(shí)主要憑借千斤頂、滑槽、反力輪等結(jié)構(gòu)部件，移動(dòng)過程相較于斜拉橋要復(fù)雜。

掛籃承重體系主要由三角形側(cè)桁架、底藍(lán)、掛鉤、吊錨桿以及掛鉤橫聯(lián)等構(gòu)成；移動(dòng)系統(tǒng)包括滑槽、反力座、千斤頂?shù)葮?gòu)成部分。底藍(lán)可將是側(cè)桁架連接起來，起到支撐作用，而側(cè)桁架主要是借助掛鉤支撐在混凝土上，吊桿位于橫梁與縱梁交點(diǎn)周圍。為了保證掛籃設(shè)備的良好運(yùn)用，需要加大對(duì)其受力情況及荷載系數(shù)的研究，以新密地大橋?yàn)槔?，該橋梁工程?duì)應(yīng)的荷載系數(shù)為：混凝土澆筑時(shí)動(dòng)力系數(shù)=1.2；施工設(shè)備荷載系數(shù)=2.5；掛籃空載移動(dòng)時(shí)沖擊系數(shù)=1.3。在進(jìn)行掛籃穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮掛籃自重、附加荷載、施工設(shè)備重量及混凝土重量等；而在計(jì)算掛籃鋼度時(shí)，可不考慮附加載荷對(duì)掛籃的影響。當(dāng)進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，需要依靠掛籃作用，因此，應(yīng)結(jié)合箱型拱橋施工實(shí)情，確保掛籃穩(wěn)定度及剛度等滿足施工需求，是懸臂澆筑施工方法取得理想運(yùn)用成效的關(guān)鍵。

3.2 拱圈合攏方法

線圈合攏操作是懸臂澆筑箱型拱橋結(jié)構(gòu)施工完成的標(biāo)志，對(duì)最終施工質(zhì)量有直接影響。通常使用的鋼圈合攏方法包括頂推法、配重法等，頂推法指的是在就行拱圈合攏作業(yè)時(shí)，借助千斤頂為結(jié)構(gòu)提供水平推力，同時(shí)在拱腳位置設(shè)計(jì)預(yù)加彎矩，旨在消除后期混凝土徐變對(duì)拱圈內(nèi)力的影響。如在實(shí)際箱型拱橋施工中，施工人員將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)收集到的數(shù)據(jù)，適當(dāng)調(diào)整千斤頂位置，可為施工過程順利完成提供保障。而配重法合攏法指的是在混凝土澆筑階段，盡可能降低混凝土澆筑對(duì)拱圈合攏段受力的影響。

3.3 索力優(yōu)化

實(shí)際施工階段，由于各類誤差將對(duì)橋梁施工造成影響，容易導(dǎo)致箱型拱橋以建結(jié)構(gòu)與預(yù)期目標(biāo)不符，為了解決結(jié)構(gòu)線形或力學(xué)特征與設(shè)計(jì)方案存在誤差的問題，應(yīng)對(duì)誤差值進(jìn)行修正，最常見的糾正方法為調(diào)節(jié)索力值大小來改善橋梁結(jié)構(gòu)?；趹冶蹪仓椒ǖ南湫凸皹蚴┕ぶ休^為常見的索力優(yōu)化方法包括零位移法和剛性連續(xù)梁法等，連續(xù)梁優(yōu)化法主要面向?qū)ο鬄橹髁涸诹Φ淖饔孟抡宫F(xiàn)出剛性特征的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。通過計(jì)算結(jié)構(gòu)上各支點(diǎn)反力大小，根據(jù)支點(diǎn)反力與拉索縱向分力大小相等的特點(diǎn)，可進(jìn)一步確定索力值。

例如，大部分橋梁施工單位在實(shí)際施工時(shí)，將要求技術(shù)人員能針對(duì)以建混凝土結(jié)構(gòu)，進(jìn)行其索力優(yōu)化，通過利用剛性連續(xù)梁法，以優(yōu)化連續(xù)梁狀態(tài)為主要優(yōu)化目標(biāo)。在對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)力學(xué)值進(jìn)行側(cè)量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)計(jì)剛性支點(diǎn)反力值，從而達(dá)到索力優(yōu)化目的。零位移法的運(yùn)用，主要是為了保證橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下不會(huì)發(fā)生位移，以便提高拱橋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性?？偟膩碚f，箱型拱橋施工中懸臂澆筑法的有效運(yùn)用離不開索力優(yōu)化這一技術(shù)的支持作用，相較于斜拉橋來講，懸臂澆筑施工工藝主要借助臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)完成施工作業(yè)，拱圈合并前，可通過調(diào)節(jié)索力來改善拱圈線形及內(nèi)力。當(dāng)拱圈合并后，則橋梁力學(xué)體系發(fā)生變化，這時(shí)調(diào)節(jié)索力大小不會(huì)影響拱圈線形和受力情況。在實(shí)際懸臂澆筑中，混凝土結(jié)構(gòu)受力情況復(fù)雜，要想取得理想的施工效果，要求加大對(duì)拱圈線形及其內(nèi)力的控制，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，合理進(jìn)行索力優(yōu)化，從而為箱型拱橋施工質(zhì)量加以保障。

4 結(jié)論

綜上所述，鋼筋混凝土箱型拱橋澆筑施工法的發(fā)展及應(yīng)用，為我國拱橋工程的良好建設(shè)提供了有利條件，有利于提升混凝土箱型拱橋通行性能。本文主要以懸臂澆筑箱型混凝土拱橋施工工藝為核心，在此基礎(chǔ)上，提出有關(guān)該施工工藝的運(yùn)用控制體系以及關(guān)鍵施工技術(shù)等，通過從掛籃計(jì)算分析、索力優(yōu)化、拱圈合攏方法等角度出發(fā)，具體分析懸臂澆筑箱型拱橋施工技術(shù)的合理應(yīng)用，進(jìn)一步提高箱型拱橋施工質(zhì)量。