橋梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)拱度施工設(shè)置技術(shù)

中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074

1 工程概況

文章的案例橋梁為湖北省咸寧大洲湖環(huán)湖北路1號橋，環(huán)湖北路起于桂鄉(xiāng)大道，自西往東下穿官埠大橋后，終點與在建的官埠大道平面交叉，設(shè)計范圍內(nèi)道路全長為3.115km，樁號范圍為K5+669.931—K8+785。在K7+140處新建環(huán)湖路1號橋，橋長65m。環(huán)湖北路1號橋采用上承式飛鳥拱，共有3跨，跨徑分別為20m、25m、20m。

在該工程施工過程中，由于碗扣式滿堂支架節(jié)點可靠性好，因此可結(jié)合扣件式支架使用，更利于構(gòu)造該橋所需的曲線線性。基于此，施工單位選用碗扣式滿堂支架來對全橋拱圈同步進行支架的搭設(shè)、模板的安裝和鋼筋的綁扎與混凝土的澆筑等工作。

2 設(shè)置預(yù)拱度的重要性

2.1 橋梁的下?lián)献冃?/h3>

橋梁一般分為上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)兩部分。其中，橋梁的上部結(jié)構(gòu)在受到以下因素的影響時，會產(chǎn)生下?lián)献冃危海?）當(dāng)腳手架在承擔(dān)施工荷載時，所引起的彈性變形；（2）部分超靜定結(jié)構(gòu)橋梁在組成結(jié)構(gòu)的混凝土產(chǎn)生收縮和徐變時產(chǎn)生的下?lián)隙龋唬?）桿件接頭的擠壓、卸落設(shè)備時的壓縮等產(chǎn)生的塑性變形；（4）腳手架基礎(chǔ)、支架基礎(chǔ)在承受荷載后發(fā)生的沉降；（5）橋梁內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力鋼筋在張拉后，備份的預(yù)應(yīng)力會有不同程度的流失，預(yù)應(yīng)力的改變也會對橋梁的下?lián)铣潭犬a(chǎn)生不利影響[1]。

2.2 實際通車后會產(chǎn)生變化

在實際通車后，交通流量增大、部分車輛在駛上橋面時超載、橋的主體結(jié)構(gòu)逐漸老化等原因，都會造成橋梁上部結(jié)構(gòu)的下?lián)铣潭冗M一步擴大。為此，施工單位需在橋梁的施工過程中提前考慮上述因素并合理地設(shè)置預(yù)拱度，從而使橋梁線性符合要求，以保證全橋運行的安全性。

2.3 混凝土彈性模量的實際與理論存在差異

在橋梁施工過程中，由于混凝土的實際彈性模量與理論彈性模量存在一定的差異，如理論重量與實際重量不同、收縮徐變理論值與實際值存在差別等，因此往往會導(dǎo)致在完成橋梁澆筑后，其結(jié)構(gòu)的線性和特性也隨之發(fā)生改變。

3 預(yù)拱度設(shè)置

3.1 預(yù)拱度的分類

（1）施工預(yù)拱度。設(shè)置施工預(yù)拱度主要是為了消除在施工過程中材料的理論性能與實際性能存在差異以及混凝土在養(yǎng)護過程中的徐變收縮等因素對全橋線性所造成的影響。在設(shè)置此類型預(yù)拱度時應(yīng)結(jié)合材料性能測試報告，充分考慮施工階段橋面所承受的荷載以及張拉鋼筋時的預(yù)應(yīng)力，從而設(shè)置合理的施工預(yù)拱度。

（2）成橋預(yù)拱度。設(shè)置成橋預(yù)拱度是為了消除后期運營階段預(yù)應(yīng)力損失和車輛超重等對橋梁下?lián)隙犬a(chǎn)生的不利影響。應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H交通情況和橋梁實際設(shè)計通車流量，嚴(yán)格按照規(guī)范計算全橋活荷載和恒荷載，并考慮各種不利工況，以此確定所要施加的成橋預(yù)拱度。

3.2 預(yù)拱度設(shè)置時存在的問題

（1）計算誤差。在設(shè)置橋面的預(yù)拱度時，需先對應(yīng)該施加的預(yù)拱度進行計算分析。在計算過程中，工況考慮不周或氣候條件考慮得不全面都可能會導(dǎo)致計算預(yù)拱度時出現(xiàn)紕漏，使預(yù)拱度設(shè)計不準(zhǔn)。另外，由于在設(shè)置預(yù)拱度時各項安全系數(shù)、組合系數(shù)取值較大，因此會容易使預(yù)拱度設(shè)置過大，使成橋出現(xiàn)反拱，這同樣也不能滿足成橋的線型要求[2]。

（2）材料性能誤差。通常情況下，橋梁施工的材料性質(zhì)是無法完全保持一致的。這是因為，對于進場材料的實際性能，以及預(yù)拱度設(shè)置時，所考慮的理論性能往往會存在一定的差異，該差異主要體現(xiàn)為彈性模量的誤差、抗壓強度的誤差、重量的誤差、收縮徐變的誤差以及溫度場變化的誤差等。上述誤差一定程度上導(dǎo)致了橋梁預(yù)拱度設(shè)置的不合理。

3.3 預(yù)拱度影響因素

（1）拆除臨時支撐的先后順序。在該橋梁的施工過程中，臨時支撐共有先拆除和后拆除兩種工況。①臨時支撐先行拆除工況。施工時橋面粱先在臨時支撐上進行拼裝，在拼裝完成后拆除臨時支撐。②臨時支撐后拆除工況。這種工況對臨時支撐的拆除時機進行了調(diào)整，首先對正彎矩區(qū)橋面板進行混凝土澆筑，隨后拆除臨時支撐，最后對負(fù)彎矩區(qū)橋面板進行混凝土澆筑。當(dāng)臨時支撐后拆除時，梁的跨中恒載撓度相較于臨時支撐先拆工況有所減小。

（2）混凝土收縮徐變?；炷恋氖湛s徐變在一般情況下會在橋梁中跨的跨中引起結(jié)構(gòu)下?lián)?，會使全橋的邊跨產(chǎn)生一定程度的上拱變形。根據(jù)實際橋梁構(gòu)造形式的不同，收縮徐變產(chǎn)生的撓度方向也可能存在一定的差異，因此在考慮收縮徐變時應(yīng)選用正確的受力模型，對于位于豎曲線上的橋梁，要預(yù)測理論收縮徐變的大小，視情況增減預(yù)拱度值，使竣工后的橋梁整體線型與豎曲線接近一致。

（3）地基沉降。該橋梁的跨度較大，橋梁自重恒載占全橋所受荷載的比重較大，因此在施工過程中同樣考慮到了地基沉降量對橋梁預(yù)拱度的影響。對此，在箱梁的支架和模板搭設(shè)完成后，應(yīng)重新調(diào)節(jié)模板標(biāo)高。若不考慮地基沉降值，會導(dǎo)致模板所在的橋面標(biāo)高出現(xiàn)問題，最終成橋線型無法滿足設(shè)計的整體線型要求[3]。

3.4 預(yù)拱度的設(shè)計方法

目前常用的橋梁預(yù)拱度設(shè)計方法有兩種：經(jīng)驗曲線分配法和公式計算法。其中，公式計算法較為簡便，但理論計算值可能與實際工程不符，后續(xù)還需不斷進行調(diào)整，因此該橋梁在設(shè)置預(yù)拱度時選取經(jīng)驗曲線分配法進行設(shè)計計算。

有關(guān)實踐經(jīng)驗和研究表明，上承式拱橋的最大預(yù)拱度通常取L/2000～L/1000，其中L表示橋梁跨徑。在確定最大預(yù)拱度之后，應(yīng)對不同跨徑上的預(yù)拱度進行分配。當(dāng)采用二次拋物線對預(yù)拱度進行分配時，分配結(jié)果通常與簡支梁較為近似，對于文章論述的橋梁，計算結(jié)果存在一定偏差。因此，文章案例橋梁應(yīng)考慮采用余弦曲線對全橋進行預(yù)拱度設(shè)置。預(yù)拱度余弦曲線方程如下：

式中：y為預(yù)拱度余弦曲線；L為中跨跨徑，m；fcs為中跨預(yù)拱度，cm；x為預(yù)應(yīng)力上拱度，cm。

在現(xiàn)階段施工條件下，一般在中跨合龍前使用梁體壓重或者頂推等方法，使橋墩墩頂在合龍前對邊跨有一定的預(yù)設(shè)值偏移量。因此在采用經(jīng)驗曲線分配法時，可按式（1）進行預(yù)拱度的設(shè)置，并結(jié)合實際施工時的經(jīng)驗進行合理調(diào)整。

3.5 預(yù)拱度施工設(shè)置控制要點

（1）混凝土施工質(zhì)量控制。①選用正規(guī)供應(yīng)商提供的原料，在原材料進場時要加以檢驗測試，確保各項材料都能達(dá)到指定的性能要求。②通過試驗的方式確定合適的水灰比、骨料用量等，在有條件的情況下應(yīng)通過多種試驗確定最為合適的配合比參數(shù)。③施工人員所用設(shè)備和施工人員自身的工作都應(yīng)滿足精度要求，施工前對機械設(shè)備做好檢修維保工作，做好對施工人員的安全意識管理，以既定的施工方案為指導(dǎo)完成作業(yè)。

（2）確定施工標(biāo)高。該橋梁施工控制的主要任務(wù)之一就是線型控制，而要想控制好橋梁線型，在計算出預(yù)拱度的值之后，應(yīng)確定好施工標(biāo)高。受施工荷載、溫差及地質(zhì)情況等因素的影響，通常應(yīng)結(jié)合實際情況對式（2）進行多次調(diào)整，從而確定最佳高程。

式中：Hi實際為定位高程，cm；Hi為i點的設(shè)計標(biāo)高，cm；β為撓度結(jié)果，一般取0.5～0.6；fi預(yù)測高為預(yù)拱度，cm；Δfi為撓度調(diào)整值，mm。

（3）預(yù)拱度的動態(tài)設(shè)置。在預(yù)拱度的動態(tài)設(shè)置過程中，重要的控制要點是對支架進行預(yù)壓。在進行支架預(yù)壓工作前，需采用有限元分析的方法對橋梁施工過程中的擾度值進行模擬分析，該擾度值包括澆筑時的理論擾度值、拆模時的理論擾度值、二期恒載及收縮徐變的理論擾度值。若橋梁中含有預(yù)應(yīng)力鋼筋，還需計算張拉擾度值。

在此基礎(chǔ)上結(jié)合式（1），對整個施工過程中的支架和模板進行調(diào)整。支架的預(yù)壓試驗工序能較為準(zhǔn)確地獲得支架及模板的彈性變形數(shù)據(jù)，并通過適當(dāng)調(diào)整來消除非彈性變形的影響，還能通過試驗獲得的變形規(guī)律來指導(dǎo)施工工作的順利進行。

（4）確保模板工程質(zhì)量。在該橋梁施工過程中，底模采用光面竹膠板，膠板與橫向方木間用鐵釘釘牢，膠板間接縫粘貼密封條用于防止接縫漏漿。底模鋪好后，應(yīng)分別精確測量中線、邊線和標(biāo)高，標(biāo)注出各分段點和實心段位置，作為其他模板安裝的依據(jù)。側(cè)模選用18mm厚竹膠板，包裹于底模上，后背方木，方木后背豎向鋼管，在側(cè)模的上下側(cè)分別設(shè)置拉桿并扣于鋼管上，從而保持側(cè)模的穩(wěn)定。該橋梁的拱圈下半段走勢偏陡，為防止拱圈混凝土澆筑時下滑，還應(yīng)在該段拱圈上表面外封模板，外封模板的橫橋向每間隔1.5m布置一道空隙用于振搗，當(dāng)混凝土澆筑至此部位時，應(yīng)先做好模板封堵和加固，之后再進行下一階段的澆筑。

4 結(jié)束語

綜上所述，在設(shè)置預(yù)拱度時，需要考慮的因素較多，設(shè)置過程中也可能會發(fā)生偏差，因此，需要綜合分析，有必要時應(yīng)及時調(diào)整預(yù)拱度。此外，還應(yīng)注重對施工質(zhì)量的控制，結(jié)合理論與工程實踐經(jīng)驗，共同確保橋梁線型滿足精度要求。