貝雷拱架在現(xiàn)澆拱橋施工中的應(yīng)用及分析

范方潤 陳海文 陳明華

（中交四航局第三工程有限公司，廣東 湛江 524009）

拱橋在豎直荷載作用下，拱的兩端不僅有豎直反力，而且還有水平推力，但有些拱橋橋墩設(shè)計(jì)并未考慮施工時(shí)產(chǎn)生的水平力，因此在選擇拱橋施工方案時(shí)要求技術(shù)人員能分析支架方案對(duì)主體結(jié)構(gòu)的作用力。拱橋的施工方法有很多，受制于拱橋所處的施工環(huán)境，市政工程中的拱橋施工方法與公路工程中的不同，以白駒大道改造及東延長線工程項(xiàng)目中拱橋施工為例，分析實(shí)際工程中應(yīng)用的貝雷拱架的應(yīng)用效果。

白駒大道改造及東延長線工程項(xiàng)目全線共設(shè)置橋梁4座，其中邁雅河橋及道孟橋上部構(gòu)造為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁+板拱結(jié)構(gòu)。邁雅河橋板拱部分為三跨圓弧拱橋，跨徑為3m～16m，單幅寬16.25m，拱圈采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，矩形截面，拱圈厚0.55m，寬13m。中拱圈半徑為9.51m，邊拱圈半徑為9.03m。邁雅河設(shè)計(jì)水位為2.19m，洪水位為2.31m，河道寬度50m，河底規(guī)劃高程為1.17m，該河道水位較低，水流流速較緩。

一、施工條件及施工方法

工程施工條件主要包括兩點(diǎn)，一是施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，該工程中拱橋所跨越河流的設(shè)計(jì)水位雖低，但是河道寬度較大，且位處市區(qū)內(nèi)，并不具備施工導(dǎo)流條件。場(chǎng)地土類型為軟弱土至中軟土，且軟弱土層深厚，天然承載力差，因此做大面積地基處理比較困難。二是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所考慮的工況，因該拱橋橋墩設(shè)計(jì)未考慮施工時(shí)產(chǎn)生的水平力，所以施工時(shí)每聯(lián)拱橋中的各孔須對(duì)稱施工，避免產(chǎn)生水平推力，對(duì)拱橋主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害。

（一）滿堂鋼管支架支撐

滿堂鋼管支撐架是橋梁施工中的常用的支架形式，但滿堂鋼管支撐架要求大面積的穩(wěn)固基礎(chǔ)。在該工程中，若要應(yīng)用滿堂支架施工，須開展河段導(dǎo)流，現(xiàn)場(chǎng)并不具備施工導(dǎo)流的條件，且支架拆除方法的選擇對(duì)拱橋受力影響較大，而滿堂支架的支撐點(diǎn)較多，較難實(shí)現(xiàn)同時(shí)卸落，若是拆除方法選擇不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的損傷。因此，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施條件及技術(shù)方法選擇的層面考慮，滿堂支架均不是最佳的技術(shù)方案。

（二）貝雷拱架支撐

通過前面的分析可知，在該工程的施工條件下，要求拱橋施工支架具有相關(guān)特點(diǎn)：支撐點(diǎn)少，不需要做大面積的地基處理；裝拆方便，容易通過調(diào)整拆卸支架的順序避免對(duì)拱橋產(chǎn)生水平推力；不需要做大量的臨時(shí)結(jié)構(gòu)加工，經(jīng)濟(jì)可行?？紤]到321型貝雷片、型鋼抗壓抗拉性能較好，是作為拱橋施工支架的理想組件。因此，針對(duì)該工程設(shè)計(jì)一種貝雷拱架，該貝雷拱架由321型貝雷片和經(jīng)過設(shè)計(jì)加工的鋼架組裝而成，貝雷片用兩個(gè)分別固定在承臺(tái)邊的鋼架連接。鋼架由連接鋼架、車輪裝配、軌道及壓板連接、縱梁、可調(diào)撐腿等組成。先安裝固定縱梁，在縱梁下焊（連）接車輪裝配，車輪裝配下方安裝軌道及壓桿連接，在縱梁靠近支架內(nèi)側(cè)安裝可調(diào)撐腿，用來支撐支架和調(diào)節(jié)支架高度。在縱梁和可調(diào)撐腿上焊接鋼架。

二、貝雷拱架的安全性分析

（一）計(jì)算荷載分析

荷載是拱橋支架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，該工程貝雷拱架系統(tǒng)驗(yàn)算主要考慮的荷載為，混凝土荷載根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG T3650-2020）第5.2.6條，鋼筋混凝土荷載取26kN/m3。

貝雷拱架上模板系統(tǒng)自重荷載根據(jù)所選用的模板種類及設(shè)計(jì)，確定模板系統(tǒng)自重。

人群及施工荷載根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG T3650-2020）第5.2.6條，人群及施工荷載按照相關(guān)要求確定：計(jì)算模板及直接支承模板的小楞時(shí)，均布荷載可取2.5kPa，另外以集中荷載2.5kN驗(yàn)算；計(jì)算直接支承小楞的梁和拱架時(shí)，均布荷載可取1.5kPa；計(jì)算支架立柱及支承拱架的其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，均布荷載可取1.0kPa；有實(shí)際資料時(shí)按實(shí)際取值。

振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載（作用范圍在有效壓頭高度之內(nèi)），對(duì)水平面模板為2.0kPa，對(duì)垂直面模板為4.0kPa。

（二）有限元計(jì)算分析及結(jié)果

拱架由321型貝雷片，聯(lián)系桿件10#槽鋼及由10#槽鋼組拼而得的定尺異型桁架結(jié)構(gòu)等組成，拱架片架間距900mm，可取單榀拱架并分析受力，將模板上面荷載轉(zhuǎn)換等效成線荷載作用其上。

拱架線荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：q=(0.55×26+3+2+2)×0.9=18kN/m，拱架自重由模型計(jì)入。

邊界條件：拱架底部與底座一端三向鉸接約束，另一端釋放截面方向自由度。利用ansys11建模，模型及其上荷載布置如圖1所示。

圖1 邁雅河拱橋貝雷拱架圖（單位：m）

強(qiáng)度、剛度分析結(jié)果如圖2、圖3所示，從圖中可以看出，在基本組合作用(1.2×支架結(jié)構(gòu)自重+1.4×支架結(jié)構(gòu)施工荷載)下最大應(yīng)力бmax=99MPa＜[б]=205MPa；在標(biāo)準(zhǔn)組合作用(1.0×支架結(jié)構(gòu)自重+1.0×支架結(jié)構(gòu)施工荷載)下最大豎向變形fmax=8.3mm＜[f]=32mm；驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求。

圖2 支架應(yīng)力云

圖3 支架豎向應(yīng)變?cè)?/p>

三、貝雷拱架施工過程及控制要點(diǎn)

（一）施工思路

貝雷片加工運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，焊（連）接成型，進(jìn)行試拼裝。在承臺(tái)中間澆筑10cm厚C20混凝土墊層并測(cè)量放線后，安裝固定軌道及壓桿連接、縱梁和可調(diào)撐腿，在施工現(xiàn)場(chǎng)將鋼架和貝雷架分幅拼裝組裝完成，整體吊裝就位。

在鋼架和貝雷架上鋪設(shè)12#槽鋼，再在上面吊裝拼接大拱圈底模，固定后預(yù)壓，以消除支架之間的非彈性變形并預(yù)留支架的彈性變形量及設(shè)計(jì)預(yù)拱度。預(yù)壓完成后再綁扎、焊（連）接大拱圈鋼筋，和墊梁、拱上立柱、立墻、裝飾墻鋼筋焊（連）接完成后，吊裝大拱圈側(cè)模和壓板，同時(shí)安裝墊梁，拱上立柱模板。模板安裝好檢查無誤后，單幅所有拱圈一次澆筑。

（二）貝雷支架安裝施工工藝流程

澆筑墊層→貝雷架試拼裝→測(cè)量放線→縱梁、車輪裝配、軌道及壓桿連接、可調(diào)撐腿安裝→組裝焊（連）接鋼架和貝雷架→吊裝鋼架和貝雷架→焊接12#槽鋼，貝雷拱架拆除時(shí)按照反向流程進(jìn)行，以免出現(xiàn)不安全因素。

（三）貝雷拱架應(yīng)用控制要點(diǎn)

將加工好的貝雷片運(yùn)到平整場(chǎng)地，在每節(jié)貝雷片拼裝時(shí)，將一節(jié)的陽頭插入另一節(jié)的陰頭后用螺栓連接起來，并在貝雷片下弦桿的法蘭連接處插入兩根鋼管，用扣件扣在下弦桿上，保證法蘭連接處的強(qiáng)度。

在承臺(tái)中間澆筑10cm厚C15混凝土墊層，提高承載力，使其達(dá)到200kPa以上，用來支撐可調(diào)撐腿。

連接好的貝雷架使用三角鋼架橫聯(lián)連接在一起形成一個(gè)整體，再將整體貝雷架吊裝到兩側(cè)的鋼架上進(jìn)行組裝并固定好，保證兩側(cè)貝雷架的間距，須做到輕吊輕放。檢查貝雷拱架的焊接，螺栓連接及扣件連接，保證貝雷架的焊接質(zhì)量及螺栓扣件連接牢固。最后在貝雷架上焊接12槽鋼，間距1200mm，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求增加三角砌塊以滿足弦高要求。

貝雷拱架在安裝過程中安裝誤差、松緊程度對(duì)拱架在施工中的變形影響較大，為了消除這些影響因素并對(duì)拱架的安全性進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)貝雷拱架采取堆載預(yù)壓措施，通過堆載可以消除非彈性變形并獲得拱架在主拱圈混凝土荷載下的彈性變形值，這也是施工預(yù)拱值的重要參考依據(jù)。貝雷拱架在拼裝完成并觀測(cè)24h，如拱架無異常情況，即可預(yù)壓，預(yù)壓時(shí)按照荷載的120%計(jì)算。

四、結(jié)語

貝雷拱架利用321型貝雷片，10#槽鋼等具有承載力大，構(gòu)件輕巧、拼裝方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，使用321型貝雷片為主的拱形支架設(shè)計(jì)，主要著力點(diǎn)在承臺(tái)上，受橋下河流水位及地質(zhì)情況因素影響較小。與滿堂鋼管支架方案相比，施工效率具有顯著優(yōu)勢(shì)，且可節(jié)約支架用材，降低人工成本。

使用通用有限元軟件ansys驗(yàn)算計(jì)算該貝雷拱架的強(qiáng)度、剛度，結(jié)果表明貝雷拱架的各項(xiàng)分析指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。在該項(xiàng)目中是分析單榀貝雷拱架的二維結(jié)構(gòu)，貝雷架的橫向性須通過構(gòu)造措施保證，有條件可建立貝雷拱架組驗(yàn)算拱架的橫向穩(wěn)定性。