中承式混凝土雙飛燕拱橋支架設計及施工控制

尹志鋼

1 工程概況

三河口大橋位于某縣城三條河交匯處，橋梁全長127.0 m，跨徑布置為(25.5+76+25.5)m，為中承式混凝土“雙飛燕”拱橋，矢跨比1/6。拱肋為鋼筋混凝土懸鏈線箱形截面，高2 m，主跨設3道一字橫撐。橋面寬16.0 m，上部結構為加勁梁+橫梁+橋面板體系，主墩基礎為12根1.5 m的群樁基礎，行列式形狀布置。設計行車速度40 km/h，設計荷載:汽車荷載按城A級，人群荷載按3.5 kPa設計。地震基本烈度為7度，基本加速度值為0.15g，按8度設防。

考慮到橋址地形條件及施工單位的設備擁有情況、施工經濟性等特點，此橋采用支架現澆施工。主拱圈施工的工藝流程如下:主拱圈勁性骨架立柱基礎施工→勁性骨架立柱→勁性骨架上搭設支架→主拱圈底模板施工與底標高初步調整→主拱圈支架預壓前觀測→主拱圈支架預壓、觀測分析→調整底模板標高→綁扎拱圈鋼筋→按分段澆筑拱肋混凝土→拱圈混凝土強度滿足設計要求后拆卸支架。

2 支架設計與拼裝

2.1 支架設計

支架設計的原則是輕巧、安全、受力合理、便于施工。大跨度拱橋由于跨度大和凈高高的特點，現澆施工時支架材料的用量很大，因此，支架設計應根據橋式和地形，盡量使結構的空間布置受力合理，如采用大跨度梁柱式或拱柱式，降低材料用量;支架材料盡量采用制式桿件，以減少桿件的加工量和便于倒用。

圖1 支架立面布置圖

本橋支架設計時采用勁性骨架立柱與滿堂支架組合，勁性骨架采用雙排鋼管柱，鋼管柱基礎采用C25混凝土鉆孔灌注樁基礎，承臺采用C30混凝土，鋼管柱底鋼板與承臺頂鋼板采用螺栓連接并在鋼板外圍焊接，鋼管柱頂架設槽鋼橫梁，槽鋼橫梁與鋼管柱采用焊接，為加強其橫向穩定，兩排勁性骨架之間每隔一定間距設置一道槽鋼橫撐，滿堂支架架設在槽鋼橫梁之上，支架底與橫梁固結，滿堂支架頂部架設拼裝木模板，并確保模板頂部弧線與主拱圈底弧線一致。其立面布置如圖1所示。

支架所受荷載有自重(混凝土、模板、上下方木、人群、機具、材料堆放重、萬能桿件等)、施工荷載、澆筑混凝土振搗荷載、風荷載等。據檢算對象選擇不同的荷載組合。

荷載取值與主拱圈的施工方法、施工順序有關。根據施工方案，主拱圈分兩次三段澆筑。

第一次澆筑拱圈拱腳側兩段，第二次澆筑剩余頂部拱圈。

1)拱圈自重，計入混凝土的濕重，取自重系數1.2。

2)施工荷載。包括底模、人群、振動等荷載共計20 kN/m。

3)檢算。采用空間結構計算，根據支架結構的受力特點，按桿單元計算，支架與基礎的聯結處采用鉸接。根據施工時的加載工序，對支架進行了所有工況的強度、剛度及穩定性分析，并得出每根桿件的受力都小于其允許承載力，支架的整體強度、剛度符合要求。

2.2 支架拼裝

拼裝前澆筑勁性骨架基礎，基礎頂預埋鋼板及螺栓孔，再在其上拼裝勁性骨架鋼管柱，鋼管柱與基礎頂鋼板采用螺栓與焊接保證連接牢靠，滿堂支架拼裝于勁性骨架橫梁之上。滿堂支架拼裝高度距拱箱底的距離一般在40 cm～50 cm之間，在其上鋪設20 cm×15 cm橫木和15 cm×12 cm的梳形木，然后在梳形木上鋪設主拱箱底模板。

3 施工預拱度設置

施工預拱度的設置依據有限元結構分析軟件Midas計算結果，考慮因素主要有各施工階段荷載作用、10年的混凝土收縮徐變、拱圈整體降溫20℃、車道人群荷載/2、考慮吊桿升溫降溫、基礎變位引起的拱圈下撓等。由于立模標高直接控制成橋后的線形，因此必須嚴格計算，必要時進行預壓消除非彈性變形并取得實測數據。橋型結構見圖2。

圖2 橋型結構示意圖

該橋僅進行了拱頂梁段等荷載預壓，支架預壓用編織袋裝河砂，預壓加載順序與施工澆筑混凝土順序相同，預壓前，在主拱箱底模板上按照L/8，L/4，3L/8，L/2設置變形觀測點，測量這些觀測點的高程。待設計預壓荷載全部施加完畢后，前兩日每隔8 h，兩日后每隔12 h對設置的變形觀測點進行量測，記錄各個觀測時期的變形觀測數值繪制時間—變形曲線，直至這些變形觀測點的變形趨于穩定。待支架變形穩定后，即可卸掉預壓荷載，卸載后再度量測各觀測點的高程，比較預壓加載前、加載后、卸載后的觀測點的高程變化情況。一般認為某一觀測點的預壓前的高程減去加載后的高程數值即為該點處支架的彈性和非彈性變形的總和，而某一觀測點的加載后與卸載后的高程差即為該點處支架的彈性變形量。整理上述預壓觀測資料，繪制出支架彈性、非彈性變形圖。本橋拱頂預拱度設為70 mm，以拋物線形式向兩端布置。

4 拱軸線施工控制

大跨度拱橋保持拱軸線型的正確非常重要。本橋采用支架施工，在施工過程中結構受力狀態及結構體系存在多次轉換，為減少混凝土的收縮應力、溫度應力同時避免因拱支架變形而致使混凝土產生變形裂縫，確保施工過程結構安全，拱箱混凝土的澆筑分兩次三段澆筑，并保證合適的合龍溫度。

本橋主拱圈懸鏈線的線形采用坐標法控制，點位距離為L/24，先考慮拱頂預拱度。平面及高程控制采用原設計及加密后的導線點，精度滿足平面控制要求。測量儀器采用全站儀，高程測量采用精密水準儀。

拱軸線方程為:

由懸鏈線方程可知，當拱的矢跨比和拱軸系數確定后，拱軸線上各點的坐標也就是唯一確定的，見表1。

表1 拱軸線上各點坐標

施工過程中對該橋的上部結構主要控制截面的應力、應變狀況，拱肋及系梁日照溫度場進行動態監測。每一工序的施工方案根據監測結果判斷橋梁結構施工過程的安全狀態，并及時作出調整，在已建立的橋位坐標控制網內，對施工軸線進行實時復測校核，以便橋梁竣工后的線型更合理的接近設計線型。通過拱頂的位移情況，評估拱軸施工精度。通過監測各種工況下拱頂下撓度設計理論值與實測值，得出拱頂下撓度的設計值和實測值吻合良好，也反證出拱架設計的正確。

5 結語

該橋支架的設計是合理的，其組拼與主拱圈加載順序符合結構的受力原理，預拱度的設置保證了拱軸線型的正確。由于采用了拱型支架，節省了支架材料，取得了明顯的經濟效益與社會效益。

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