大跨度拱式管橋施工期拱架聯合受力分析

程明偉，吳 鴻

(貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴陽 550001)

1 工程概況

某在建倒虹管以管橋形式跨越 “U”形峽谷，河谷寬約85m，深102m，兩岸為陡壁巖體，上部為緩坡平臺及斜坡，巖層傾角平緩，邊坡整體穩定。倒虹管橋為一座主孔凈跨為108m的上承式鋼筋混凝土拱橋，凈矢高21.6m，主拱軸線為懸鏈線，拱軸系數1.832，拱座底高程1198.956m，起拱高程為1204.418m(詳見圖1)。拱圈采用C50鋼筋混凝土箱形拱，單箱雙室結構，寬6.0m，高2.2m，拱箱頂底板厚30cm，邊腹板、中腹板厚30cm，橫隔板厚度25cm。

圖1 管橋橫斷面圖

C50鋼筋混凝土拱圈采用貝雷拱架現澆工藝施工，鋼桁架由加強型”321”貝雷片組成，順橋向桁片以折線形式連接模擬主拱圈的曲線，標準節段長度12m(縱向由4片貝雷桁架片組成)，沿弧向共有9個標準節段，縱斷面有貝雷桁片36片；拱架橫斷面寬度6.6m，橫向分為5組，每組2片貝雷片，通過橫聯花架和上下頂面的平聯連接起來，見圖2。

圖2 貝雷梁布置圖

2 監控布置

為了測定和掌握臨時結構鋼拱架在施工期的受力狀態，防止支架結構在施工過程中局部出現應力過大，進而影響施工安全和形成工程隱患，實際實施過程中對構件關鍵斷面受力進行監測，事先在被監測斷面布設應變計，跟蹤監測拱圈澆筑施工過程中鋼拱架的應力變化情況。

管橋拱架應力監測主要布置在拱腳、L/8、L/4、3L/8、拱頂等控制截面以及經過結 構計算最不利受力截面處上、下弦桿進行布設，橫橋向按左、中、右進行布設，安裝應 變計時，盡可能對稱布置，以便利用對稱性進行數據比較分析。

混凝土澆筑后，混凝土監測斷面與鋼拱架位置相同分別布置在拱腳L/4、3L/8、拱頂截面。

圖3 監測點布置圖

3 監測結果及分析

拱圈采用分環分段澆筑，土分三環澆筑：第一環澆筑底板混凝土及 1/5 腹板混凝土，第二環澆筑剩余腹板和橫隔板混凝土，第三環澆筑頂板混凝土。第一環拱圈混凝土澆筑強度達到 90%以上后，再澆筑第二環拱圈混凝土，第二環拱圈混凝土澆筑強度達到 90%以上后，再澆筑第三環拱圈混凝土，每環澆筑混凝土量相差不大[1]。

主拱圈分為 5 個節段進行澆筑，長度分 別為：19.5m、27m、26m、27m、19.5m，主拱圈底板混凝土澆筑順序為：同步澆筑進、 出口拱腳 19.5m 段和拱頂26m段底板混凝土，最后同步澆筑進、出口岸 拱腰27m 底板混凝土。拱圈混凝土澆筑完成各個斷面監測數據如表1。

表1 拱圈澆筑過程中拱架各監測斷面應力統計表 MPa

表2 拱圈澆筑過程中拱架各監測斷面豎向位移表 mm

從表1-表2中可以看出底板環澆筑完成后，腹板澆筑階段鋼拱架監測截面應力及位移增量遠大于頂板澆筑階段，同時頂板澆筑完成后鋼拱架各個監測截面應力較設計計算值小，說明拱圈底板合攏后底板拱圈混凝土承擔了部分后續混凝土的重量[2]。

4 結 論

通過對某在建鋼筋混凝土拱式管橋施工過程中的檢測數據分析，結合理論計算得出結論，對于大跨度鋼筋混凝土拱式管橋，當采用鋼拱架分環現澆工藝時，先期澆筑合攏的底板鋼筋混凝土與鋼拱架的聯合受力作用明顯，在以后鋼拱架設計過程中應考慮鋼拱架與底板混凝土的聯合作用，可以節省鋼拱架用鋼量。