等截面懸鏈線無鉸拱橋觀音山大橋的設計及施工

吳偉兵

【摘 要】 等截面懸鏈線無鉸拱橋在山區與丘陵地帶被廣泛采用，本文對等截面懸鏈線無鉸拱橋受力進行了分析，并對實際等截面懸鏈線無鉸拱橋觀音山大橋的設計與施工進行了介紹與論述，得出等截面懸鏈線無鉸拱橋設計要點與施工要點。

【關鍵詞】 等截面懸鏈線無鉸拱橋 設計 施工

等截面懸鏈線無鉸拱橋是拱橋設計的一種重要形式，在山區與丘陵地帶被廣泛采用。等截面懸鏈線無鉸拱橋圈主要承受壓力，在重力荷載作用下，拱圈幾乎不承受彎矩，在汽車荷載作用下，拱圈承受很小的彎矩，與重力荷載與汽車荷載相比較，溫度荷載承受較大彎矩。同時，拱座承受較大水平荷載與垂直荷載，對拱座處基巖的承載力要求較高。在基巖承載力較高、橋面標高較地面標高較高及需要較大的通航凈空要求時，等截面懸鏈線無鉸拱橋被廣泛采用。在安徽省省道220線觀音山大橋跨河大橋設計中，采用了跨徑為78米的等截面懸鏈線無鉸拱橋，本文從結構設計與施工方面對該橋進行介紹。

1 工程概況

觀音山大橋平面位于直線上，縱面位于豎曲線上，起點位于省道220線與橋軸線相交點，終點與規劃區規劃道路相接，路線全長140.65m，其中橋梁長120.09m（包括搭板長）；本橋主拱為1×78m，矢跨比f/L=1/7的等截面懸鏈線箱形無鉸拱橋拱橋。橋面全寬按雙向兩車道外加人行道設計，橋面寬12.5m，具體組成為：人行道（含欄桿）1.75m +車行道2×4.5m+人行道（含欄桿）1.75m，設計荷載：公路I級。橋面縱坡為3.5%和3.5%，橫坡為雙向1.5%。橋梁計算采用橋梁博士與MADIS軟件進行分析。

2 設計要點

橋梁上部結構為一孔78m鋼筋混凝土拱橋，拱肋端部支承在擴大基礎上形成無鉸拱，橋梁設重力式U型橋臺，橋面連續，僅在兩座拱座上方的主梁上設D80伸縮縫各一道。

拱肋及主梁、立柱、蓋梁等構件均采用鋼筋混凝土結構，現澆施工。

本橋主拱為1×78m，矢跨比f/L=1/7的等截面懸鏈線箱形無鉸拱橋，拱軸系數m=1.756。拱肋截面除了跨中段與主梁截面形式統一而加厚加高外，其余截面為9m（寬）x1.6m（高）的單箱雙室矩形空心截面，截面上、下緣厚度0.3m，腹板厚度0.5m，每個室四個角均設置0.4x0.2m的倒角。跨中段拱肋水平長度18.5m，截面高度從1.82m變化到2.292m，頂板厚度從0.53m變化到0.844m，底板厚度仍為0.3m，該段內截面尺寸為箱形，橫斷面頂面寬度為12.6m，底面寬度為9m，兩邊各設置1.8m的懸臂。拱肋在上部主梁立柱處均設置有1.6m厚的橫隔板，在與拱座相接處設置有0.8m厚端橫隔板，在跨中設置0.5m厚中橫隔板，正常段與跨中段相接處設置2m厚橫隔板。拱肋在立柱處均設有與拱肋同寬的底梁，厚度不小于0.6m。

主梁共有兩種跨度，分別為6.4m和10m，頂寬均為12.6m，兩邊設置1.8m的懸臂，并在主梁上設置有0.10m厚的整體化層，以利于設置橋面連續鋼筋。6.4m跨主梁為T形斷面，頂板厚度0.20m，腹板厚度0.3m，橫向共有4道腹板，為使主梁在立面成拱的樣子，腹板高度為變高度，梁底按圓弧曲線變化。10m跨主梁因為其下要設置人行道，將主梁設置成封閉廂室，其頂板厚度0.25m，底板厚度0.25m，腹板厚度0.4m，橫向共有3道腹板。

拱座采用擴大基礎，基底應設置在新鮮的中風化石英砂巖上，要求巖石地基承載力基本容許值不小于1000kPa。

橋臺采用重力式U形臺，基底應設置在新鮮的中風化石英砂巖上，要求巖石地基承載力基本容許值不小于1000kPa。

3 施工要點

1、施工平臺及拱架搭設

（1）施工階段，應加強河床面標高及覆蓋層情況核查工作，若出現與地質勘察成果不相符的情況，應及時通知勘察設計單位。

（2）沿S220省道修建施工便道至橋位處，1號拱座處場地圍堰及平臺搭設時應充分考慮風浪、流水的沖刷，需要用尼龍編織袋（填砂）及打入樁進行防護。

（3）橋址區河水較深，河床地段小區側卵石層厚、省道側河床基本無覆蓋層，為保證便橋及整體穩定性，保證洪水期間的安全，鋼管樁搭設時應保證足夠的埋置深度，必要時加厚鋼管樁厚度，防止施打時變形，支撐護筒的入土深度必須經過嚴格的驗算。同時，為了防止鋼管樁底部被水流沖刷，省道側鋼管樁周圍拋擲填土尼龍編織袋（填砂）堆積高度為2m，保證鋼管樁底的穩固。

（4）應結合當地調查情況，確定施工時間的最高施工水位，鋼棧橋和鋼平臺頂面標高應高于施工水位1m以上。

（5）拱架應具有必要的強度和剛度，并使結構線形符合圖紙要求。拱座水平位移對拱圈引起的撓度，混凝土收縮、徐變和溫度變化而引起的撓度以及結構自重引起拱圈的彈性撓度設計圖中已經考慮。但預留施工拱度時，還應考慮拱架承受施工荷載引起的彈性變形、桿件接頭的擠壓產生的非彈性變形以及支架基礎受載后的沉陷。

（6）在支架架設后，應對支架進行預壓，加在支架上的預壓荷載應不小于主拱自重。同時，對監測點進行標高測量，指導調整主拱底模標高。

2、拱圈施工

（1）本橋采用滿堂支架施工，施工順序為：拱座、臺身、拱肋及立柱、主梁、橋面系。模板、拱架和支架的施工須嚴格按照《公路橋涵施工技術規范》（JTJ041-2000）的有關條款進行。外模建議采用進口黑膠木模板，以保證拱橋外觀平滑、光潔；內模力求輕便簡易，但必須滿足剛度要求保證內部平整密實，澆完混凝土之后內模留在拱圈內。

（2）主拱圈應沿拱跨方向分段對稱澆筑，根據《公路橋涵施工技術規范》（JTJ041-2000）第16、2條規定，分段位置設在1/4節點附近，這樣就將拱圈分為5段。澆筑順序為：先澆拱腳段①，再澆中間段②，然后澆合龍段③；各段混凝土應一次連續澆筑完畢。

（3）拱上結構施工應在主拱圈達到設計強度的85%后方能進行，并要求對稱均勻澆筑。待主拱圈及空心板砼強度均達到設計強度后方能卸除拱架。卸架程序參見《公路施工手冊—橋涵》。建議從兩拱腳開始分別對稱地向拱頂進行，要保證拱體逐漸均勻地降落和受力。

（4）每階段均要進行施工觀測，控制主拱圈的變形。

（5）拱座回填必須在主拱圈卸架之前完成，拱座基礎嵌入中風化巖層部分，基礎和開挖線界限間空隙，采用與基礎同標號混凝土同時澆筑；中風化巖層以上部分待澆筑層完成后，采用C10混凝土回填，并將表面用漿砌片石固化，防止被水流沖刷。

（6）拱圈坐標表中的放樣坐標已綜合考慮了預拱度的影響。但拱圈預拱度未計施工拱架的壓縮變形，因此在澆筑拱圈混凝土前應對拱架進行預壓。

（7）后澆段須在一天中最低氣溫時合攏。

3、現澆橋面整體化層混凝土

（1）為了防止主梁與橋面現澆層由于齡期差別而產生過大收縮差，主梁與現澆層澆注齡期差不應太長，宜按三個月控制。

（2）澆筑整體化層混凝土前，必須清除結合面上的浮皮、油污，并用水沖凈。

（3）整體化層混凝土澆筑前應確保整體化層鋼筋網在混凝土中的高度。

4 結語

等截面懸鏈線無鉸拱橋是一種在丘陵地區與山地地區廣泛應用的橋梁結構形式，在大量的實踐中，人們積累了較多的經驗。對安徽省省道220線觀音山大橋設計與施工進行了論述。

參考文獻

[1] JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范.

[2] JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范.

[3] JTG D63-2007公路橋涵地基與基礎設計規范.

[4] JTJ 041-2000公路橋梁施工技術規范.