拱架現澆施工工藝的探討

賀文柏 楊 杰 周 京

（中南林業科技大學，湖南 長沙 410004）

拱架現澆施工工藝的探討

賀文柏 楊 杰 周 京

（中南林業科技大學，湖南 長沙 410004）

淺述了拱橋現澆與預制的施工工藝，并通過對湘西遷清公路上兩座相同跨徑的箱型拱橋的施工監控，探討了拱架現澆這一施工方式的特點及發展。

拱橋；施工工藝；拱架現澆；方案比選

1 引 言

從拱橋的施工工藝來論述拱橋施工技術的發展與創新，以下將結合湘西遷清公路拱架現澆橋梁工程的監控背景，利用其在拱架上采用左、右幅分開澆筑的方式進行成拱的施工工藝，結合有限元結構分析軟件，建立實橋模型進行理論分析，并在拱圈澆筑過程中實施動態觀測，通過現場實測數據與理論分析值進行分析對比，淺析了拱架上分幅分環分段澆筑拱圈的施工過程成橋的特點與內涵。

2 拱橋的現澆與預制的探討

圖1 現代拱橋的施工工藝

現澆拱橋的結構分類可以由歷史悠久的石板拱到中腹挖空的箱肋拱、簡便適用的剛架拱、鋼混組合的鋼管拱及節料易制雙曲拱、節段組裝的桁架拱的等類型。板拱橋主拱圈一般采用現澆成拱，當跨徑過大時，其跨寬比大幅增加，截面增大、自重加大、橫向抗扭及穩定性能下降，因而近來較少使用；箱肋拱有中間挖空的板或兩肋組成，制作工藝較為復雜，山區拱橋多采用拱架預制施工；雙曲拱則由橫豎兩拱組成，其整體性差、橫向聯系弱、截面容易開裂，隨著經濟建設的需要，該橋型已經很少采用。桁架拱是一種節段組合拱橋，即主拱圈是由桁拱架及橫向桿件連接，但因為架設節點較多，且節點受力不均勻，橋梁需經常維修養護，現也不常建造；剛架拱結構簡便，因上弦大小節點處容易出現裂縫，故須加強節點連接設計。表1為現澆與預制施工工藝比較圖。

表1 現澆與預制施工工藝比較圖

2.1 拱橋的現澆施工工藝

拱橋不分跨徑長短，在設計上原理大致相同，而在施工難度上大跨徑與小跨徑卻大相徑庭。采用鋼拱架分幅現澆的江口大橋拱架現澆實例所需成本較高，澆筑需要搭設臨時剛拱架，作業難度較高，成本較大，工期較長。其有支架施工中的拱架現澆僅適用于跨徑在300米以內的橋梁使用。如世界上最大跨徑的石拱橋丹河大橋，主跨146m。其采用鋼撐架式鋼拱架施工工藝[2]。世界知名的趙州橋也采用木架砌筑。懸臂現澆施工法是斜拉扣索現澆的施工工藝，其跨徑較鋼拱架現澆有所提升，但其拱軸線型還是不易控制，且施工工期較長。

2.2 拱橋的預制施工工藝

由每座橋梁建設設計的單一性，其所采用的工藝方法及特色[3]～[5]也各不相同。從采用預制纜索吊裝施工的碗米坡酉水大橋，可知，預制施工的成橋效果好，線形美觀，施工工藝簡單，工期較短，成本較低。隨著拱橋現澆施工產生的工藝就是預制施工工藝。預制的施工工藝有轉體施工、頂推施工及纜索預制吊裝等工藝。轉體施工與其它工藝相比而言，不僅可以兼顧不阻斷跨線交通，還能降低現場施工風險，從而創造更優的施工條件；頂推法施工則橋跨下方凈空不受較大影響，能滿足跨線橋梁施工的工藝要求；纜索吊裝施工為預制拱箱施工，需要大型纜索吊裝系統。

2.3 未來的施工工藝趨勢

從跨鐵路轉體橋先懸臂現澆，后加轉體施工合攏；再如湖南長沙福元路大橋就采用了先進的預制頂推鋼箱拱的施工工藝（類似的橋梁還有湖南衡陽衡州大道跨京廣鐵路的下承式鋼管混凝土拱橋就先采用了導梁頂推，后采用系桿拱節點支承整體托拉滑移的方法來施工，見圖1），可知組合施工的工藝越來越受到現場實際歡迎。對于山區拱橋而言，尤其是120米以內的山區拱橋，在施工場地受到限制，大型吊裝機械無法進場的情況下，采用拱圈鋼拱架上現澆的工藝具有結構剛度大、工藝成熟、成橋質量有保證等優點，也是較好的選擇。

3 拱橋現澆施工工藝的特點與內涵

拱架現澆一般都為分層澆筑，減輕施工難度；其次針對施工階段的穩定性對采用不同的施工控制方式也不盡相同，對于主拱的軸線線形變化規律，理論值變化規律由模型模擬施工計算分析得出，再由現場實際的監控數據，來確定拱橋澆筑過程中的拱軸線變化規律。以下通過湖南湘西兩座先后施工的相同跨徑為80米的箱型拱橋案例，對比施工實際數據與模型計算值來探討拱橋現澆過程中的成橋特性。其次對拱橋的分幅分環施工特色進行工藝效果分析，來確定拱圈拱架上現澆成拱的規律。江口大橋與普市駝大橋為80m現澆跨的分幅分環分段施工工藝，其澆筑過程滿足較早成拱的原則，見圖2。

圖2 拱架上拱圈分幅分環澆筑段圖示意

圖3 兩座橋左右幅應力實測值差值的比較

3.1 分幅分環分段施工工藝的內涵

以拱橋小里程端拱腳為坐標原點，根據兩座橋梁不同的施工澆筑順序來建立兩座橋梁的相對坐標模型。又以現場采集的拱圈各實時坐標數據，建立的兩種不同澆筑順序的施工監控模型，取成橋階段各模型的主拱圈的撓度數據與現場監控采集的實測標高數據，針對拱軸線形的失穩模態及左右兩幅變位的理論值與實際數據進行分析比較，見圖3，得出了拱橋分幅分環澆筑施工順序對實際成橋的效果與影響規律。如在拱圈拱腳處普市駝橋左右幅應力實際值相對于江口大橋的左右幅應力值較大，說明普市駝橋拱圈一幅拱腳所受應力集中，不利于橋梁受力。另對江口大橋與普市駝橋施工過程中拱軸線形觀測，得出在拱橋分幅分環的施工澆筑工藝中，江口大橋所采用的上下幅交替澆筑的施工成橋效果較普市駝橋采用的同側型澆筑順序方法理想。數據分析得出兩橋實際施工應力值符合應力理論計算值，這還表明分幅分環分段澆筑施工法為可行穩定方案，且其左右幅交替澆筑工藝的成橋效果要優于同側型澆筑的工藝。

4 結 語

1）拱橋的發展由早期的拱架現砌（澆），發展到現在的預制纜索吊裝，這不僅是吊裝系統的提升，還是拱橋向中大跨徑發展的重要里程碑，這和我國工業的大型設備制造緊密相聯。限制拱橋設計的是施工工藝，限制施工工藝的是力學計算，限制力學計算的是材料的性能。纜索吊裝的拱架現澆施工工藝是現澆拱橋施工工藝的發展方向。橋梁的發展給經濟帶來了推動，經濟的發展又對橋梁提出更高的要求。未來的施工工藝將會向更加廣泛協調的施工工藝發展，取各家所長，為橋梁生產建設服務。

2）貝雷拱架施工拱橋的工藝已大量應用于山區拱橋，采用分幅分環分段左右幅交替澆筑的施工工藝有效的減輕了拱架的負載。且第一環混凝土澆筑成型后，成型部分拱圈可以和拱架組合一同承受后續的澆筑荷載，使得現澆的工藝在拱圈澆筑過程中較早的成拱，其澆筑過程的穩定性就會增大，施工過程也相應較安全。同時這種澆筑工藝適應了山區復雜地形環境條件，發揮了拱架材料的充分利用，節約了造價，保證了結構相對的穩定性。

[1]范立礎. 橋梁工程[M]. 第二版,人民交通出版社,2012,08:18-21.

[2]胡崇武,周衛. 丹河石拱橋設計施工與科研特點[J]. 公路 ,2001,02:18-21.

[3]高江,蘭付所,馮會艷. 碗米坡酉水大橋設計[J].工程建設與設計,2003,12:48-49.

[4]程飛,張琪峰,王景全. 我國橋梁轉體施工技術的發展現狀與前景[J]. 鐵道標準設計,2011,06:67-71.

[5]張曉東. 橋梁頂推施工技術[J]. 公路,2003,09:45-51.

Discussion on cast - in - place construction technology of arching

The construction technology of cast-in-place and prefabricated arch bridge is briefly introduced. Through the construction monitoring and theoretical analysis to explore the regular pattern and characteristics of cast-in-place arch bridge.

arch bridge；construction technology；concrete placing on the arch frame； scheme comparison

U37

：B

：1003-8965（2017）02-0103-02

中南林業科技大學2016年度研究生科技創新基金自籌項目