拱架現澆拱橋施工與監測對結構性能的影響

師麗花

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一、拱橋發展簡介

拱橋在我國建橋史上占有舉足輕重的地位，以其獨有的特色享譽國內外。解放后，我國在拱橋建設方面發展較大。在1958~1960年，我國修建了大量的石拱橋。雙曲拱橋以其用料省、造價低、施工簡便等優點，得到應用和推廣。上世紀九十年代，我國興建鋼管混凝土拱橋近百座。九十年代后，我國修建多座大跨徑的鋼筋混凝土肋拱橋和箱拱橋。

二、箱型拱橋的特點

在某些條件下，拱橋與其它橋型相比具有優勢，而箱型截面混凝土拱橋是設計人員在總結了施工和成橋使用的優缺點后創建的。由于箱型拱拱圈截面有一定的挖空，既節省材料又顯著提高截面性能，對于大跨徑橋效果更為顯著。箱型截面具有抗扭剛度大，穩定性好；承重結構與傳力結構相結合，各部件共同受力；滿足預應力混凝土結構空間布束的要求，截面效率高等優點。

三、施工過程計算與監測分析

（一）拱架現澆拱橋的現場監測

主拱結構采用拱架現澆施工完成的拱橋，施工階段的應力和變形非常復雜，且材料參數、環境因素和施工誤差等是難以預測，所以設計階段的理論分析和模擬計算并不能反映實際施工受力狀態，因此要對橋梁施工階段進行監測。現結合甕溪Ⅱ號大橋的監測工作，對拱架現澆拱橋的監測事項做詳細說明。

（二）橋梁概況

甕溪Ⅱ號大橋位于遵義市。橋梁主孔是凈跨96m的整體現澆鋼筋混凝土箱形截面拱，矢跨比為1/6，拱軸系數為1.756，兩岸邊孔是跨徑為8m的預制鋼筋混凝土空心板，拱上建筑布置為8m+13×8m+8m=120m。

拱圈高度7.5m,拱圈截面高度為1.9m。拱圈為單箱雙室截面，一般截面的拱圈項、底板厚度為25cm，拱腳軸線距離1m范圍內的拱圈頂底板厚度漸變為50cm，全橋腹板厚度均為25cm。水平每隔4m設一道30cm厚的橫隔板，全橋共計23道。本橋采用貝雷片拱架進行拱圈現澆施工。拱圈分三層澆筑：第一層澆筑拱圈底板和下馬蹄，計680t，第二次澆筑拱圈腹板和橫隔板，計360t，最后澆筑拱圈頂板和上馬蹄，計696t，分層澆筑及拱圈截面逐步形成過程見圖2.4。整個拱圈總重1736t（計算中考慮1.05的超方系數，未計立柱底座混凝土用量，此部分混凝土待拱圈混凝土澆筑完畢后另行澆筑）。

四、貝雷拱架簡介

本橋拱架由貝雷鋼桁架懸臂拼裝而成，為了適應設計拱圈線形的要求，在拱架一定位置接入特制的7種形式的陰陽接頭。貝雷鋼拱架跨度為94.96m，軸線寬7.30m，截面總高度1.70m。貝雷拱架橫向分為12排貝雷桁架，每排桁架共31片，共計372片貝雷片。貝雷桁架每兩排為一組，組內桁架中心距離為0.45m，組間桁架間距為0.9m和0.95m間隔布置。

五、拱架拼裝

拱架通過使用2-Ф28的鋼絲繩作為扣索懸臂拼裝而成，鋼絲繩的截面積為294mm2，彈模為0.75×105MPa。在鋼拱架試吊和安裝過程中，每個吊裝節段均要監測扣索索力，索力的監測將貫穿整個鋼拱架的安裝過程，直至扣索拆除。

通過理論計算和實測的扣索索力的比較，在拱架拼裝過程中，索力實測與理論計算差值最大為13.6KN，最小為3.3KN，扣索索力均在計算的整個體系安全許可范圍內，拱架拼裝過程是安全的。

（一）拱圈施工方案

在拱架上澆注拱圈時，拱架將隨荷載的增加不斷變形。有可能使已經澆注的混凝土產生裂縫。為了避免因拱架反復變形而產生裂縫和減少混凝土的收縮應力，本橋采用分環和分段相結合的方法澆注。本橋拱圈混凝土在高度方向分三層澆注。

（二）拱圈澆筑的關鍵

對于甕溪Ⅱ號大橋，澆筑拱圈第一環混凝土時，最大澆筑重量為底板重量、下馬蹄重量、模板、腳手架和施工荷載等，且全部由拱架承擔。拱圈底板澆筑完成前，拱架系統剛度較小，很容易導致較大的變形；拱架弦桿初始壓力很小，很容易出現受拉弦桿，從而使拱架產生很大的非彈性變形。而澆筑第二、三環的混凝土時，濕重由拱圈底板混凝土和鋼拱架共同承擔，拱架的受力和變形的增量都較小，因此，拱圈底板的澆筑是拱圈混凝土澆筑的關鍵步驟。

（三）拱圈腹板、頂板的澆筑程序

澆筑腹板混凝土時先期澆筑的底板及下馬蹄參與拱架共同受力，澆筑頂板及上馬蹄混凝土時開口箱參與拱架共同受力，使得拱圈后期澆筑過程中拱架應力的增量與拱架變形的增量均較小。腹板和頂板具體澆筑程序與底板相同，間隔槽的預留位置錯開，澆筑過程中時刻觀測拱架的應力與變形。

（四）拱圈澆筑分別對底板、腹板澆注過程的八種工況進行穩定分析。穩定性分析時不考慮聯合作用的影響，即底板、腹板混凝土濕重全部由拱架承擔穩定安全系數。

（五）底板澆筑完畢時，穩定系數為5.94；在不考慮聯合作用的情況下，腹板澆筑完畢時，穩定系數為4.53；拱架在施工過程中的最小穩定安全系數為4.53，預壓荷載工況下穩定性系數為5.31。滿足拱橋穩定安全系數要求大于4的規范要求。

六、拱架預壓荷載試驗

拱架搭設完之后，為檢驗拱架應具備的強度和剛度、減少地基沉降、消除拱架非彈性變形、確保施工質量和施工安全，對拱架進行預壓荷載試驗。通過比對分析預壓荷載的實測與理論數據發現，拱架主要受力桿件截面應力較為理想，應力實測值比理論計算值偏小，規律性較為吻合，表明拱架承載能力比設計計算情況理想，底板的澆筑是安全可靠的。

七、結論

橋梁施工階段進行監控的重要性不僅在于橋梁整體的穩定而且還在于結構的安全。通過甕溪Ⅱ號大橋拱架吊裝階段扣索索力的監控及分析，在施工階段扣索索力均在計算的整個體系安全許可范圍內，拱架拼裝過程是安全的。通過穩定性分析，進一步證明施工方案的合理。