貝雷拱架在現澆拱橋施工中的應用及分析

范方潤 陳海文 陳明華

（中交四航局第三工程有限公司，廣東 湛江 524009）

拱橋在豎直荷載作用下，拱的兩端不僅有豎直反力，而且還有水平推力，但有些拱橋橋墩設計并未考慮施工時產生的水平力，因此在選擇拱橋施工方案時要求技術人員能分析支架方案對主體結構的作用力。拱橋的施工方法有很多，受制于拱橋所處的施工環境，市政工程中的拱橋施工方法與公路工程中的不同，以白駒大道改造及東延長線工程項目中拱橋施工為例，分析實際工程中應用的貝雷拱架的應用效果。

白駒大道改造及東延長線工程項目全線共設置橋梁4座，其中邁雅河橋及道孟橋上部構造為預應力混凝土空心板梁+板拱結構。邁雅河橋板拱部分為三跨圓弧拱橋，跨徑為3m～16m，單幅寬16.25m，拱圈采用鋼筋混凝土結構，矩形截面，拱圈厚0.55m，寬13m。中拱圈半徑為9.51m，邊拱圈半徑為9.03m。邁雅河設計水位為2.19m，洪水位為2.31m，河道寬度50m，河底規劃高程為1.17m，該河道水位較低，水流流速較緩。

一、施工條件及施工方法

工程施工條件主要包括兩點，一是施工現場的環境，該工程中拱橋所跨越河流的設計水位雖低，但是河道寬度較大，且位處市區內，并不具備施工導流條件。場地土類型為軟弱土至中軟土，且軟弱土層深厚，天然承載力差，因此做大面積地基處理比較困難。二是主體結構設計所考慮的工況，因該拱橋橋墩設計未考慮施工時產生的水平力，所以施工時每聯拱橋中的各孔須對稱施工，避免產生水平推力，對拱橋主體結構產生損害。

（一）滿堂鋼管支架支撐

滿堂鋼管支撐架是橋梁施工中的常用的支架形式，但滿堂鋼管支撐架要求大面積的穩固基礎。在該工程中，若要應用滿堂支架施工，須開展河段導流，現場并不具備施工導流的條件，且支架拆除方法的選擇對拱橋受力影響較大，而滿堂支架的支撐點較多，較難實現同時卸落，若是拆除方法選擇不當，將會導致主體結構的損傷。因此，從現場實施條件及技術方法選擇的層面考慮，滿堂支架均不是最佳的技術方案。

（二）貝雷拱架支撐

通過前面的分析可知，在該工程的施工條件下，要求拱橋施工支架具有相關特點：支撐點少，不需要做大面積的地基處理；裝拆方便，容易通過調整拆卸支架的順序避免對拱橋產生水平推力；不需要做大量的臨時結構加工，經濟可行。考慮到321型貝雷片、型鋼抗壓抗拉性能較好，是作為拱橋施工支架的理想組件。因此，針對該工程設計一種貝雷拱架，該貝雷拱架由321型貝雷片和經過設計加工的鋼架組裝而成，貝雷片用兩個分別固定在承臺邊的鋼架連接。鋼架由連接鋼架、車輪裝配、軌道及壓板連接、縱梁、可調撐腿等組成。先安裝固定縱梁，在縱梁下焊（連）接車輪裝配，車輪裝配下方安裝軌道及壓桿連接，在縱梁靠近支架內側安裝可調撐腿，用來支撐支架和調節支架高度。在縱梁和可調撐腿上焊接鋼架。

二、貝雷拱架的安全性分析

（一）計算荷載分析

荷載是拱橋支架設計的關鍵因素，該工程貝雷拱架系統驗算主要考慮的荷載為，混凝土荷載根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG T3650-2020）第5.2.6條，鋼筋混凝土荷載取26kN/m3。

貝雷拱架上模板系統自重荷載根據所選用的模板種類及設計，確定模板系統自重。

人群及施工荷載根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG T3650-2020）第5.2.6條，人群及施工荷載按照相關要求確定：計算模板及直接支承模板的小楞時，均布荷載可取2.5kPa，另外以集中荷載2.5kN驗算；計算直接支承小楞的梁和拱架時，均布荷載可取1.5kPa；計算支架立柱及支承拱架的其他結構構件時，均布荷載可取1.0kPa；有實際資料時按實際取值。

振搗混凝土時產生的荷載（作用范圍在有效壓頭高度之內），對水平面模板為2.0kPa，對垂直面模板為4.0kPa。

（二）有限元計算分析及結果

拱架由321型貝雷片，聯系桿件10#槽鋼及由10#槽鋼組拼而得的定尺異型桁架結構等組成，拱架片架間距900mm，可取單榀拱架并分析受力，將模板上面荷載轉換等效成線荷載作用其上。

拱架線荷載標準值為：q=(0.55×26+3+2+2)×0.9=18kN/m，拱架自重由模型計入。

邊界條件：拱架底部與底座一端三向鉸接約束，另一端釋放截面方向自由度。利用ansys11建模，模型及其上荷載布置如圖1所示。

圖1 邁雅河拱橋貝雷拱架圖（單位：m）

強度、剛度分析結果如圖2、圖3所示，從圖中可以看出，在基本組合作用(1.2×支架結構自重+1.4×支架結構施工荷載)下最大應力бmax=99MPa＜[б]=205MPa；在標準組合作用(1.0×支架結構自重+1.0×支架結構施工荷載)下最大豎向變形fmax=8.3mm＜[f]=32mm；驗算均滿足規范要求。

圖2 支架應力云

圖3 支架豎向應變云

三、貝雷拱架施工過程及控制要點

（一）施工思路

貝雷片加工運輸到現場后，焊（連）接成型，進行試拼裝。在承臺中間澆筑10cm厚C20混凝土墊層并測量放線后，安裝固定軌道及壓桿連接、縱梁和可調撐腿，在施工現場將鋼架和貝雷架分幅拼裝組裝完成，整體吊裝就位。

在鋼架和貝雷架上鋪設12#槽鋼，再在上面吊裝拼接大拱圈底模，固定后預壓，以消除支架之間的非彈性變形并預留支架的彈性變形量及設計預拱度。預壓完成后再綁扎、焊（連）接大拱圈鋼筋，和墊梁、拱上立柱、立墻、裝飾墻鋼筋焊（連）接完成后，吊裝大拱圈側模和壓板，同時安裝墊梁，拱上立柱模板。模板安裝好檢查無誤后，單幅所有拱圈一次澆筑。

（二）貝雷支架安裝施工工藝流程

澆筑墊層→貝雷架試拼裝→測量放線→縱梁、車輪裝配、軌道及壓桿連接、可調撐腿安裝→組裝焊（連）接鋼架和貝雷架→吊裝鋼架和貝雷架→焊接12#槽鋼，貝雷拱架拆除時按照反向流程進行，以免出現不安全因素。

（三）貝雷拱架應用控制要點

將加工好的貝雷片運到平整場地，在每節貝雷片拼裝時，將一節的陽頭插入另一節的陰頭后用螺栓連接起來，并在貝雷片下弦桿的法蘭連接處插入兩根鋼管，用扣件扣在下弦桿上，保證法蘭連接處的強度。

在承臺中間澆筑10cm厚C15混凝土墊層，提高承載力，使其達到200kPa以上，用來支撐可調撐腿。

連接好的貝雷架使用三角鋼架橫聯連接在一起形成一個整體，再將整體貝雷架吊裝到兩側的鋼架上進行組裝并固定好，保證兩側貝雷架的間距，須做到輕吊輕放。檢查貝雷拱架的焊接，螺栓連接及扣件連接，保證貝雷架的焊接質量及螺栓扣件連接牢固。最后在貝雷架上焊接12槽鋼，間距1200mm，可根據現場要求增加三角砌塊以滿足弦高要求。

貝雷拱架在安裝過程中安裝誤差、松緊程度對拱架在施工中的變形影響較大，為了消除這些影響因素并對拱架的安全性進行驗證，對貝雷拱架采取堆載預壓措施，通過堆載可以消除非彈性變形并獲得拱架在主拱圈混凝土荷載下的彈性變形值，這也是施工預拱值的重要參考依據。貝雷拱架在拼裝完成并觀測24h，如拱架無異常情況，即可預壓，預壓時按照荷載的120%計算。

四、結語

貝雷拱架利用321型貝雷片，10#槽鋼等具有承載力大，構件輕巧、拼裝方便快捷等優點，使用321型貝雷片為主的拱形支架設計，主要著力點在承臺上，受橋下河流水位及地質情況因素影響較小。與滿堂鋼管支架方案相比，施工效率具有顯著優勢，且可節約支架用材，降低人工成本。

使用通用有限元軟件ansys驗算計算該貝雷拱架的強度、剛度，結果表明貝雷拱架的各項分析指標均能滿足規范要求。在該項目中是分析單榀貝雷拱架的二維結構，貝雷架的橫向性須通過構造措施保證，有條件可建立貝雷拱架組驗算拱架的橫向穩定性。