中承式混凝土双飞燕拱桥支架设计及施工控制

尹志钢

1 工程概况

三河口大桥位于某县城三条河交汇处，桥梁全长127.0 m，跨径布置为(25.5+76+25.5)m，为中承式混凝土“双飞燕”拱桥，矢跨比1/6。拱肋为钢筋混凝土悬链线箱形截面，高2 m，主跨设3道一字横撑。桥面宽16.0 m，上部结构为加劲梁+横梁+桥面板体系，主墩基础为12根1.5 m的群桩基础，行列式形状布置。设计行车速度40 km/h，设计荷载:汽车荷载按城A级，人群荷载按3.5 kPa设计。地震基本烈度为7度，基本加速度值为0.15g，按8度设防。

考虑到桥址地形条件及施工单位的设备拥有情况、施工经济性等特点，此桥采用支架现浇施工。主拱圈施工的工艺流程如下:主拱圈劲性骨架立柱基础施工→劲性骨架立柱→劲性骨架上搭设支架→主拱圈底模板施工与底标高初步调整→主拱圈支架预压前观测→主拱圈支架预压、观测分析→调整底模板标高→绑扎拱圈钢筋→按分段浇筑拱肋混凝土→拱圈混凝土强度满足设计要求后拆卸支架。

2 支架设计与拼装

2.1 支架设计

支架设计的原则是轻巧、安全、受力合理、便于施工。大跨度拱桥由于跨度大和净高高的特点，现浇施工时支架材料的用量很大，因此，支架设计应根据桥式和地形，尽量使结构的空间布置受力合理，如采用大跨度梁柱式或拱柱式，降低材料用量;支架材料尽量采用制式杆件，以减少杆件的加工量和便于倒用。

图1 支架立面布置图

本桥支架设计时采用劲性骨架立柱与满堂支架组合，劲性骨架采用双排钢管柱，钢管柱基础采用C25混凝土钻孔灌注桩基础，承台采用C30混凝土，钢管柱底钢板与承台顶钢板采用螺栓连接并在钢板外围焊接，钢管柱顶架设槽钢横梁，槽钢横梁与钢管柱采用焊接，为加强其横向稳定，两排劲性骨架之间每隔一定间距设置一道槽钢横撑，满堂支架架设在槽钢横梁之上，支架底与横梁固结，满堂支架顶部架设拼装木模板，并确保模板顶部弧线与主拱圈底弧线一致。其立面布置如图1所示。

支架所受荷载有自重(混凝土、模板、上下方木、人群、机具、材料堆放重、万能杆件等)、施工荷载、浇筑混凝土振捣荷载、风荷载等。据检算对象选择不同的荷载组合。

荷载取值与主拱圈的施工方法、施工顺序有关。根据施工方案，主拱圈分两次三段浇筑。

第一次浇筑拱圈拱脚侧两段，第二次浇筑剩余顶部拱圈。

1)拱圈自重，计入混凝土的湿重，取自重系数1.2。

2)施工荷载。包括底模、人群、振动等荷载共计20 kN/m。

3)检算。采用空间结构计算，根据支架结构的受力特点，按杆单元计算，支架与基础的联结处采用铰接。根据施工时的加载工序，对支架进行了所有工况的强度、刚度及稳定性分析，并得出每根杆件的受力都小于其允许承载力，支架的整体强度、刚度符合要求。

2.2 支架拼装

拼装前浇筑劲性骨架基础，基础顶预埋钢板及螺栓孔，再在其上拼装劲性骨架钢管柱，钢管柱与基础顶钢板采用螺栓与焊接保证连接牢靠，满堂支架拼装于劲性骨架横梁之上。满堂支架拼装高度距拱箱底的距离一般在40 cm～50 cm之间，在其上铺设20 cm×15 cm横木和15 cm×12 cm的梳形木，然后在梳形木上铺设主拱箱底模板。

3 施工预拱度设置

施工预拱度的设置依据有限元结构分析软件Midas计算结果，考虑因素主要有各施工阶段荷载作用、10年的混凝土收缩徐变、拱圈整体降温20℃、车道人群荷载/2、考虑吊杆升温降温、基础变位引起的拱圈下挠等。由于立模标高直接控制成桥后的线形，因此必须严格计算，必要时进行预压消除非弹性变形并取得实测数据。桥型结构见图2。

图2 桥型结构示意图

该桥仅进行了拱顶梁段等荷载预压，支架预压用编织袋装河砂，预压加载顺序与施工浇筑混凝土顺序相同，预压前，在主拱箱底模板上按照L/8，L/4，3L/8，L/2设置变形观测点，测量这些观测点的高程。待设计预压荷载全部施加完毕后，前两日每隔8 h，两日后每隔12 h对设置的变形观测点进行量测，记录各个观测时期的变形观测数值绘制时间—变形曲线，直至这些变形观测点的变形趋于稳定。待支架变形稳定后，即可卸掉预压荷载，卸载后再度量测各观测点的高程，比较预压加载前、加载后、卸载后的观测点的高程变化情况。一般认为某一观测点的预压前的高程减去加载后的高程数值即为该点处支架的弹性和非弹性变形的总和，而某一观测点的加载后与卸载后的高程差即为该点处支架的弹性变形量。整理上述预压观测资料，绘制出支架弹性、非弹性变形图。本桥拱顶预拱度设为70 mm，以抛物线形式向两端布置。

4 拱轴线施工控制

大跨度拱桥保持拱轴线型的正确非常重要。本桥采用支架施工，在施工过程中结构受力状态及结构体系存在多次转换，为减少混凝土的收缩应力、温度应力同时避免因拱支架变形而致使混凝土产生变形裂缝，确保施工过程结构安全，拱箱混凝土的浇筑分两次三段浇筑，并保证合适的合龙温度。

本桥主拱圈悬链线的线形采用坐标法控制，点位距离为L/24，先考虑拱顶预拱度。平面及高程控制采用原设计及加密后的导线点，精度满足平面控制要求。测量仪器采用全站仪，高程测量采用精密水准仪。

拱轴线方程为:

由悬链线方程可知，当拱的矢跨比和拱轴系数确定后，拱轴线上各点的坐标也就是唯一确定的，见表1。

表1 拱轴线上各点坐标

施工过程中对该桥的上部结构主要控制截面的应力、应变状况，拱肋及系梁日照温度场进行动态监测。每一工序的施工方案根据监测结果判断桥梁结构施工过程的安全状态，并及时作出调整，在已建立的桥位坐标控制网内，对施工轴线进行实时复测校核，以便桥梁竣工后的线型更合理的接近设计线型。通过拱顶的位移情况，评估拱轴施工精度。通过监测各种工况下拱顶下挠度设计理论值与实测值，得出拱顶下挠度的设计值和实测值吻合良好，也反证出拱架设计的正确。

5 结语

该桥支架的设计是合理的，其组拼与主拱圈加载顺序符合结构的受力原理，预拱度的设置保证了拱轴线型的正确。由于采用了拱型支架，节省了支架材料，取得了明显的经济效益与社会效益。

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