等截面悬链线无铰拱桥观音山大桥的设计及施工

吴伟兵

【摘 要】 等截面悬链线无铰拱桥在山区与丘陵地带被广泛采用，本文对等截面悬链线无铰拱桥受力进行了分析，并对实际等截面悬链线无铰拱桥观音山大桥的设计与施工进行了介绍与论述，得出等截面悬链线无铰拱桥设计要点与施工要点。

【关键词】 等截面悬链线无铰拱桥 设计 施工

等截面悬链线无铰拱桥是拱桥设计的一种重要形式，在山区与丘陵地带被广泛采用。等截面悬链线无铰拱桥圈主要承受压力，在重力荷载作用下，拱圈几乎不承受弯矩，在汽车荷载作用下，拱圈承受很小的弯矩，与重力荷载与汽车荷载相比较，温度荷载承受较大弯矩。同时，拱座承受较大水平荷载与垂直荷载，对拱座处基岩的承载力要求较高。在基岩承载力较高、桥面标高较地面标高较高及需要较大的通航净空要求时，等截面悬链线无铰拱桥被广泛采用。在安徽省省道220线观音山大桥跨河大桥设计中，采用了跨径为78米的等截面悬链线无铰拱桥，本文从结构设计与施工方面对该桥进行介绍。

1 工程概况

观音山大桥平面位于直线上，纵面位于竖曲线上，起点位于省道220线与桥轴线相交点，终点与规划区规划道路相接，路线全长140.65m，其中桥梁长120.09m（包括搭板长）；本桥主拱为1×78m，矢跨比f/L=1/7的等截面悬链线箱形无铰拱桥拱桥。桥面全宽按双向两车道外加人行道设计，桥面宽12.5m，具体组成为：人行道（含栏杆）1.75m +车行道2×4.5m+人行道（含栏杆）1.75m，设计荷载：公路I级。桥面纵坡为3.5%和3.5%，横坡为双向1.5%。桥梁计算采用桥梁博士与MADIS软件进行分析。

2 设计要点

桥梁上部结构为一孔78m钢筋混凝土拱桥，拱肋端部支承在扩大基础上形成无铰拱，桥梁设重力式U型桥台，桥面连续，仅在两座拱座上方的主梁上设D80伸缩缝各一道。

拱肋及主梁、立柱、盖梁等构件均采用钢筋混凝土结构，现浇施工。

本桥主拱为1×78m，矢跨比f/L=1/7的等截面悬链线箱形无铰拱桥，拱轴系数m=1.756。拱肋截面除了跨中段与主梁截面形式统一而加厚加高外，其余截面为9m（宽）x1.6m（高）的单箱双室矩形空心截面，截面上、下缘厚度0.3m，腹板厚度0.5m，每个室四个角均设置0.4x0.2m的倒角。跨中段拱肋水平长度18.5m，截面高度从1.82m变化到2.292m，顶板厚度从0.53m变化到0.844m，底板厚度仍为0.3m，该段内截面尺寸为箱形，横断面顶面宽度为12.6m，底面宽度为9m，两边各设置1.8m的悬臂。拱肋在上部主梁立柱处均设置有1.6m厚的横隔板，在与拱座相接处设置有0.8m厚端横隔板，在跨中设置0.5m厚中横隔板，正常段与跨中段相接处设置2m厚横隔板。拱肋在立柱处均设有与拱肋同宽的底梁，厚度不小于0.6m。

主梁共有两种跨度，分别为6.4m和10m，顶宽均为12.6m，两边设置1.8m的悬臂，并在主梁上设置有0.10m厚的整体化层，以利于设置桥面连续钢筋。6.4m跨主梁为T形断面，顶板厚度0.20m，腹板厚度0.3m，横向共有4道腹板，为使主梁在立面成拱的样子，腹板高度为变高度，梁底按圆弧曲线变化。10m跨主梁因为其下要设置人行道，将主梁设置成封闭厢室，其顶板厚度0.25m，底板厚度0.25m，腹板厚度0.4m，横向共有3道腹板。

拱座采用扩大基础，基底应设置在新鲜的中风化石英砂岩上，要求岩石地基承载力基本容许值不小于1000kPa。

桥台采用重力式U形台，基底应设置在新鲜的中风化石英砂岩上，要求岩石地基承载力基本容许值不小于1000kPa。

3 施工要点

1、施工平台及拱架搭设

（1）施工阶段，应加强河床面标高及覆盖层情况核查工作，若出现与地质勘察成果不相符的情况，应及时通知勘察设计单位。

（2）沿S220省道修建施工便道至桥位处，1号拱座处场地围堰及平台搭设时应充分考虑风浪、流水的冲刷，需要用尼龙编织袋（填砂）及打入桩进行防护。

（3）桥址区河水较深，河床地段小区侧卵石层厚、省道侧河床基本无覆盖层，为保证便桥及整体稳定性，保证洪水期间的安全，钢管桩搭设时应保证足够的埋置深度，必要时加厚钢管桩厚度，防止施打时变形，支撑护筒的入土深度必须经过严格的验算。同时，为了防止钢管桩底部被水流冲刷，省道侧钢管桩周围抛掷填土尼龙编织袋（填砂）堆积高度为2m，保证钢管桩底的稳固。

（4）应结合当地调查情况，确定施工时间的最高施工水位，钢栈桥和钢平台顶面标高应高于施工水位1m以上。

（5）拱架应具有必要的强度和刚度，并使结构线形符合图纸要求。拱座水平位移对拱圈引起的挠度，混凝土收缩、徐变和温度变化而引起的挠度以及结构自重引起拱圈的弹性挠度设计图中已经考虑。但预留施工拱度时，还应考虑拱架承受施工荷载引起的弹性变形、杆件接头的挤压产生的非弹性变形以及支架基础受载后的沉陷。

（6）在支架架设后，应对支架进行预压，加在支架上的预压荷载应不小于主拱自重。同时，对监测点进行标高测量，指导调整主拱底模标高。

2、拱圈施工

（1）本桥采用满堂支架施工，施工顺序为：拱座、台身、拱肋及立柱、主梁、桥面系。模板、拱架和支架的施工须严格按照《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）的有关条款进行。外模建议采用进口黑胶木模板，以保证拱桥外观平滑、光洁；内模力求轻便简易，但必须满足刚度要求保证内部平整密实，浇完混凝土之后内模留在拱圈内。

（2）主拱圈应沿拱跨方向分段对称浇筑，根据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）第16、2条规定，分段位置设在1/4节点附近，这样就将拱圈分为5段。浇筑顺序为：先浇拱脚段①，再浇中间段②，然后浇合龙段③；各段混凝土应一次连续浇筑完毕。

（3）拱上结构施工应在主拱圈达到设计强度的85%后方能进行，并要求对称均匀浇筑。待主拱圈及空心板砼强度均达到设计强度后方能卸除拱架。卸架程序参见《公路施工手册—桥涵》。建议从两拱脚开始分别对称地向拱顶进行，要保证拱体逐渐均匀地降落和受力。

（4）每阶段均要进行施工观测，控制主拱圈的变形。

（5）拱座回填必须在主拱圈卸架之前完成，拱座基础嵌入中风化岩层部分，基础和开挖线界限间空隙，采用与基础同标号混凝土同时浇筑；中风化岩层以上部分待浇筑层完成后，采用C10混凝土回填，并将表面用浆砌片石固化，防止被水流冲刷。

（6）拱圈坐标表中的放样坐标已综合考虑了预拱度的影响。但拱圈预拱度未计施工拱架的压缩变形，因此在浇筑拱圈混凝土前应对拱架进行预压。

（7）后浇段须在一天中最低气温时合拢。

3、现浇桥面整体化层混凝土

（1）为了防止主梁与桥面现浇层由于龄期差别而产生过大收缩差，主梁与现浇层浇注龄期差不应太长，宜按三个月控制。

（2）浇筑整体化层混凝土前，必须清除结合面上的浮皮、油污，并用水冲净。

（3）整体化层混凝土浇筑前应确保整体化层钢筋网在混凝土中的高度。

4 结语

等截面悬链线无铰拱桥是一种在丘陵地区与山地地区广泛应用的桥梁结构形式，在大量的实践中，人们积累了较多的经验。对安徽省省道220线观音山大桥设计与施工进行了论述。

参考文献

[1] JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范.

[2] JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.

[3] JTG D63-2007公路桥涵地基与基础设计规范.

[4] JTJ 041-2000公路桥梁施工技术规范.