钢筋混凝土拱桥拱架现浇施工技术研究

陈磊

摘要：近年来，拱架施工法在我国山区地带得到了广泛应用，本文对目前工程上常采用的拱架类型以及混凝土浇筑的分段长度进行了讨论。以河洋大桥的监控项目为依托，以最终的监控数据验证了该分段长度的方法是合理的，在类似跨径的钢筋混凝土拱桥中该方法可以借鉴。

中图分类号： TU37文献标识码： A

关键词：拱架施工法；分段长度；钢筋混凝土拱桥

1 拱架现浇技术研究现状

拱桥在我国有着灿烂的文化，早期的混凝土拱桥主要采用拱架法施工，随着转体施工法、缆索吊装法等出现，拱架法施工逐渐减少。近年来，在我国多山川峡谷一带，由于受到地形限制，支架法施工又备受青睐。

拱架现浇的关键技术问题有两方面：一是拱架构造的优化。如张兴华对贝雷拱架做了优化设计，张小花在《大跨度可调式无支墩钢拱架施工混凝土拱桥技术》一文中探讨了双层桁架式“六四”式军用梁拱架在拱桥施工中的应用，刘泗平对现有三种常用拱架进行了力学性能上的比较。归结起来，目前尚且以常备的不同类型的钢桁架为基本单元，在其基础上进行相应的优化和改进。

二是如何划分混凝土浇筑长度和控制拱架变形。国内外在以往的拱圈混凝土浇筑过程中采取了不同方法，如地锚法、压水箱法、斜拉扣索法和多工作面法。前三种方法均借助外力来控制拱架变形，以实现混凝土的连续浇筑，第四种则利用自身混凝土重量来调整钢拱架线形，但混凝土不能连续浇筑，而且施工时间长，后期徐变收缩量大。不论采取何种方法，母的都是避免拱架出现上下反复变形导致混凝土的开裂。蒋云峰研究了支架现浇时拱架与混凝土的联合作用，黄泽权等利用影响线开展了石拱桥拱石砌筑加载程序分析，但均未给出加载程序的分析方法[1]。张敏等利用应力影响线分析了钢管混凝土拱桥管内混凝土灌注阶段应力调整方法[2]。

2 拱架构造形式

拱架是支架施工中关键结构。对于钢筋混凝土而言，目前采用最多的是钢拱架。目前主要采用满布式拱架、军用钢桥桁架组拼拱架和定型拱架。

2.1 满布式拱架[3]

满布式拱架分为满堂立杆式拱架和撑架式拱架。满堂立杆式拱架主要由拱盔、支架和卸架设备组成，拱盔由立柱、斜梁、拉杆和斜撑组成，支架由立柱和横向联系组成，上下部之间放置卸架设备，如木楔或砂筒。

为了减少数量众多的立杆，保证桥孔下有足够的通航空间，减少漂流物的影响，用少数框架式支架加斜撑来取代满堂立杆式拱架的立杆，形成撑架式拱架。其优势较满堂立杆式拱架明显，因此在实际工程中采用较多。另外，拱架还需要对强度、刚度和稳定性验算通过后才能应用于工程实践当中。

2.2 军用钢桥桁架组拼拱架[4]

2.2.1 “321”公路钢桥桁架

我国战备公路钢桥，名为“321”公路钢桥，单片的矩形贝雷片（3×1.5m）是构成贝雷架的标准单元，如图1所示。贝雷片由上、下弦杆、竖杆及斜杆焊接而成，上下弦杆端部都有阴阳接头。弦杆由两根槽钢背靠背组合而成，其材料为16锰钢。拼装中为拟合实际形状的需要，还有拱脚构件、梯形构件和异性桁架构件等。贝雷拱架具有很强的适应性，而且单片贝雷片重量较轻，运输方便，架设拆卸快捷。

2.2.2 “六四”式铁路钢桥桁架

“六四”式铁路钢桥桁架，又名“六四”式军用梁，由我国自行研制，与贝雷架有着很多共性，便于运输，易于拼装拆卸，适用性强及可重复使用等优点。利用“六四”式军用梁拼装拱架，可采用两种形式：一种是单排桁架式。弦杆长短不一，尽管标准制式中提供了不同尺寸的弦杆，有时还需根据实际需要定制。而且承受压应力的下弦杆长细比较大，需特别注意施工过程中发生局部屈曲现象。另一种是双排桁架式。其梁高为单排的两倍，较单排桁架式承载力明显增大，而且专门定制的变曲率调节构件，可以通过螺栓在椭圆孔中的滑动来实现一定程度上的微调，也避免了下弦杆长细比过大所带来的风险。相比单排桁架式，双排桁架式性能较好，但对曲线拟合程度依然不夠理想。

2.3 可调式钢拱架

可调式钢拱架构造形式是在军用钢桥桁架组拼拱架的基础上扬长避短，演化而来。可调式钢拱架由标准节段和连接构件拼接而成，标准节段下弦通过钢销连接，上弦固接，如图2所示。其构造上的区别，主要在于加大了标准节段的尺寸，同时每个节段都增加了微调节装置。与军用钢桥桁架组拼拱架比较，增大了节段的承载能力，微调装置在曲线拟合上有了更大的优势。

图1 贝雷片标准单元构造图 图2 可调式钢拱架构造图

3 河洋大桥主拱圈支架现浇监控

3.1 工程概况

河洋大桥跨越北盘江，连接贵州省普安县与水城县的公路桥梁。桥梁总长247.36m，桥宽7m+1.25m×2,纵坡为2.5%的单向纵坡。本桥主拱采用净跨径126m的箱型拱桥，净矢跨比1/4，线形为拱轴系数为m=2.8的悬链线。

主拱圈为单箱三室截面，箱宽7.6m，顶底板厚25cm，顶、底板在拱脚设加厚20cm的渐变段。主拱采用C50混凝土现浇形成。拱上立柱采用方柱，根据高度不同断面尺寸分别为1.2m×1.2m、1.0m×1.0m和0.8m×0.8m，采用C35混凝土浇筑。主桥面板为16×10m钢筋混凝土预制空心板，板厚0.45m，采用C40混凝土浇筑。

3.2 主拱圈浇筑长度计算

3.2.1 分析模型

对于拱架及主拱圈的结构计算，利用手算或解析法是非常难以实现的，借助计算机可以较为快捷地解决问题。本文即采用分析软件ANSYS来进行必要的计算。在拱架模型建立时，所有拱架杆件均采用BEAM44单元。拱架有限元模型如图3所示。

3.2.2 分段长度的计算

限于篇幅，考虑到底板强度达到以后，可与拱圈协同受力，故腹板和顶板混凝土浇筑时的位移较小，本文只针对最关键的施工阶段——底板混凝土浇筑过程的分段长度计算。利用编制的专用程序进行计算。首先，绘制各关键截面挠度（UY）影响线，如图4所示。

图3 拱架有限元模型 图4 主要截面挠度影响线

经如上计算，得到如图5所示的结果，拱脚段15.517m，拱顶段16.29m，中间段38.324m，两岸依箭头顺序对称浇筑。

图5 主拱圈底板混凝土浇筑顺序示意图

3.3 主拱圈混凝土浇筑变形测试

标高测点布置在各八分点截面的上下游位置。限于篇幅，仅讨论拱脚段浇筑完毕、拱顶段浇筑完毕及底板浇筑完毕相对于底板钢筋和模板搭设完毕状态的挠度，实测数据取上下游平均值。实测数据与理论数据见表1所示。

表 1 混凝土浇筑各阶段相对挠度理论值与实测值

3.4 数据分析

图6 拱脚段浇筑完毕相对挠度值 图7拱顶段浇筑完毕相对挠度值

图8底板浇筑完毕相对挠度值

从表6~表8可以看出，实际的位移要比计算位移小，实际的位移变化幅度也比计算值小。但都控制在2cm以内。由于现场施工条件限制，缆吊运行速度缓慢，拌合设备单位拌合量较小，导致实际浇筑过程缓慢，较早浇筑的混凝土已经出现初凝，达到一定强度，其刚度对变形也起到阻碍作用。这是浇筑拱顶段及中间段完毕时的位移变化比理论值小的主要原因。

4 结语

拱架现浇施工，目前最适跨径在100m~150m左右范围。这种施工技术已经十分成熟，然而工不厌精，对于施工过程有待进一步优化，以达成最优的成桥状态。还可探讨其他加载方案，以及其他分段长度的确定方法。

参考文献

[1] 黄泽权，梅盖伟，杨兴.拱桥有支架施工加载程序优化设计[J].重庆交通大学学报，2009，28(1):23-25

[2] 张敏，周水兴，胡免缢.钢管混凝土拱桥施工控制原理与控制分析算法研究[J].公路交通科技,2003,20(2):39-42

[3] 顾安邦,向中富 .桥梁工程(下册)[M].第二版.北京：人民交通出版社.2011

[4] 黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].北京:人民交通出版社，2001.