拱架现浇拱桥施工与监测对结构性能的影响

师丽花

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一、拱桥发展简介

拱桥在我国建桥史上占有举足轻重的地位，以其独有的特色享誉国内外。解放后，我国在拱桥建设方面发展较大。在1958~1960年，我国修建了大量的石拱桥。双曲拱桥以其用料省、造价低、施工简便等优点，得到应用和推广。上世纪九十年代，我国兴建钢管混凝土拱桥近百座。九十年代后，我国修建多座大跨径的钢筋混凝土肋拱桥和箱拱桥。

二、箱型拱桥的特点

在某些条件下，拱桥与其它桥型相比具有优势，而箱型截面混凝土拱桥是设计人员在总结了施工和成桥使用的优缺点后创建的。由于箱型拱拱圈截面有一定的挖空，既节省材料又显著提高截面性能，对于大跨径桥效果更为显著。箱型截面具有抗扭刚度大，稳定性好；承重结构与传力结构相结合，各部件共同受力；满足预应力混凝土结构空间布束的要求，截面效率高等优点。

三、施工过程计算与监测分析

（一）拱架现浇拱桥的现场监测

主拱结构采用拱架现浇施工完成的拱桥，施工阶段的应力和变形非常复杂，且材料参数、环境因素和施工误差等是难以预测，所以设计阶段的理论分析和模拟计算并不能反映实际施工受力状态，因此要对桥梁施工阶段进行监测。现结合瓮溪Ⅱ号大桥的监测工作，对拱架现浇拱桥的监测事项做详细说明。

（二）桥梁概况

瓮溪Ⅱ号大桥位于遵义市。桥梁主孔是净跨96m的整体现浇钢筋混凝土箱形截面拱，矢跨比为1/6，拱轴系数为1.756，两岸边孔是跨径为8m的预制钢筋混凝土空心板，拱上建筑布置为8m+13×8m+8m=120m。

拱圈高度7.5m,拱圈截面高度为1.9m。拱圈为单箱双室截面，一般截面的拱圈项、底板厚度为25cm，拱脚轴线距离1m范围内的拱圈顶底板厚度渐变为50cm，全桥腹板厚度均为25cm。水平每隔4m设一道30cm厚的横隔板，全桥共计23道。本桥采用贝雷片拱架进行拱圈现浇施工。拱圈分三层浇筑：第一层浇筑拱圈底板和下马蹄，计680t，第二次浇筑拱圈腹板和横隔板，计360t，最后浇筑拱圈顶板和上马蹄，计696t，分层浇筑及拱圈截面逐步形成过程见图2.4。整个拱圈总重1736t（计算中考虑1.05的超方系数，未计立柱底座混凝土用量，此部分混凝土待拱圈混凝土浇筑完毕后另行浇筑）。

四、贝雷拱架简介

本桥拱架由贝雷钢桁架悬臂拼装而成，为了适应设计拱圈线形的要求，在拱架一定位置接入特制的7种形式的阴阳接头。贝雷钢拱架跨度为94.96m，轴线宽7.30m，截面总高度1.70m。贝雷拱架横向分为12排贝雷桁架，每排桁架共31片，共计372片贝雷片。贝雷桁架每两排为一组，组内桁架中心距离为0.45m，组间桁架间距为0.9m和0.95m间隔布置。

五、拱架拼装

拱架通过使用2-Ф28的钢丝绳作为扣索悬臂拼装而成，钢丝绳的截面积为294mm2，弹模为0.75×105MPa。在钢拱架试吊和安装过程中，每个吊装节段均要监测扣索索力，索力的监测将贯穿整个钢拱架的安装过程，直至扣索拆除。

通过理论计算和实测的扣索索力的比较，在拱架拼装过程中，索力实测与理论计算差值最大为13.6KN，最小为3.3KN，扣索索力均在计算的整个体系安全许可范围内，拱架拼装过程是安全的。

（一）拱圈施工方案

在拱架上浇注拱圈时，拱架将随荷载的增加不断变形。有可能使已经浇注的混凝土产生裂缝。为了避免因拱架反复变形而产生裂缝和减少混凝土的收缩应力，本桥采用分环和分段相结合的方法浇注。本桥拱圈混凝土在高度方向分三层浇注。

（二）拱圈浇筑的关键

对于瓮溪Ⅱ号大桥，浇筑拱圈第一环混凝土时，最大浇筑重量为底板重量、下马蹄重量、模板、脚手架和施工荷载等，且全部由拱架承担。拱圈底板浇筑完成前，拱架系统刚度较小，很容易导致较大的变形；拱架弦杆初始压力很小，很容易出现受拉弦杆，从而使拱架产生很大的非弹性变形。而浇筑第二、三环的混凝土时，湿重由拱圈底板混凝土和钢拱架共同承担，拱架的受力和变形的增量都较小，因此，拱圈底板的浇筑是拱圈混凝土浇筑的关键步骤。

（三）拱圈腹板、顶板的浇筑程序

浇筑腹板混凝土时先期浇筑的底板及下马蹄参与拱架共同受力，浇筑顶板及上马蹄混凝土时开口箱参与拱架共同受力，使得拱圈后期浇筑过程中拱架应力的增量与拱架变形的增量均较小。腹板和顶板具体浇筑程序与底板相同，间隔槽的预留位置错开，浇筑过程中时刻观测拱架的应力与变形。

（四）拱圈浇筑分别对底板、腹板浇注过程的八种工况进行稳定分析。稳定性分析时不考虑联合作用的影响，即底板、腹板混凝土湿重全部由拱架承担稳定安全系数。

（五）底板浇筑完毕时，稳定系数为5.94；在不考虑联合作用的情况下，腹板浇筑完毕时，稳定系数为4.53；拱架在施工过程中的最小稳定安全系数为4.53，预压荷载工况下稳定性系数为5.31。满足拱桥稳定安全系数要求大于4的规范要求。

六、拱架预压荷载试验

拱架搭设完之后，为检验拱架应具备的强度和刚度、减少地基沉降、消除拱架非弹性变形、确保施工质量和施工安全，对拱架进行预压荷载试验。通过比对分析预压荷载的实测与理论数据发现，拱架主要受力杆件截面应力较为理想，应力实测值比理论计算值偏小，规律性较为吻合，表明拱架承载能力比设计计算情况理想，底板的浇筑是安全可靠的。

七、结论

桥梁施工阶段进行监控的重要性不仅在于桥梁整体的稳定而且还在于结构的安全。通过瓮溪Ⅱ号大桥拱架吊装阶段扣索索力的监控及分析，在施工阶段扣索索力均在计算的整个体系安全许可范围内，拱架拼装过程是安全的。通过稳定性分析，进一步证明施工方案的合理。