大跨拱桥施工支架设计及施工控制

石家庄铁道学院学报

JOURNALOFSHIJIAZHUANGRAILWAYINSTITUTE

Vol.19　No.2

Jun.2006

大跨拱桥施工支架设计及施工控制

张玉娥,　王新华,　朱英磊

1

2

1

(1.石家庄铁道学院土木工程分院,河北石家庄　050043;2.中铁十一局集团西南分公司,重庆　400039)

　　摘要:针对某大跨混凝土拱桥的施工难点,对其支架的设计和施工,以及预拱度的设置、拱

轴线型的施工控制等方面作了较为详尽的阐述。对类似拱桥施工具有较好地参考价值。

关键词:拱桥;现浇施工;支架设计;施工控制中图分类号:U445　文献标识码:A　文章编号:10063226(2006)02003603

1　工程概况

大跨度拱桥的施工,由于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,有支

架现浇施工仍然较为普遍。甚至已经设计成用其它方法施工的大跨度拱桥,往往也被变更为有支架施工,设计合理的拱架不仅可以保证施工安全又能节省资金,加快施工进度。某大跨度拱桥桥式为12100m双幅钢筋混凝土悬链线箱型拱桥,矢跨比1/6,主拱圈厚度160cm,单幅桥在横向由8片拱箱组成;设计过载能力为汽超220,挂2120,原设计拱肋分五段预制吊装。由于该桥为跨山谷桥,桥头无施工场地,桥下无预制场。经研究,此桥改为现浇施工。主拱箱施工的工艺流程如下:主拱箱支架基础施工—主拱箱支架搭设—主拱箱底模板施工与底标高初步调整—主拱箱支架预压前观测—主拱箱支架预压、观测分析—调整底模板标高—绑扎底板钢筋—按顺序浇筑底板混凝土—浇筑底板合龙段混凝土、绑扎腹板钢筋—待底板合龙段混凝土强度达设计强度时,开始按照浇筑次序浇筑腹板混凝土—腹板合龙—安装拱箱盖板并绑扎顶板钢筋—分段浇筑顶板混凝土—顶板混凝土合龙—拱箱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。

万能杆件具有承载能力高、单件重量轻、组拼容易、可以根据杆件受力大小调整截面等优点,但标准情况下,由于结点板的,万能杆件只能组拼梁、柱等直线结构;组拼类似拱架结构,需另行设计加工结点板。另外,拱型结构的承载能力要优于同跨度的梁式结构,即同等荷载作用下,拱式支架的材料用量相对要低。本桥即以万能杆件组拼拱型支架,充分结合与发挥二者的优点。拱架纵向为单层连续,横向按5片布置,中间支墩均用N型万能杆件组拼,其高度依地势高低而定,支墩与拱架间用型钢格构杆件作斜撑,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,主拱圈分三环五段浇筑,第一环浇筑底板,第二环浇筑腹板,第三环浇筑顶板。

收稿日期:20051018

作者简介:张玉娥　女　1965年出生　副教授

第2期张玉娥等:大跨拱桥施工支架设计及施工控制　37

(1)拱圈自重(单幅全宽)。第一环37.44kN/m;第二环152.0kN/m;考虑到

顶板以下混凝土先行合龙,将承担一部分

荷载,根据支架所受荷载计入拱圈自重60%～75%的原则,略去第三环荷载对支

架的作用恰好符合上述原则。

(2)施工荷载(单幅全宽)。包括底模

图1　支架立面布置系统、人群、振动等荷载共计18.97kN/m。

每幅桥按5片拱桁架承载计算,并计入1.1的不均匀系数,可以得到每个结点荷载:第一环24.82kN/m;第二环75.24kN/m。

(3)检算。考虑到整个结构基本上承受恒载,所以将其简化为平面桁架结构并取其中一片进行计算,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结,计算模型计有结点166个,单元329个。

依据施工所采取的加载工序,对支架进行了所有工况的强度、刚度及稳定性分析,每根杆件的受力都小于其允许承载力,并依此对支架杆件的截面进行了优化设计,支架的整体强度、刚度符合要求。2.2　支架拼装

拼装前用混凝土浇筑万能杆件支架基础,基础中预埋万能杆件节点,再在其上拼装万能杆件支架,支架拼装采取先立柱后拱架的顺序,见图2示。根据现场吊装能力可以采用单件吊装或预拼单元吊装的方式。对于较高的支墩应以缆风固定。支架拼装高度距拱箱底的距离一般在40～50cm之间,在其上铺设20cm×15cm横木和15cm×12cm的梳形木,然后在梳形木上铺设主拱箱底模板。

3　支架变形与施工预拱度

预拱度的设置考虑因素较多,主要有支架的弹性、非弹性变形、支架基础的沉陷、支架与底模之间的接触变形、拱肋的温度变形、自重与车辆荷载引起的变形等。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。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8h,两日后每

图2　支架拼装顺序

隔12h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2变形曲线,直至这些

变形观测电的变形趋于稳定。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144mm,以抛物线形式向两端布置。L/8、L/4、3L/8、L/2截面预拱度设置分别为:63mm、108mm、135mm、144mm。

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。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,拱箱混凝土的浇筑采用分环分段的浇筑方法。分环分段浇筑即将主拱箱纵向分成五段,每段分成三个环,主拱箱底板为第一分环,拱腹板为第二分环,顶板为第三分环,合龙采取三环分别合龙的方式,并保证合适的合龙温度。主拱圈对称浇筑顺序如图3示。施工过程中全程监测

　38石　家　庄　铁　道　学　院　学　报第19卷

测点位移,监测人员定期向现场技术负责人汇报变形监测结果,发现异常及时报告。每一工序的施工方案根据变形监测结果及时作出调整,最后测出拱顶的位移情况,评估拱轴施工精度。各种工况下拱顶下挠度设计理论值与实测值见表1。

表1　拱顶下挠度

工况

设计值/mm实测值/mm

12345611.510.88.728.327.022.610.410.09.124.222.519.9

从表1看出,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。

图3　主拱圈浇筑顺序

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。参　考　文　献[1]周水兴,何兆益.路桥施工计算手册[M].北京:人民交通出版社,2001[2]白宝鸿,张玉娥.现浇大跨度拱桥整体平移支架的设计与施工[J].铁道建筑技术,1999(1):24～25[3]王慧东,张浩.拉西瓦水电站黄河大桥132m钢管拱桥施工技术[J].铁道标准设计,2004(9):77～79

DesignandConstructionControloftheFalseworkforLargeSpanArchBridge

ZhangYu’e,　WangXinhua,　ZhuYinglei

1

2

1

(1.SchoolofCivilEngineering,ShijiazhuangRailwayInstitute,Shijiazhuang050043,China;2.TheSouthwestCompanyof11thRailwayConstructionBureauGroup,Chongqing400039,China)

Abstract:Aimingatdifficulttechniquesduringtheconstructionofthelargespanarchbridge,thispaperin2troducesthemethodofdesignandcalculationofthefalsework,whichmayprovidereferenceforbridgeconstruc2tionofthesametype.

Keywords:archbridge;cast2in2site;designofthefalsework;constructioncontrol

(责任编辑　刘宪福)

(上接第12页)

3DNumericalSimulationofTunnelExcavationinFragmentizedZoneatFault

SunXingliang,　HouYonghui

(SchoolofCivilEngineering,ShijiazhuangRailwayInstitute,Shijiazhuang055043,China)

Abstract:Threedimensionalfiniteelementmethodisadoptedtosimulatetheenforcementeffectofclosely2setsmall2diameterpilotsteelpipesforthetunnelinthefragmentizedzoneatfaultinordertounderstandthede2formationalpropertiesofsurroundingrockduringexcavation.Calculationresultsandfieldmeasureddatashowthatthepre2supporttechniqueadoptediseffectiveandhasguaranteedthesafetyoftheexcavation.

Keywords:fault;fragmentizedzone;tunnel;3Dnumericalsimulation

(责任编辑　刘宪福)