悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥施工控制分析--中国期刊网

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悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥施工控制分析

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：肖陕1 王小强2

[导读] 摘要：悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥因其结构整体性和受力合理性而深受桥梁设计师的喜爱，但其跨径却始终难以跨越300m这个瓶颈，虽然设计上早就解决了大跨度所带来的难题，但施工控制还是存在很多问题。

        重庆交通大学土木工程学院重庆 400074
        摘要：悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥因其结构整体性和受力合理性而深受桥梁设计师的喜爱，但其跨径却始终难以跨越300m这个瓶颈，虽然设计上早就解决了大跨度所带来的难题，但施工控制还是存在很多问题。本文主要介绍了钢筋混凝土拱桥施工过程中存在的问题，总结了悬臂浇筑混凝土拱桥施工控制中的重难点。
        关键词：悬臂浇筑；钢筋混凝土拱桥；应力控制
        1 引言
        耐久、经济、合理与极限，是拱桥的突出特点，存在两千多年的赵州桥就是最好的证明。但我国修建的混凝土拱桥数量虽多，但跨度难以超过300m。截至1997年，国内外跨径超过300m的混凝土拱桥仅5座，在此后20年里，国内仅建成跨径超过300m混凝土拱桥7座，而且都是劲性骨架拱桥[1]。其实，国内外早就对大跨径拱桥开始了试设计，混凝土拱桥在设计上跨径超过300m已经没有什么难度，但在施工上却始终存在无法跨越的鸿沟。现浇节段整体性的把控，扣塔安全性的保证，地锚经济性的对比等等因素，特别是在施工过程中为了保证主拱线形的准确而进行索力的调整，都是悬臂浇筑拱桥施工控制的重难点。因此，本文将针对悬臂浇筑混凝土拱桥施工过程中存在的重难点展开论述，为大跨度混凝土拱桥的建设开辟道路。
        2悬臂浇筑拱桥的合理施工状态
        悬臂浇筑混凝土拱桥除拱脚段采用支架现浇外，其余节段通常采用挂篮悬浇，每个节段的形成必须经过立模调整-钢筋绑扎-混凝土浇筑和养护-预应力张拉-移动挂篮，整个施工流程一般需要10至13天，所以从施工角度来看，为了缩短工期、施工便利，应该尽量减少扣锚索张拉的次数。从拱圈受力的来看，应该尽量减少施工过程中拱圈的弯曲应变能，保证整个施工流程拱圈各控制截面的应力满足要求，这往往可能为了调整应力要进行扣索的二次补张或者松索，在合龙前也会进行索力的调整，这会影响施工进度。因此，如何平衡施工便利和主拱受力这两个方面是至关重要的，即确定悬臂浇筑拱桥的合理施工状态，是施工控制的重难点之一。
        3 悬臂浇筑拱桥的合理成桥状态
        悬臂浇筑混凝土拱桥的合理成桥状态通常包括成桥内力状态和成桥线形状态[2]。成桥内力状态和成桥线形状态都与施工过程中的内力和线形息息相关，成桥后收缩徐变会对整个主拱的内力进行重分布，主拱线形会下挠，通常成桥3年后会趋于稳定，所以在施工时必须考虑。线形方面，可以通过设置预拱度的方法来抵消收缩徐变产生的位移，即在设计时正装分析，将收缩徐变、二期恒载等产生的位移计入预拱度中；受力方面，在合龙前，通过调整索力使各截面满足要求，即尽可能使合龙后的内力与一次成拱的内力接近，使得压力线与拱轴线尽可能重合。但合龙前仅通过索力调整内力的幅度不大，如果前续节段内力和线形偏差过大，索力调整时，可能不存在满足要求的索力可行域，这就需要在整个施工流程中统筹兼备，确保在成桥后拱圈的受力合理和线形满足要求。因此，悬臂浇筑混凝土拱桥的合理成桥状态的确定也是施工控制的重难点之一。
        4 扣索索力和截面应力控制
        悬臂浇筑混凝土拱桥的施工过程中，已成型节段通过扣索锚固于主墩或者扣塔，锚索仅是为了控制主墩或扣塔的偏位，扣索索力的大小直接影响着拱圈截面应力，索力过大会使下缘拉应力过大开裂，过小会使上缘拉应力过大开裂，因此，索力的调整对主拱截面应力控制至关重要，为了保证索力的准确，在前一段拉索索力调整、浇注拱圈混凝土、当前节段拉索张拉等工况均应进行扣、锚索索力和温度的测试。以当前节段拉索张拉到位作为一个节段的测试控制结果评价工况，并保证每隔3个节段进行一次控制工况的索力通测。

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测量扣索的方法大致有以下几种：
        ①压力环法：压力环由高强度合金钢制成，其中空承压筒周边上沿均匀布置有多个弦式传感器，作用在承压筒上的荷载可由固定在筒体上的弦式传感器直接测出。
        ②油压表法：由配套的千斤顶和油表组成，张拉索力可通过油表兆帕值换算。
        ③动测仪法：通过测量钢索的主振动频率，就可求出钢索的拉力。
        ④伸长量法：测量索的延伸量，通过材料力学可换算出扣索当前的索力。
        与斜拉桥和吊杆拱桥不同的是，悬臂浇筑拱桥不存在成桥索力，所有的扣锚索均为临时索，最终存在一个拆索的施工工序。对于已成型节段而言，浇筑时上缘受拉，下缘受压，张拉时正好相反，因此在整个施工过程中，混凝土上下缘承受着拉压交替的应力。为了保证截面拉应力不超限，张拉时，除了保证当前浇筑节段上缘应力不超限以外，还应确保后续节段浇筑时上缘应力满足要求，但索力不能过大，否则在当前节段或后续节段张拉时已成型节段下缘混凝土因拉应力过大而开裂，因此，如何找到一组满足各截面控制应力是一个难点，往往需要分次浇筑分级张拉[3]或者采取松索的方式避免拉应力过大。
        为了实时监控主拱截面应力，需要在主拱拱圈内部布置传感器，一般选择控制断面在拱圈分段处，安装时尽量避开扣索和挂篮吊杆锚固处，此处应力局部效应明显，传感器可能会损坏或者测值不准，另外拱脚段截面是应力控制的关键截面，往往也是最易开裂的截面，需要重点监控。
        5 主拱圈线形控制
        施工阶段主拱圈的线形控制直接影响成桥后的拱圈线形，因此，施工时主拱圈的线形控制至关重要。在钢筋混凝土拱桥悬臂浇筑施工过程中，存在各种不确定的因素，例如混凝土的容重、弹性模量、收缩和徐变，扣锚索索力、温度等，这会导致实测线形结果与理论有所偏差，往往需要在施工控制前进行参数识别，以便在后续施工时着重把控。
        在实际施工过程中，在每一个施工工序中，对混凝土的材料特性、索力、温度、拱圈线形等参数进行监测，将实测值与理论值进行比对，例如，张拉前后实测节段上挠量偏小，分析原因：①顶底板温差影响②索力偏小③实际混凝土容重超方④实际混凝土弹性模量偏大等。施工控制中需要对每一个测量的数据进行对比，以便下一阶段修正。
        对于未成型的节段，可以通过设置预拱度或者调整立模标高的方法来实现拱圈的合理线形，但对于已成型的拱圈节段而言，由于悬臂浇筑混凝土拱桥刚度较大，拱脚固结，类似于悬臂梁，为了满足主拱应力的要求，索力调整的线形幅度有限，若仅通过调整索力来满足拱圈线形，很明显是不可能的。因此，主拱圈的线形控制也是施工控制重难点之一。
        6 结语
        随着钢筋混凝土拱桥的发展，对于大跨度混凝土拱桥施工控制和索力计算仍没有一蹴而就的方法，跨径增大所带来的施工难题仍没有解决。这一系列的问题，还需要更多的相关研究，使大跨度钢筋混凝土拱桥在工程上有更多的运用。
        参考文献：（References）
        [1]郑皆连.我国大跨径混凝土拱桥的发展新趋势[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2016，35（S1）：8-11.
        [2] 李晓斌.大跨度钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工控制与模型试验研究[D].西南交通大学，2008.
        [3]郑鹏鹏.采用组合法施工的主拱圈线形与应力控制技术研究[D].2015.