朱志有，杨耀生，陈嘉伟

(宁夏大学 土木与水利工程学院，宁夏 银川 750021)

1 概 述

彭阳县平安大桥建设项目，隶属宁夏回族自治区固原市彭阳县，桥梁结构形式为五跨连续双飞燕上承式箱型断面空腹式系杆板拱桥。桥梁跨径布置为(30+3×50+30)m，桥梁总长210 m，桥宽25.5 m，设计汽车荷载为城-A级，非机动车道荷载为城-B级车道荷载的0.6倍。主拱横桥向布置双幅C40钢筋混凝土拱，主拱采用单箱四室箱形断面，高1.2 m，宽12.05 m，桥梁拱圈边跨跨径为30 m，矢高分别为11.1 m、12.6 m，矢跨比分别为1/5.41、1/4.76，拱轴系数分别为4.95、4.6；中跨主拱圈跨径均为50 m，矢高为12.4m，矢跨比1/4.03，拱轴系数3.4。拱上立柱作为桥梁的传力构件之一，全桥共计68道立柱，拱上立柱顺桥向间距4 m，高度0.96～9.4 m，采用薄壁墙式墩。拱脚两侧立柱等厚度0.4 m；其他立柱对应拱圈腹板处厚度0.4 m，拱圈腹板之间的立柱内凹为薄壁墙，墙厚0.15 m。拱圈在墙式墩位置设置内横梁。对于拱脚两侧高度大于8 m的墙式墩，为增强其稳定性，采用立柱与桥面板固结构造，其余立柱与桥面板则均采用铰接。桥面板采用分段现浇钢筋混凝土板，厚0.22 m。全桥布置16根系杆，系杆采用采用15-12全防腐整根可调换型成品索体，索体采用环氧喷涂钢绞线成品索体。下部结构桥台采用轻型桥台，桥墩采用墙式墩，钻孔灌注桩基础。

彭阳县平安大桥为五跨连续双飞燕式系杆板拱桥，桥梁施工过程中拱圈自重作用下结构线形与成桥状态下设计拱轴线存在不小的偏差，同时该桥梁的施工过程较繁杂；施工过程中需要采取合理的施工方案及施工控制措施，用以保证该桥梁在施工过程中的结构安全问题以及桥梁成桥线形与结构内力均达到设计要求。鉴于该桥的结构特点及施工特点，本文主要针对施工过程中主拱线形控制、满堂支架脱架及系杆分批次张拉等主要施工控制技术进行介绍。

2 总体施工方案及施工控制要点

平安大桥采用自平衡体系的飞燕式系杆拱桥，系杆和拱圈相互依赖、共同承重。根据桥梁结构以及桥位河流特点，决定该桥采用满堂支架现浇进行施工。即先采用满堂支架现浇主拱圈，然后拱上架设满堂支架并现浇拱上立柱。在拱上立柱施工完成且强度达到要求后，依次进行现浇桥面板、二期铺装及桥梁附属设施施工，整个施工过程中穿插分批次系杆张拉施工。整个施工过程中，通过控制拱圈结构线形与系杆张拉力的大小的方式，以改善桥梁结构在施工过程中的受力问题[1]，并使结构线形、内力及应力等满足成桥状态的预期目标。该桥的主要施工步骤如下：①基础、桥墩、桥台等下部结构施工；②满堂支架搭设、预压；③支架现浇拱圈；④在拱圈上搭设满堂支架现浇拱上立柱并预留系杆孔；⑤拆除中跨满堂支架；⑥在拱上满堂支架上分段浇筑桥面板；⑦张拉第一批系杆；⑧拆除边跨满堂支架；⑨二期铺装及安装桥梁附属设施；⑩张拉第二批系杆成桥。

该桥施工控制关键点包括：①有限元软件分析结合现场实测计算主拱圈施工预拱度，确定拱圈底模立模标高，控制拱圈线形达到设计目标；②研究拱下满堂支架脱架方案，解决拱圈在结构自重、收缩徐变、施工阶段荷载共同作用下的不利受力问题；③确定合理的系杆张拉顺序、张拉批次及张拉时机，改善桥梁结构受力。

3 主要施工控制技术

3.1 拱圈线形控制

对采用满堂支架法施工的拱桥而言，施工阶段影响拱圈线形的因素主要包括：地基沉降、支架变形、各阶段施工预拱度的计算及立模标高的控制。

平安大桥位于宁夏固原市彭阳县内，为湿陷性黄土地区，在支架搭设前采用垫层法对支架下方土体进行处理，将距地表2 m以内的原状土进行挖除，用材料坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂、碎石等材料分层换填，底层采用120 cm碎石，中层采用50 cm砂砾垫层提高地基承载力，在整平碾压好的砂砾垫层上铺筑30 cm厚水泥稳定砂砾基层，同时采用振动压路机进行碾压，使压实度达到规范要求，以消除局部地基软弱引起的不均匀沉降现象。满堂支架搭设完成后，需对支架进行预压处理，即利用沙袋压重物充分消除地基变形及支架非弹性变形对拱圈线形的影响，同时监测各测点的地基沉降以及压重前后高程数据，用以计算设置预拱度所需要的支架弹性变形值和支架非弹性变形值。

预拱度分析通过Midas Civil软件完成对平安大桥各施工过程的仿真分析计算，以实现对其的线形控制[2-3]。预拱度分析具体采用倒装分析法，即认为桥梁成桥一定时间后(本桥取10年)，考虑混凝土收缩徐变的情况下，全桥拱圈底板标高均满足设计目标，在增加施工荷载的条件下，按实际施工步骤的相反步骤，逐步将各桥梁构件“拆除”，然后计算出全桥拱圈底板的高程坐标，利用此时计算出的各拱圈底板高程坐标减去其设计标高，即为需设置的预拱度。

3.2 支架脱架方案

该桥拱圈采用在满堂支架现浇法施工，拱圈采用分环分层浇筑。对于飞燕式拱桥结构，桥梁施工过程中若拱圈处于裸拱状态，拱圈自重作用下结构线形与成桥状态下设计拱轴线存在不小的偏差，将导致拱圈结构产生不利的内力；该桥采用C40混凝土进行浇筑，混凝土抗拉强度设计值较低，所以在施工过程中需要严格控制各钢筋混凝土结构拉应力，避免结构出现裂缝。因此，有必要对拱圈满堂支架脱架方案进行研究讨论，确定合理的拆架方案。为了改善拱结构在施工过程中的受力状况，提出了两种拱圈满堂支架拆架方案：①方案1，拱圈脱架时拆除中跨满堂支架，保留两边跨满堂支架，待第一批系杆张拉后拆除边跨支架；②方案2，先张拉第一批系杆，然后一次性拆除全跨满堂支架。结合后续施工方案，分别对桥梁裸拱状态、方案1和方案2的结构进行受力分析，得到各方案拱肋弯矩图，并将其绘制在一起，如图1所示。由图1可看出：与裸拱状态相比，两种脱架方案均能够有效改善边拱及两侧拱脚的受力状况，另外相对于方案2，方案1对拱圈的受力改善明显更佳，拱圈弯矩分布相对均匀，且减少了后续拆除支架的工序；另外从整体造价方面来看，方案1将大幅减少支架的租赁费用，同时节省工期。因此，该桥选用方案1施工。

图1 不同脱架方案的拱圈弯矩

3.3 系杆张拉

3.3.1 系杆张拉时机

鉴于该桥的结构特点及施工特点，为控制拱脚水平推力以及改善桥梁结构受力，结合施工各步骤顺序、工期及施工成本等因素，最终确定该桥系杆采用二批次张拉方案施工。二批次系杆张拉的具体时机如下。

1)首批张拉。系杆在桥面板浇筑完成后进行第二批张拉，以改善裸拱的受力状态，使得拱圈最大弯矩值较小，同时拱脚拉应力更为合理，避免了拉应力过大导致混凝土开裂的情况，并改善桥面板及拱圈的受力状态。

2)第二批张拉。在二期铺装全部施工后，根据实际的桥梁结构受力情况，对全桥系杆进行第二批张拉，使得桥梁内力及应力状态、各系杆张拉力达到设计要求。

系杆张拉力主要通过以下几个方面进行综合控制：①平衡各不同阶段施工过程中对拱脚的水平推力；②控制拱圈飞燕端水平位移；③墩底最大弯矩；④使桥梁成桥内力达到设计目标。保证施工阶段桥梁结构安全，并使得桥梁最终成桥后无论是在线形方面还是桥梁结构内力方面均能够满足设计要求。

3.3.2 系杆张拉顺序

各批次系杆张拉时，采用计算机控制的张拉机同步智能张拉的方法进行张拉，理想状态下可以一次张拉完成，即全桥每根系杆均配备张拉机，按照计算的索力值同比例智能张拉，且后期基本不用进行调索，但是施工成本太高，为了控制成本以及减少不必要的资源浪费，该桥系杆张拉采用2套设备对系杆进行对称张拉，利用多次张拉系杆以及调索的方法确保各系杆索力达到设计值。

在不同批次系杆张拉时，需要利用索力影响矩阵法对张拉顺序及张拉力大小进行确定[5]，保障系杆施工过程安全，在系杆张拉完成后尽可能少的调索，另外应避免系杆张拉过程中使得结构内力及拱圈线形变化过大[6]。

第一批系杆张拉时，系杆索力主要用于平衡桥梁主跨支架拆除后引起的拱脚水平推力以及改善边跨拱脚与跨中截面应力情况，避免混凝土受拉开裂，并可以通过系杆力有效控制桥梁线形。因此，系杆的张拉顺序主要由拱的内力、变形及施工阶段结构安全等方面决定。为使拱的受力均匀合理，在系杆张拉时，先张拉靠中部的系杆。第二批系杆张拉时，全桥支架已经拆除完成，系杆索力主要用于平衡二期铺装等荷载引起的拱脚推力。出于对施工阶段结构的安全及拱肋稳定考虑，决定优先张拉最外侧系杆，后张拉最稳定的中部系杆。根据该桥结构特点及施工变形分析，确定全桥系杆张拉顺序为：N2、N3、N6、N7、N1、N8(第一批)→N4、N5(第二批)；同批施工的2根系杆尽量做到同步、缓慢张拉。

4 结 语

彭阳县平安大桥为五跨连续双飞燕上承式箱型断面空腹式系杆板拱桥，采用满堂支架现浇法进行施工，施工过程较繁杂。施工过程中采取了主拱线形控制、满堂支架脱架及系杆分批次张拉等主要施工控制技术。

该桥于2020年10月建成，11月正式通车。在桥梁建成后对其成桥状态进行监测，结构表明：拱圈成桥线形与设计线形存在小范围的偏差，该偏差在规范允许范围内，满足要求；系杆成桥索力与设计索力偏差在±7%以内；成桥后外观检查均未发现结构裂缝，结果表明桥梁各构件受力情况良好。以上结果均满足设计及相关规范要求，说明该桥施工整体达到预期目标。该桥相关施工控制技术可为该类型拱桥的建设提供参考与借鉴。

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