单拱面系杆拱桥施工和设计探讨

?年第?期 广东公路交通总第?期 单拱面系杆拱桥施工和设计探讨 甄荣照 ?开平 市土木工 程集团公司? 摘要本文较详细地 总结介绍了开平大桥单拱 面预应力硅系杆拱桥 的施工 经验 , 并对该 桥型的进一步发 展 完善进 行了探讨 。 关键词 ? 系杆拱单拱面桥 梁施工设计 ? 引言 开平大桥位于开平市三埠 , 跨越潭江 , 全长? ? 。 ? , 桥宽? ? ? 。 主 桥采 用 由广东省 建筑设计研究院设 计的? ? 十? ? ? 单拱面 预应力硷系杆 拱 桥型 , 是 国内首座 此 结 构形式的桥梁 。 单拱 面预应力硷系杆拱是将睑拱和 顶应力硅箱梁通 过 吊杆将其 组 合为一个新的结构 体系 。 其外形上 的特点是将通常置于桥两边的拱 合二为一置 于中央分 隔带 上 。 这样虽 然 引 入了一种新的空间计算 , 但因每孔 桥面仅有一片拱 , 所以从任何角度看 , 都较为美观 , 而且行车时没有压 抑感 。 在我公司承建开平大桥期间 , 笔 者主持制定了单拱 面预应力硷 系杆拱的 施工方案 , 并参与了施工 的全过程 。 下面就 其施 工方?菌作一介绍 , 并 就设计问题谈谈自己的认识 。 ? 确定施工方案 单拱面预应力系杆拱 , 按设计单位构思 , 有两种不? 司的施工 方 案 。 第一种是先搭支架完成对应 于拱 的箱体 , 然后完成拱 , 再张拉 吊杆 , 使之 成为一个 受力体系 。 然后以这个体系为依托 , 用 双悬臂挂篮分块浇筑两边 的箱沐?行车体系? 。 这种方 案的优点在于 支架耗费量少 。 但两个悬臂挂篮的制作工艺 复杂 , 因有吊杆妨碍 , 挂 篮顺 桥向移动必须借助较大型 的水上吊装设备 , 而且如 桥画宽度较大 时 , 横桥向尚需 分节向两侧 延伸 , 施工工 艺复杂 。 第二种方 案是全面搭支架 完成全 部箱体 , 然后完成供 , 再张 拉 吊扦 。 此 方系 的缺 点 是耗费支架多 , 但施工过程构件受力状态 明确 , 安全可靠 , 工 艺简单 。 两种不 同的施工方 案 , 施工 阶段产生的内力不 同 , 因此 浪据施工单位的实际情况先 确定施工方案 , 再进 行结构设计 , 是比较合适 的程序 。 开平大桥是在方案 设计的 基础 上 , 确定 采用第二种施工方 案 , 再进行结 构设 计 的 。 ? 单拱面系杆拱桥施 工 开 平大桥单拱 面系杆拱 的箱体顺 桥?司分?室 , 两边带巳传 板? ? ? ? ? 。 ? 主孔箱体设 ? ?条中横粱 , ?条端横梁? ? ? ? 副 孔设?条中械梁 , ?条端横梁 。 ? ? ?飞杆没在中 横 梁中 部 , 每处?根吊杆 , 中心距? ? 。 ? ?主孔系杆?箱梁?总计硅? ? , 重? ?及 。 箱体范围 平均? ? ? ? ?, 悬臂板范围平?均? ? ? ? “。 施工 荷 载按? ? ? ? 计 。 系杆支架 , 根据 本公司的设备采用打钢管桩做临时墩 , 在墩 顶架设横梁 , 再顺 桥向 架设 钢衍 架 的方 法 。 临时墩 的布置 , 考虑 了如下 几方 面的 因素 ? ? 。 桩的布置方式和桩的 承载力 ? ? ? 顺桥向钢析架的布置方式和强度?弯矩 、 剪力?及挠度 , 。 浇筑箱体时 , 临时墩桩必然产生小量下沉 , 钢析架在跨中部位必然有挠曲变形 , 故在墩顶部位要留? ?一? ? ? ? 施工缝 , 施工缝不得设在横梁部位 。 根据以上因素 , 并经计算 、 比较 , ? ? ?主孔中间设三排临时墩 , 跨距 ? ? ? ?图? 、 图? 。 根据现场 条件 , 箱体范 围每组桩群使用?根必? ? ?一?钢 管, 经计算要求承载力 最大的桩为箱体中桩 , 每根为? ? ? ? 。 翼 板桩群采 用?根 必? ?一?钢管 , 主要是考虑稳 定因素 。 纵向析架排距按?跨均布荷载连续梁最不利的加荷方式计算 , 结果是以剪力控 制排距 , 为? 。 ? ? ? 。 为适应析架连接风撑的尺寸 , 定为? ? 。 由于钢管桩管径太小 , 桩的长细比较大? 。? ? ? ? ? , 故其压缩弯曲稳 定 是一 个主要考虑因素 。 我们 用试 验桩来则定单桩容许承载力 , 方法是在已完成的 两根钻孔桩 之间 , 打一 根钢桩 , 在 钻孔桩顶固定一根 钢横梁 , 用千斤顶反压桩 , 测定桩在开始弯曲 变形 时的承载力为? ? ? 。 卸荷后 , 钢桩反弹复原 , 也 没有下沉 , 满足临 时墩桩的要 求 。 桩施打过 程中 , 指定专人监督 , 保证所有桩都按试验桩的 控制贯入度施工 。 桩群组 合 连结部位以下长度则比试 验桩的长度短 , 从 而保证了临时墩桩在压杆 稳 定和承载力两 方面都达到 使用 要求 。 另外 , 钢 析架的 跨中挠 度值是 一个重要 因素 , 已控 制了施 工预 拱度 。 如 预拱度预 留 不准确 , 箱体成形后将呈波浪 形 , 严重影响美观 。 但 因 网衔架是销接的 , 挠度值不好计 算 , 其影响 因素有 ? 析架的新旧 、 销子 的情密度 、 析 架的材质 ?由于析 架紧 缺 , 一些杆 件个别厂家使用了代用材?等 。 鉴 于上述考虑 , 我们采用试 检的方法来 测定侥度值 ? 随机抽取 两组 长? ? ? 的析 架 , 两端固定在一块? ?空 心板上 , 按施工的各阶段?底板 、 肋 、 顶 板?的荷载 , 换算成等 效集中荷载 , 用干 斤 顶逐阶段 加载 , 测定挠度 , 再分祈各个阶段 矽已达到一定强度将产 生的共同 作用 , 确定预供度 。 实 践 证明 , 这种 方法 确定的预拱 度与实际基本相符 。 ? 副孔采用中间两排临时墩 , 计算方 式同? ? ? 主孔 。 在立柱与横梁之问设置砂箱 , 以便 拆卸模 板支撑 。 另外 , 横梁也是用 钢析 架拼装而 成 , 立柱顶部位的 钢析 架集中力很 大 , 用大仿木将上下弦 杆顶牢 , 防止析 架变形 。 硅分底板 、 肋和 顶板三次浇筑 。 底板 、 肋从中跨?指临 时跨?开 始 , 而跨内则由跨中何 支座扩展 , 支座部位留? ? 的施工缝 。 肋完成后 , 待其 硅强度达? ? 以上时 , 将底板和 肋 的施工缝浇筑好 。 由于 顶板尚需在拆涂肋模板 、安 装顶板模板 、 钢 筋 、 预应力束后才浇 筑 , 此过程较长 , 待 顶板浇筑 硅时 , 底 板和 肋的 硅强度已达? ? , 可与钢析架共同受 力了 。 经 测定 , 顶 板浇筑 期间 , 纵 向钢析 架的跨中挠 度没有增加 。 顶板硅沿 桥中线方向 分三块浇筑 , 先中 间 、 后两测 。 箱 体硅强 度达? ?号后 , 开始 施加顶应力 。 ? ? ? 系扦预应力束两端张拉 , ? ? ? 系杆预应 二二? 一一? ? ? ? ? 下之 之 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 目 卜一一 下下下 、? ? ? ? 洲 耐撇 工 。 。 户一 一 卜洲 ? ? 图? ?主 墩承台面 , ?河 中钢支撑鲜构 ? ? ?一? 一一一 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 卜卜? ? 、 ,?尸 二 ? 登登 ? ? ?川匕 一 一 ? 且 厂 一厂 厂 ?直?盆盆 ? 圳圳 匕 儿应 旦迎 迎 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?火妙妙妙 二扮荞之之 图? ? ? 系杆钢平台侧面 图 力束 一端张拉 。 须说明的是 , 单向张拉已超出了 “宜”的范围, 预应 力张拉 损 耗要予考虑 。 ? 系杆施加预应力后 , 立柱顶部位 的横向 析架产生 了 扭曲破坏 , 用 于加 强节点的 杂树撑?施工 时改变了原方案?被压 断 , 这些破 坏在浇筑硷过程中是没有的 , 而且跨中 桥 面 的高度也 下降 了? ? ? , 但箱沐没有发现裂 缝 。 按一般的概念 , 施加预应 力后 , 梁 式构件都在? ? ?八? ? 范 围 内向上 拱 , 桥 面似乎没有理由下降 , 我 们原以为是 测 最错误所 致 。 但 横向钢析架 在施加 预应 力时才扭曲 , 木顶 断裂又如何解释呢?经反复研 讨 , 详细 分析 了 各方面 的因 素 , 发现箱体底 板的预应力束布置 方式 是产生上述现 象的根 本 原因 。? 如 、系杆 在跨中提高了? ? , 但? ? 束底板束和底面的相 对趾离是一个常效 , 这样预 ?了 应力束是一条向上拱的微弯束 , 张拉时便产生了向下压的力 , 从而产生了节点破坏现象 。 系杆硷浇筑完后 , 即可搭设 拱支架 , 安装模板和钢筋 , 待系杆施加预 应力后 , 再浇 筑拱硷 。 主孔供宽? ? ? ? , 厚? ? ? 副孔拱宽? ? , 声享? ? ? 。 均是箱型 结构 。 分底板 、 侧 板和顶板的次序浇筑硅 。 ? ? ? 和? ? ? 跨吊 杆每根 分 别 用? ? 价 , 和? 。 钢绞 线组 成 , 描具分别采用? ? ? ? ?一? ? 和? ? 一? , 单向张拉 。 吊杆预 应力分 两次施加 , 第一次全部吊束施加约? ? 张拉力?图纸提供了数据 ? , 第二次施加? ? ? , 张拉 顺序技设计规定 。 ? ? ? 吊杆施工中发生了一个今后施 工中必须 注 意 灼问题一一 自锚 式描具在 低 控 制应 力时自锚力不足引起滑束 。 ? ? 吊杆 施加 预应力 , 预应力束则定伸民量大 ?计算伸长量沁? ? ? ? , 不 符 合规 范要求 。 而钢绞 线在 购进后 己按规 范进 行了俭验 , 质量 合格 ? 千斤 顶和油 表在使用前也 进行 了校检 、 编 号 , 配套使用 , 这两方 面 应不存在问题 。 我 们和设 计人员共同进行 了探 讨 , 但始终没有找出原因 , 便决定吊汗套管先不压浆 。 但考虑吊杆 张拉后 , 系杆中部己 有少许离模 , 故可以开始诉支架 。 但在 模 板底 榔基本拆完时 , 预应力束夹片儿 一尹全 部惮出 或讼开 , 严 重 的 滑束发生 了 , 系杆中部下沉了? ? , 有一 条施工缝产生了宽? ? ? 灼裂缝?动睁载试验期间对 其进 行 了测试 , 在最大试验荷载作用 下 , 裂缝最大处仅扩展 了? ? ? ? ? , 卸荷后复原 , 对结 构无影响? , 后用环氧封 闭 。 也恰在此 时 , 有关 人员 亦 想通了则定 与 计算伸民量不待泊原因 ? 万知立后 系杆 与拱的 相对 距 离缩减了? ? ? ? ? ? ?不同部位有 不 同直? 。 将此 值计算进去 , 实际伸长 量和计 算伸长 量误差在士?以内 , 符 合规 范要求 。 而在前段的求解过 程 , 忽咯了这一 因素 。 滑束后 , 我们俭查 了夹片的质量 , 并 清锚具生产,一到现场 , 会同 设计人员共同研究 事故原因 。 比较一 致的意见是 ? ?锚 是白锚式 系列 , 在? ? 较低 时 , 它的自锚力是不 , 一 ,? ? ?, 一 ,、, ? ,? ,二?、 ? ? ? 。? ,? 、, ?。 。 ? 、 ?二,? , 足 的 。 ? ? ? 跨的吊杆控 制应力 ? 最 大 为? ? ? ?兰 , 最小仅为。 ? ? ? 二 , 这样低的。 ? 一 ”碑“ ? 一 ”一 ”一” 一?“ 一 ? 一 ?一了、? 廿 一 ? ? 一 ? 一护一 ? ? ?一 ? 一 ” ? ? ? ? 一 值 , 厂家 也认为很难 保证自锚牢靠 。 后来 , 我们用钢 绞线逐 根 张泣 的办法 , 就 是将每很 纲绞线都拉至。 ? ?。? 兰 , 使其下端 ? 紧固 , 并将端头弯曲焊固 , 然 后全部放松 , 再按设 计妥求整束 张拉 。 每完成一 束 则 将端 头弯曲焊固 , 待全部束张位完成后 , 迅速 压浆封描 。 ? ? 吊杆张 拉采 用了上 述 的方法 , 没有发生问题 。 通 过此次实践 , 我们认为 , 预应力需使用低二? ? 的?营运 阶 段? 值还 是较高的? , 宜使 用 墩头锚 。 当然 , 需多次调来的 预应力洁构?主要是 吊杆? , ? ?锚探作较为方便 , 它张拉 时夹片松开 , 千斤 顶回油时 , 夹片依靠钢束的回缩带功白锚夹紧钢纹线 , 所以很方便 。 而墩 头锚 则需要垫板与 锚板间垫入 钢片 , 多次张拉 则需更换不 同厚度的 钢板 , 很不方便 。 如何 充分发挥?锚多次 张拉方便 的优点 , 笔者 认为 , 一 可以采 用在夫片加压 板 的方式解决 。 因 为? ?锚在 夹片不弹 出的情况下 , 是不会沿 束的 。 由于夹片的回缩量不是 绝对一致 的 , 故 而要在钢绞线上套入薄 铁环 , 调于夹片 , 使压 版能全部压 紧夹片?或 仅育很 小的空隙? 。 再 次张拉 时 , 可 移开压板 , 张拉后再压 上? ? ?锚 在没有校大震动 时 , 夹片基本不会弹出? 。 ? ? 向题裸讨 单拱 面 预应力硷系杆拱无 疑 是一种结构合理 、 造型新颖的新侨型 。 但 也因为是一种 新 桥型 , 无论在设计和 施工方 面都存在 进一 步发展完善的地 方 。 ? 。 开平大桥 是一种刚性系杆刚性拱的组合结构 , 拱和箱梁刚度比的优化问题 值得 研讨 。 以的?系杆滑束后 的状态一一仅下沉 了? ? , 结构未破坏而论 , 系杆强度 显然 偏大了 , 而? ? ?系杆采用同一截面是更大了?当然有考虑桥型 的因索? 。 总的来说 , 跨 越方向拱的承载力高的优势未能很好地发挥 。 因此 , 拱 和系杆刚度比的优化问题 , 是一 个值得研讨的 课题 。 ? ? 开平大桥系杆横梁均为普通 钢筋硷结构 , 故配筋较多 , 预 应力束穿越横梁处较 为困难 , 宜采用后张无拈结预应力工艺 , 这样施工就 容易多了 , 也避免了双向使用有粘 结预应力束预留管道迭合容 易串浆 , 而且降低了受力筋有效 高度峋问题 。 云 。 开发新 的施工工 艺 , 是 此种结 构能 否发屁的一个关键 。 以开 平大桥这祥的地 理环境和通航高度而论 , 满 堂 式支架无 疑走 合理 的施工方法 。 因为开平大桥河 面宽 阔 , 大部分 河槽基本 等探 , 故不影响通航 。 另外 , 桥的通航高度较 低 , ?奇潮水位以上仅? 。 ? , 河槽深度也仅有了 。 ? , 而且河床下匕? ?即为硬塑粘土 , 故而? ? ! 时欲和支架的结构较为简单 。 但假如这 些有利的因索部分或全邹不存在 , 这矛 ? , 施 工方 法就难以应用了 , 必须探求 一种新 的施工方法 , ?而结构设计需相适应 。 ? 笔者顺应前文提及的设计单位构思的第一种施工方 法 , 提出如下设 想 ? 技前述的第一种方 法 , 先完成 中问箱体 、 端横梁 、 拱和吊杆 , 使之 成为一个受力体 系 , 然后以这个体系为依托 , 用双悬臂挂篮逐根浇筑两边 的横梁 , 并施加预 应力 , 最后 利用横梁悬挂 摸板支撑浇筑其 他的中纵梁 、 边纵梁和箱体底 板 、 顶板