双曲拱桥的设计与施工

摘 要　阐述了双曲拱桥的设计理论,并对设计及施工等各个环节进行详细研究,以期为双曲拱桥设计提供参考.

关 键 词　双曲拱桥；设计；施工

中图分类号　U442.5文献标识码A文章编号1007-5739（2012）17-0214-02

1双曲拱桥的设计

1.1计算理论的采用

双曲拱桥是介于板拱与肋拱之间的一种新的推力结构形式,拱圈的工作状态基本上处于弹性受力阶段,故整个计算理论仍然采用弹性理论.各种外力考虑曲拱圈单独承受,拱圈内力按无铰拱（个别按双铰拱、三铰拱）计算,断面应力按圬工计算.当抗应力和偏心距均超过圬工允许值时全断面含筋率达到钢筋砼构件标准时,则按钢筋砼验标应力.另外,由于温度应力混凝土收缩和徐变影响等因素,结构强度上应留有一定的潜力储备,所以采用弹性理论的设计是必要的.

1.2矢跨比的选择

应用矢跨比应根据地形条件、地质情况、净空要求和施工方便、单跨或多跨、大跨或小跨、等跨或不等跨、空腹或实腹等多种因素综合考虑.从结构应力来看,矢跨比小则弹性压缩,砼收缩和温度附加力均较大,对拱圈不利.矢跨比减小后水平力的增加要比垂直反力的减小迅速得多.因此,坦拱对墩台受力来说是明显不利的,尤其是当地基不好时则导致较大的位移.反过来又对拱圈产生不利因素,根据营口地区公路桥矢跨比,多选用1/8～1/5.从拱的纵向稳定考虑,拱过坦或过陡不利.

1.3拱轴线型选择与拱轴系数M值的确定

一是基本线型选择原则.营口地区拱圈形式有圆弧线、悬链线、高次抛物线3种线型,不论哪种线型都应满足以下2个条件：①谋求与恒载压力线（三铰拱压力线）基本相吻合的轴线,就是要使拱桥在自重作用下尽可能地处于均匀受压的状态,尽量避免弯曲应力的出现,保证主拱稳定.②保证施工方便,节省材料.二是拱轴系数M值的确定.根据拱桥使用情况看,有裂纹的多在拱顶下缘,M值的增加对正弯距控制的拱顶断面不利,因此应着重控制拱顶正弯距,选用较小的拱轴系数M值是有利的.如果设计时选用较大的M值,将使裸肋、裸拱在施工过程中产生较大偏心,受力不利.增加施工的加载困难,甚至威胁施工安全.

1.4拱圈截面型式的选择

一是合理分配断面刚度.平板式拱圈断面,横向刚度不均匀,在砼收缩作用下,波顶（厚度较小）容易产生纵向裂纹,波形断面上下刚度均匀,选用拱波矢跨比1/5～1/3L.二是拱肋断长型式与肋波板的连接.为了保证拱的整体性,防止水平裂纹出现,采用设剪力筋、剪力槽.拱波、拱脚或采用Ⅰ型凹型拱肋比较好.三是砼标号的采用.砼收缩差、温度差的附加力,对拱桥整体强度影响很大.因此,肋波板的砼标号尽量接近,同时水泥标号控制在32.5级以上,以减少收缩变形.

1.5钢筋的布置

一是拱肋布筋.拱肋主筋直径不宜采用过大,选用Φ18～22为好,最好用螺纹筋增加粘结力,有些肋纵向裂纹,中间比上下缘宽,是砼收缩所致.因此,当肋高度大时,应设一定数量的防收缩纵筋.二是肋背描固筋.应选用Φ10～14、间距30cm门型锚筋,过去采用的单筋,因施工中妨碍操作弄弯作用不大,如果采用门型对板波肋结合强度,对防止环向裂纹大有好处.三是拱板布筋.在拱脚至第1排立柱处,应设抗拉钢筋,或在拱脚一段（至第1排立柱）和拱顶一段布置钢筋方格网较好.

1.6加强横向联系

拱顶和1/4点荷载横向分布是不均匀的,桥越宽越不均匀,过去不采用横向拉杆,使用效果不好,对大中型桥更不适宜,在拱顶、腹拱墩下、分段吊装处、拱肋接头处应采用横隔板.

1.7拱上构造

一是腹拱型式.选用偏于轻型,以利于拱轴系数M值的降低.立柱与横墙式比较,横墙式较好,开裂较少.二是腹拱跨度.腹拱跨度选用不宜过大,为主拱1/8～1/5,其比值随主拱跨度增大而减少.三是拱顶填料.拱顶填料应根据活载作用及地基情况来定,如果地基很好,为了减少活载冲击影响和有利于活载分布或予留拱度,在早期不能完成情况下,应填一些轻质材料.如果地基不好,为了减少地基的负担,拱顶填料应尽量减薄.四是预留拱度设置.影响拱圈下沉的因素很多,必须把预留拱度这个问题处理好,一般按Δf等于（L/800）～（L/600）设置预留拱度.另外,双拱桥在水平位移、温度变化影响下,拱脚下第1个腹拱反映最为灵敏.因此,在靠近桥墩（台）的孔应作为三铰拱,并在拱脚处铰上侧墙设置伸缩缝与墩台分开.

1.8下部构造

在软土地基建设双曲拱桥拱脚位置对桥的受力情况有很大影响,落脚点过高,桥台容易向岸方转动,落脚建过低桥台容易向河心转动,此2种情况对双曲桥都很不利.根据外地经验把拱脚放在桥台高度的1/4～1/3处就能使桥台本身转动较小,而使桥台基低压力分布比较均匀（当然要看具体条件）,让作用在桥台上的力互相平衡制约,并与桥头接

线等因素综合考虑.在软土地基上采用空腹L型桥台比较好,此种桥台能充分利用台背和台底面积,发挥土抗力和摩阻力的作用,由于桥台内部挖空,又加了撑墙,故刚性较大,自重轻.

2双曲拱桥施工

预制双曲拱桥在结构上的特点之一是将结构化整为零,分成许多单一的物件,再将各部构件化零为整,联结为整体的拱形结构.因此,对弯形较敏感,特别在施工中更为明显,有些拱桥发生事故,大都是未掌握规律而盲目施工造成的.因此,预制双曲拱桥施工是关键的一环,在施工中应注意下列各项工序.

2.1注意规格尺寸及台背填土

注意各部位的规格尺寸、高程,尤其是拱肋与基础位置,横隔墙高等主要物件的规格尺寸位置；填筑台背土,应选用含水量适量的好土,填土应20～30cm为1层,夯2～3遍,密度可达85%～90%.新老土搭接处挖成台阶形,如果天然地面低、填土高时,填土夯实长度宜长.实践证明,如果桥台施工处理不好,水平位移不均匀,沉陷角转动就会发生,就会使拱曲线变形导致主拱发生事故,有不少这样的教训,土壤压缩需要较长时间才能完成.因此,必须严格掌握台背填土,切忌大意.2.2拱波拱肋预制施工

一般主拱圈施工有3种方法：搭设支架就地浇注拱肋；预制拱肋拱波在简易支架上拼装；预制拱肋拱波无支架拼装.以上3种方法各有利弊,要根据具体情况确定.一是拱肋的预制.①跨度大的,吊装设备能力差的,拱肋预制最好分段预制[1].好处是运输中吊起时不容易发生事故,缺点是做结构安装费时.②预制方法有立式、卧式2种,卧式是把拱肋立面平卧在场地浇注,优点是尺寸容易掌握,预制质量高.缺点是拱肋翻身、起吊不方便,易发生裂缝,影响拱肋质量.立式需做拱型木,做拱胎,好处是起吊不翻身.不论选用哪种方法预制都必须保证尺寸的准确.分段衔接要吻合,并且要编号,防止安装错误.另外,拱肋预制不宜采用土模,因为土模不容易掌握肋行和尺寸,拱肋容易变形,严重时产生横向失稳[2].拱肋在预制时,选用场地必须考虑吊装方法,如果采用悬索吊,预制时应顺桥向排列,防止转角费时.也要精确计算分段长度,预留拱度要按抛物线分配或按拱轴线坐标分数分配.二是拱波预制.拱波预制采用的模有木模、钢模、土模3种,钢模比较好,不易变形,操作方便,浇注时采用干硬性砼,可以随时脱模,产量高[3].

2.3主拱圈的施工

一是吊装.从预制拱肋现场到起吊点的拱肋运输,应注意拱肋的损伤,最好采用悬索运输或用粗圆木做成地盘,引至预定地点然后用“人”字杆固定,再均匀慢速起吊.吊点在1/4点左右（运输时在拱1/4处用圆木加固）,保证拱肋平稳上升；当吊起至设计高度后,将两脚插入拱座预留孔内,并用经纬仪、水准仪校正拱轴线,固定死拱脚[4].安装好横系梁,一次浇注拱座砼封脚,待砼达到75%强度时开始砌筑拱波.二是加载.拱肋在施工中加载是拱桥施工最关键的一环.由于加载顺序不合理,可能会发生工程事故.在加载过程中,同一孔必须均衡对称.尽量使压力线接近拱轴线,尽量使其变形小和避免出现反复的反向变形.在拱波填平层,拱板每一环加载过程中,在拱顶4个节间左右范围内空一段,等下一段拱脚砌一段后再合拢.

3参考文献

[1]袁厚农.双悬臂带挂孔桥梁的设计[J].江苏交通工程,1995（4）：24-27.

[2]吴维忠,陈宏宝.金塘大桥主通航孔桥基础施工平台的设计与施工[J].公路,2009（1）：154-160.

[3]李正江,黄俊斌,张必准,等.金塘大桥西通航孔桥设计[J].桥梁建设,2009（1）：40-43.

[4]方世乐,郭范围,马春生,等.广东伶仃洋大桥方案设计介绍[J].广东公路交通,2000（1）：5-12.