摘 要：采用三維數值模拟和現場監測的方法，探讨了貝雷鋼拱架上九跨連拱橋主拱圈施工控制措施。研究表明：貝雷鋼拱架在主拱圈混凝土縱向分段、對稱澆築過程中的應力和變形安全可控，并且底部安裝縱向水平拉杆可顯著降低拱架對墩身的水平推力，且張拉施加預應力後可有效提高鋼拱架剛度和減小鋼拱架豎向變形。同時，考慮貝雷片還可以周轉使用節約施工成本以及具有施工速度快的優點，貝雷拼裝鋼拱架是地形複雜的多山、河谷等不良施工條件下鋼筋混凝土拱橋的優選施工方案。

關鍵詞：鋼拱架;貝雷片;連拱橋;拱圈澆築;縱向分段;

施工方法是決定大跨徑鋼筋混凝土拱橋成敗關鍵的技術因素，目前針對大跨度鋼筋混凝土拱橋施工技術的研究還較少。劉海闊[1]采用Midas軟件對滿堂支架現澆上承式鋼筋混凝土空腹式箱形拱橋落架施工方法進行數值分析，提出了一種将一次性落架與循環落架結合的落架方法。梁遠祿等[2]研究了太平湖大橋施工中采用的無支架纜索吊裝施工技術。田複之等[3]針對某淨跨120 m鋼筋混凝土箱型拱橋詳細闡述了采用纜索吊裝系統懸拼鋼拱架以及在其上進行模闆、鋼筋安裝并現澆主拱圈混凝土的施工工藝。王偉等[4]則針對兩河口水電站密瓦段Ⅶ标折多溝大橋提出了常備式鋼拱架安拆施工技術。然而，在地形複雜的多山、河谷等地區，采用大型起吊設備吊裝或者搭設滿堂鋼管支撐架進行大跨徑橋梁的施工存在諸多困難，常需要采用纜索吊拼裝貝雷梁架設拱架實現複雜條件下拱橋的施工。程灏[5]以西南地區某單箱雙室鋼筋混凝土箱形拱橋為工程實例，通過有限元模型對貝雷梁懸拼鋼拱架在澆築過程中的受力狀态進行分析，對拱圈分段澆築長度、順序進行優化。王夢龍[6]結合上海某公路立交橋，簡要介紹了跨航道拱橋施工中貝雷支架的設計方案和其受力分析方法。葉乃兵[7]針對金溫鐵路大溪大橋施工技術分析表明貝雷梁支架對跨河、跨路等大跨度梁體結構施工提供了有利的支撐措施，且具有支架搭設速度快，經濟效益高等特點。李中奎等[8]依托甯波G228陸埠互通及S319丈亭互通主橋建設工程研究表明，采用貝雷片 支架施工方案，可以提高整體大臨結構的強度、剛度、穩定性。由以上分析可見，采用貝雷鋼拱架完成拱橋施工的工藝特點分析仍不完善，澆築混凝土過程中鋼拱架的受力及變形特點仍不清楚，鑒于此，有必要結合現場監測和數值模拟進一步開展貝雷鋼拱架上鋼筋混凝土拱橋施工控制研究。

伊犁河新一橋位于新疆伊犁哈薩克自治州伊犁河谷風景旅遊區中心，結構形式為九跨空腹式鋼筋混凝土闆拱橋，跨徑布置為12 m 9×31.74 m 12 m=309.66 m, 雙向6車道。主拱圈采用現澆鋼筋混凝土闆拱，拱闆等截面厚度0.7 m, 采用懸鍊線拱軸線，拱軸系數取1.5,淨跨徑30 m, 淨高5.0 m。墩柱外形與舊橋保持一緻，采用實心鋼筋混凝土矩形墩柱，墩頂寬1.9 m, 墩底寬2.24 m, 墩高5.5 m, 截面變化斜率1∶30。端部采用橢圓弧斷面，上遊迎水面設置破冰棱。3、6 号墩為制動墩，基礎采用雙排直徑1.5 m 樁基礎，每排布置7根樁，樁間距4.25 m, 排間距4.0 m, 承台厚度2.3 m; 其他墩為非制動墩，基礎采用雙排直徑1.2 m 樁基礎，每排布置7根樁，樁間距4.25 m, 排間距3.2 m, 承台厚度2.0 m。伊犁河大橋結構圖如圖1所示。

主拱圈施工采用貝雷片拼裝鋼拱架來完成。鋼拱架采用标準貝雷片與特制異型件拼裝而成，順橋向拱架以折線形式連接模拟主拱圈的曲線特征。鋼拱架基本節段分為拱腳節段、标準節段、異型連接件、拉杆等組成，節段間下弦杆通過貝雷銷直接連接，上弦杆采用特制異型連接件和貝雷銷連接。鋼拱架橫向共32榀，橫向連接采用90型貝雷支撐架，順橋向共有拱腳節段2片、标準節段9片，鋼拱架底部每兩榀拱架間安裝縱向水平ϕ32 mm精軋螺紋鋼筋拉杆，每跨16根，如圖2～圖4所示。鋼拱架拱座立柱采用8根ϕ630 mm×10 mm螺旋管焊接在承台頂部橫橋向預埋好的鋼闆上，立柱之間采用[14槽鋼焊接成剪刀撐，加強橫向穩定性。鋼拱架吊裝前，安裝分配梁、拱腳節段的剛性支撐。利用墩身施工預留的ϕ16 mm精軋螺紋鋼筋拉杆在墩身每側固定[20a槽鋼，分配梁與[20a槽鋼之間采用12号工字鋼支撐并焊接牢固。每榀拱腳節段下弦杆與墩身預埋鋼闆之間同樣采用12号工字鋼設置剛性支撐。

圖1 伊犁河大橋布置

單位：m

圖2 單跨鋼拱架立面構造

圖3 單跨鋼拱架橫向構造

單位：mm

圖4 鋼拱架完成拼裝

主拱圈主要施工工藝流程為：安裝ϕ630 mm×10 mm鋼管柱→安裝3I40工字鋼蓋梁→安裝千斤頂及2I20工字鋼豎向支撐→鋼拱架拼裝及吊裝→安裝2I10工字鋼縱向支撐→安裝精軋螺紋鋼筋及張拉預應力→安裝2I12工字鋼橫向支撐→鋪10 cm×10 cm方木→鋼拱架預壓→木楔子調節主拱圈線形→安裝底模→綁紮鋼筋→側模安裝→混凝土澆築→混凝土養生→鋼拱架落架。其中，關鍵施工過程工藝要點如下。

鋼拱架先在硬化場地進行預拼，按照鋼拱架設計線形在場地放出鋼拱架大樣，從鋼拱架一端拱腳向另一端拱腳依次拼裝。靠近拱腳部位的貝雷片與特制鋼拱腳通過貝雷銷子連接，中間各貝雷片之間上弦杆通過特制異型件與貝雷銷子連接，下弦杆用貝雷銷子直接連接。拼裝完成1榀鋼拱架之後，再拼裝另外一榀。每兩榀為1組，通過貝雷花架連接。每組鋼拱架拱腳橫向部位安裝雙拼I12a工字鋼，并在雙拼I12a工字鋼背楞安裝ϕ32 mm精軋螺紋鋼筋拉杆，形成弓弦形體系。然後采用履帶吊運至現場安裝。

由于橋梁橫向寬度較大，起吊設備無法将鋼拱架直接吊裝至設計位置最遠端，兩榀拱架拼成一組，用履帶吊吊裝至鋼拱架平移裝置上，一次吊裝4組即8榀鋼拱架，各組間橫向采用支撐架聯結，上下遊各設置4組臨時纜風繩。

平移裝置力求簡便實用，采用ϕ20 mm滾軸、ϕ40 mm滾輪及12号工字鋼托闆組成。滾軸嵌入工字鋼内5 mm并固結，滑車長度為6.5 m(8榀拱架寬度為6.3 m),滾輪橫橋向間距0.9 m。滾軸兩端設置限位裝置，防止平移方向偏離。平移時采用5 t手拉葫蘆拉動滑車托闆行進。

待鋼拱架安裝固定後，在拱腳節段下弦杆末端安裝橫梁用以錨固水平拉杆，每一組鋼拱架安裝縱向水平ϕ32 mm精軋螺紋鋼筋拉杆，每跨16根。張拉時，按照橫向對稱原則進行，保證每根水平拉杆受力一緻。

待混凝土強度達到設計強度的100%後，先将拱座千斤頂安裝就位，割除拱腳節段與墩身間的剛性支撐，然後割除2I36a分配梁與3I40a分配梁之間的剛性支撐，按照橫向對稱、兩拱腳對稱的原則進行支撐的拆除，保證拱圈混凝土與拱架受力平衡，防止橫向、縱向受力不均。鋼拱架卸落時，将鋼拱架與上橫梁固定，卸落裝置與下橫梁固定，卸落時采用的滑移小車與鋼拱架安裝時采用的滑動小車相同，不同之處是将滑動車上下翻轉180°。

大跨徑混凝土拱橋利用貝雷梁懸拼鋼拱架進行拱圈澆築過程中，拱圈的縱向分段長度、分段澆築順序将直接影響拱架在施工過程中的變形及應力，進而影響整個拱橋結構的成橋狀态。拱圈混凝土澆築采用縱向上分為長度相當于拱腳段(2段)、拱頂段(1段)、中間段(2段)的分段澆築方案，澆築時先澆築拱腳段，然後澆築拱頂段，最後澆築中間段。其中拱腳段澆築方向為從下往上，拱頂段澆築方向為從拱圈兩岸往正中方向對稱進行，中間段澆築方向是從3L/16向3L/8位置澆築，如圖5所示。

圖5 主拱圈混凝土分段澆築順序示意

為了控制拱圈混凝土縱向分段澆築鋼拱架拱頂及拱腳會産生較大的變形，采用有限元軟件Midas建立圖6所示的三維模型對其受力及變形特征進行分析，設計工況及計算荷載如表1所示，各工況鋼拱架加載見圖7。

由圖7可見，鋼拱架各杆件在工況三(滿載)作用下所受内力及變形最大，豎向最大變形為2 cm, 各構件受力計算及驗算結果見表2。由表2可見，鋼拱架在工況三(滿載)作用下，各構件應力均未超過規範允許值，安全性能滿足要求。因此，采用縱向、橫向對稱、均衡的原則實施拱圈混凝土縱向分段澆築方案可以确保鋼拱架的安全及主拱圈混凝土澆築質量。

圖6 鋼拱架計算模型

表1 鋼拱架計算工況及荷載組合

圖7 鋼拱架加載模型

表2 鋼拱架杆件應力彙總

在數值模拟論證拱圈混凝土縱向分段澆築方案的基礎上，施工過程中對鋼拱架受力及變形進行現場監測。在鋼拱架拱腳處及L/8、L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/4、7L/8共7個斷面每側分别設置2個變形監測點，共設置14個監測點。在鋼拱架的拱腳處、拱頂處、L/4 處、3L/4 處以及水平拉杆、拱腳與墩身間剛性支撐處設置應力監測點，每個截面上下弦杆分别設置1個應力監測點，鋼拱架共設置10個應力監測點。變形及應力監測點布置如圖8所示。

圖8 鋼拱架現場監測斷面布置

由圖9可見，按照縱向分段方案進行主拱圈混凝土澆築過程中，各工況鋼拱架變形規律與有限元計算的變形規律基本保持一緻，個别工況鋼拱架變形的差異主要是因為主拱圈混凝土澆築時左右側未能完全同時對稱澆築而産生的施工誤差造成的，得到的左側鋼拱架變形為-19～17 mm, 右側拱架為-21～10 mm, 均小于規範允許值33 mm。

由圖10可見，按照縱向分段方案進行主拱圈混凝土澆築過程中，各工況鋼拱架應力變化規律與有限元計算得到的應力變化規律基本相符，各工況鋼拱架上弦杆應力為-257.1～-3 MPa, 拱架下弦杆應力為-169～-15 MPa, 以壓應力為主，均小于規範允許值275 MPa。

另外，為降低鋼拱架對橋墩的水平推力，在每兩榀拱架底部之間安裝16根縱向ϕ32 mm精軋螺紋鋼筋水平拉杆，組成弓弦形支架，每個拉杆分擔的水平拉力為61.3 kN,則16根ϕ32精軋螺紋鋼筋承受的水平推力為61.3×16=980.8 kN,每一個橫向支撐的水平推力最大為214.3 kN。鋼拱架對橋墩的水平推力為214.3×32=6 857.6 kN,實測每個橋墩最大水平推力為8 567.1 kN,小于橋墩最大水平抗力30 100 kN,顯然在拱架底部增設水平拉杆形成弓弦形支架的方案滿足設計要求。

圖9 鋼拱架變形監測結果

本文針對貝雷鋼拱架在伊犁河大橋九跨連拱橋中應用的工程背景，提出了主拱圈及其混凝土縱向分段澆築施工方案，然後結合有限元數值模拟和現場監測對比分析，對主拱圈混凝土澆築過程鋼拱架的受力和變形特征進行了深入分析。

圖10 鋼拱架受力監測結果

(1) 拼裝式貝雷鋼拱架在主拱圈澆築過程中各工況應力和變形均滿足規範要求，為主拱圈的成功澆築提供了保證條件。

(2) 主拱圈混凝土施工應左右兩側同時、對稱均勻澆築，以免澆築不均勻而導緻鋼拱架局部應力和變形出現異常情況，危及鋼拱架的安全。同時，應保證主拱圈澆築混凝土連續施工，避免形成冷縫，導緻混凝土的整體性及局部強度降低。

(3)鋼拱架底部拱腳之間安裝縱向水平拉杆組成弓弦形支架，水平拉杆分擔了鋼拱架水平力，大大減小了鋼拱架對墩身的水平推力，提高主拱圈安全性。鋼拱架安裝完成後，對拉杆張拉，施加預應力，可以有效提高鋼拱架剛度，減小鋼拱架豎向變形，确保施工質量。

[1] 劉海闊.滿堂支架現澆上承式鋼筋混凝土空腹式箱形拱橋落架分析[J].施工技術，2017,46 (s1):836-840.

[2] 梁遠祿，陳慶志.無支架纜索吊裝施工技術在大跨度鋼管桁架提籃拱橋中的應用[J].公路，2017,(12) :151-154.

[3] 田複之，賴光輝.大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋主拱圈鋼拱架施工技術[J].黑龍江交通科技，2019,(10):121-123.

[4] 王偉，張朋崗.大跨徑拱橋常備式鋼拱架安拆施工技術[J].四川水力發電，2020,39(5):131-135.

[5] 程灏.現澆鋼筋混凝土拱圈分段澆築長度與順序對懸拼鋼拱架的影響及優化研究[J].中外公路，2016,36(3):162-168.

[6] 王夢龍.貝雷支架在跨航道拱橋施工中的應用[J].山西建築，2016,42(23):168-170.

[7] 葉乃兵.鋼管貝雷梁支架在下承式提籃拱橋施工中的應用[J].江西建材，2017,(20):137-138.

[8] 李中奎，邢朝偉.基于MIDAS 的現澆貝雷片 支架計算分析[J].交通世界，2021,(17):124-126.

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