中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074

1 工程概況

文章的案例橋梁為湖北省咸寧大洲湖環(huán)湖北路1號(hào)橋，環(huán)湖北路起于桂鄉(xiāng)大道，自西往東下穿官埠大橋后，終點(diǎn)與在建的官埠大道平面交叉，設(shè)計(jì)范圍內(nèi)道路全長(zhǎng)為3.115km，樁號(hào)范圍為K5+669.931—K8+785。在K7+140處新建環(huán)湖路1號(hào)橋，橋長(zhǎng)65m。環(huán)湖北路1號(hào)橋采用上承式飛鳥拱，共有3跨，跨徑分別為20m、25m、20m。

在該工程施工過程中，由于碗扣式滿堂支架節(jié)點(diǎn)可靠性好，因此可結(jié)合扣件式支架使用，更利于構(gòu)造該橋所需的曲線線性?；诖耍┕挝贿x用碗扣式滿堂支架來對(duì)全橋拱圈同步進(jìn)行支架的搭設(shè)、模板的安裝和鋼筋的綁扎與混凝土的澆筑等工作。

2 設(shè)置預(yù)拱度的重要性

2.1 橋梁的下?lián)献冃?/h3>

橋梁一般分為上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)兩部分。其中，橋梁的上部結(jié)構(gòu)在受到以下因素的影響時(shí)，會(huì)產(chǎn)生下?lián)献冃危海?）當(dāng)腳手架在承擔(dān)施工荷載時(shí)，所引起的彈性變形；（2）部分超靜定結(jié)構(gòu)橋梁在組成結(jié)構(gòu)的混凝土產(chǎn)生收縮和徐變時(shí)產(chǎn)生的下?lián)隙?；?）桿件接頭的擠壓、卸落設(shè)備時(shí)的壓縮等產(chǎn)生的塑性變形；（4）腳手架基礎(chǔ)、支架基礎(chǔ)在承受荷載后發(fā)生的沉降；（5）橋梁內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力鋼筋在張拉后，備份的預(yù)應(yīng)力會(huì)有不同程度的流失，預(yù)應(yīng)力的改變也會(huì)對(duì)橋梁的下?lián)铣潭犬a(chǎn)生不利影響[1]。

2.2 實(shí)際通車后會(huì)產(chǎn)生變化

在實(shí)際通車后，交通流量增大、部分車輛在駛上橋面時(shí)超載、橋的主體結(jié)構(gòu)逐漸老化等原因，都會(huì)造成橋梁上部結(jié)構(gòu)的下?lián)铣潭冗M(jìn)一步擴(kuò)大。為此，施工單位需在橋梁的施工過程中提前考慮上述因素并合理地設(shè)置預(yù)拱度，從而使橋梁線性符合要求，以保證全橋運(yùn)行的安全性。

2.3 混凝土彈性模量的實(shí)際與理論存在差異

在橋梁施工過程中，由于混凝土的實(shí)際彈性模量與理論彈性模量存在一定的差異，如理論重量與實(shí)際重量不同、收縮徐變理論值與實(shí)際值存在差別等，因此往往會(huì)導(dǎo)致在完成橋梁澆筑后，其結(jié)構(gòu)的線性和特性也隨之發(fā)生改變。

3 預(yù)拱度設(shè)置

3.1 預(yù)拱度的分類

（1）施工預(yù)拱度。設(shè)置施工預(yù)拱度主要是為了消除在施工過程中材料的理論性能與實(shí)際性能存在差異以及混凝土在養(yǎng)護(hù)過程中的徐變收縮等因素對(duì)全橋線性所造成的影響。在設(shè)置此類型預(yù)拱度時(shí)應(yīng)結(jié)合材料性能測(cè)試報(bào)告，充分考慮施工階段橋面所承受的荷載以及張拉鋼筋時(shí)的預(yù)應(yīng)力，從而設(shè)置合理的施工預(yù)拱度。

（2）成橋預(yù)拱度。設(shè)置成橋預(yù)拱度是為了消除后期運(yùn)營(yíng)階段預(yù)應(yīng)力損失和車輛超重等對(duì)橋梁下?lián)隙犬a(chǎn)生的不利影響。應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際交通情況和橋梁實(shí)際設(shè)計(jì)通車流量，嚴(yán)格按照規(guī)范計(jì)算全橋活荷載和恒荷載，并考慮各種不利工況，以此確定所要施加的成橋預(yù)拱度。

3.2 預(yù)拱度設(shè)置時(shí)存在的問題

（1）計(jì)算誤差。在設(shè)置橋面的預(yù)拱度時(shí)，需先對(duì)應(yīng)該施加的預(yù)拱度進(jìn)行計(jì)算分析。在計(jì)算過程中，工況考慮不周或氣候條件考慮得不全面都可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算預(yù)拱度時(shí)出現(xiàn)紕漏，使預(yù)拱度設(shè)計(jì)不準(zhǔn)。另外，由于在設(shè)置預(yù)拱度時(shí)各項(xiàng)安全系數(shù)、組合系數(shù)取值較大，因此會(huì)容易使預(yù)拱度設(shè)置過大，使成橋出現(xiàn)反拱，這同樣也不能滿足成橋的線型要求[2]。

（2）材料性能誤差。通常情況下，橋梁施工的材料性質(zhì)是無(wú)法完全保持一致的。這是因?yàn)?，?duì)于進(jìn)場(chǎng)材料的實(shí)際性能，以及預(yù)拱度設(shè)置時(shí)，所考慮的理論性能往往會(huì)存在一定的差異，該差異主要體現(xiàn)為彈性模量的誤差、抗壓強(qiáng)度的誤差、重量的誤差、收縮徐變的誤差以及溫度場(chǎng)變化的誤差等。上述誤差一定程度上導(dǎo)致了橋梁預(yù)拱度設(shè)置的不合理。

3.3 預(yù)拱度影響因素

（1）拆除臨時(shí)支撐的先后順序。在該橋梁的施工過程中，臨時(shí)支撐共有先拆除和后拆除兩種工況。①臨時(shí)支撐先行拆除工況。施工時(shí)橋面粱先在臨時(shí)支撐上進(jìn)行拼裝，在拼裝完成后拆除臨時(shí)支撐。②臨時(shí)支撐后拆除工況。這種工況對(duì)臨時(shí)支撐的拆除時(shí)機(jī)進(jìn)行了調(diào)整，首先對(duì)正彎矩區(qū)橋面板進(jìn)行混凝土澆筑，隨后拆除臨時(shí)支撐，最后對(duì)負(fù)彎矩區(qū)橋面板進(jìn)行混凝土澆筑。當(dāng)臨時(shí)支撐后拆除時(shí)，梁的跨中恒載撓度相較于臨時(shí)支撐先拆工況有所減小。

（2）混凝土收縮徐變。混凝土的收縮徐變?cè)谝话闱闆r下會(huì)在橋梁中跨的跨中引起結(jié)構(gòu)下?lián)?，?huì)使全橋的邊跨產(chǎn)生一定程度的上拱變形。根據(jù)實(shí)際橋梁構(gòu)造形式的不同，收縮徐變產(chǎn)生的撓度方向也可能存在一定的差異，因此在考慮收縮徐變時(shí)應(yīng)選用正確的受力模型，對(duì)于位于豎曲線上的橋梁，要預(yù)測(cè)理論收縮徐變的大小，視情況增減預(yù)拱度值，使竣工后的橋梁整體線型與豎曲線接近一致。

（3）地基沉降。該橋梁的跨度較大，橋梁自重恒載占全橋所受荷載的比重較大，因此在施工過程中同樣考慮到了地基沉降量對(duì)橋梁預(yù)拱度的影響。對(duì)此，在箱梁的支架和模板搭設(shè)完成后，應(yīng)重新調(diào)節(jié)模板標(biāo)高。若不考慮地基沉降值，會(huì)導(dǎo)致模板所在的橋面標(biāo)高出現(xiàn)問題，最終成橋線型無(wú)法滿足設(shè)計(jì)的整體線型要求[3]。

3.4 預(yù)拱度的設(shè)計(jì)方法

目前常用的橋梁預(yù)拱度設(shè)計(jì)方法有兩種：經(jīng)驗(yàn)曲線分配法和公式計(jì)算法。其中，公式計(jì)算法較為簡(jiǎn)便，但理論計(jì)算值可能與實(shí)際工程不符，后續(xù)還需不斷進(jìn)行調(diào)整，因此該橋梁在設(shè)置預(yù)拱度時(shí)選取經(jīng)驗(yàn)曲線分配法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

有關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和研究表明，上承式拱橋的最大預(yù)拱度通常取L/2000～L/1000，其中L表示橋梁跨徑。在確定最大預(yù)拱度之后，應(yīng)對(duì)不同跨徑上的預(yù)拱度進(jìn)行分配。當(dāng)采用二次拋物線對(duì)預(yù)拱度進(jìn)行分配時(shí)，分配結(jié)果通常與簡(jiǎn)支梁較為近似，對(duì)于文章論述的橋梁，計(jì)算結(jié)果存在一定偏差。因此，文章案例橋梁應(yīng)考慮采用余弦曲線對(duì)全橋進(jìn)行預(yù)拱度設(shè)置。預(yù)拱度余弦曲線方程如下：

式中：y為預(yù)拱度余弦曲線；L為中跨跨徑，m；fcs為中跨預(yù)拱度，cm；x為預(yù)應(yīng)力上拱度，cm。

在現(xiàn)階段施工條件下，一般在中跨合龍前使用梁體壓重或者頂推等方法，使橋墩墩頂在合龍前對(duì)邊跨有一定的預(yù)設(shè)值偏移量。因此在采用經(jīng)驗(yàn)曲線分配法時(shí)，可按式（1）進(jìn)行預(yù)拱度的設(shè)置，并結(jié)合實(shí)際施工時(shí)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行合理調(diào)整。

3.5 預(yù)拱度施工設(shè)置控制要點(diǎn)

（1）混凝土施工質(zhì)量控制。①選用正規(guī)供應(yīng)商提供的原料，在原材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)要加以檢驗(yàn)測(cè)試，確保各項(xiàng)材料都能達(dá)到指定的性能要求。②通過試驗(yàn)的方式確定合適的水灰比、骨料用量等，在有條件的情況下應(yīng)通過多種試驗(yàn)確定最為合適的配合比參數(shù)。③施工人員所用設(shè)備和施工人員自身的工作都應(yīng)滿足精度要求，施工前對(duì)機(jī)械設(shè)備做好檢修維保工作，做好對(duì)施工人員的安全意識(shí)管理，以既定的施工方案為指導(dǎo)完成作業(yè)。

（2）確定施工標(biāo)高。該橋梁施工控制的主要任務(wù)之一就是線型控制，而要想控制好橋梁線型，在計(jì)算出預(yù)拱度的值之后，應(yīng)確定好施工標(biāo)高。受施工荷載、溫差及地質(zhì)情況等因素的影響，通常應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)式（2）進(jìn)行多次調(diào)整，從而確定最佳高程。

式中：Hi實(shí)際為定位高程，cm；Hi為i點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高，cm；β為撓度結(jié)果，一般取0.5～0.6；fi預(yù)測(cè)高為預(yù)拱度，cm；Δfi為撓度調(diào)整值，mm。

（3）預(yù)拱度的動(dòng)態(tài)設(shè)置。在預(yù)拱度的動(dòng)態(tài)設(shè)置過程中，重要的控制要點(diǎn)是對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。在進(jìn)行支架預(yù)壓工作前，需采用有限元分析的方法對(duì)橋梁施工過程中的擾度值進(jìn)行模擬分析，該擾度值包括澆筑時(shí)的理論擾度值、拆模時(shí)的理論擾度值、二期恒載及收縮徐變的理論擾度值。若橋梁中含有預(yù)應(yīng)力鋼筋，還需計(jì)算張拉擾度值。

在此基礎(chǔ)上結(jié)合式（1），對(duì)整個(gè)施工過程中的支架和模板進(jìn)行調(diào)整。支架的預(yù)壓試驗(yàn)工序能較為準(zhǔn)確地獲得支架及模板的彈性變形數(shù)據(jù)，并通過適當(dāng)調(diào)整來消除非彈性變形的影響，還能通過試驗(yàn)獲得的變形規(guī)律來指導(dǎo)施工工作的順利進(jìn)行。

（4）確保模板工程質(zhì)量。在該橋梁施工過程中，底模采用光面竹膠板，膠板與橫向方木間用鐵釘釘牢，膠板間接縫粘貼密封條用于防止接縫漏漿。底模鋪好后，應(yīng)分別精確測(cè)量中線、邊線和標(biāo)高，標(biāo)注出各分段點(diǎn)和實(shí)心段位置，作為其他模板安裝的依據(jù)。側(cè)模選用18mm厚竹膠板，包裹于底模上，后背方木，方木后背豎向鋼管，在側(cè)模的上下側(cè)分別設(shè)置拉桿并扣于鋼管上，從而保持側(cè)模的穩(wěn)定。該橋梁的拱圈下半段走勢(shì)偏陡，為防止拱圈混凝土澆筑時(shí)下滑，還應(yīng)在該段拱圈上表面外封模板，外封模板的橫橋向每間隔1.5m布置一道空隙用于振搗，當(dāng)混凝土澆筑至此部位時(shí)，應(yīng)先做好模板封堵和加固，之后再進(jìn)行下一階段的澆筑。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在設(shè)置預(yù)拱度時(shí)，需要考慮的因素較多，設(shè)置過程中也可能會(huì)發(fā)生偏差，因此，需要綜合分析，有必要時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整預(yù)拱度。此外，還應(yīng)注重對(duì)施工質(zhì)量的控制，結(jié)合理論與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，共同確保橋梁線型滿足精度要求。