贝雷拱架在现浇拱桥施工中的应用及分析

范方润 陈海文 陈明华

（中交四航局第三工程有限公司，广东 湛江 524009）

拱桥在竖直荷载作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平推力，但有些拱桥桥墩设计并未考虑施工时产生的水平力，因此在选择拱桥施工方案时要求技术人员能分析支架方案对主体结构的作用力。拱桥的施工方法有很多，受制于拱桥所处的施工环境，市政工程中的拱桥施工方法与公路工程中的不同，以白驹大道改造及东延长线工程项目中拱桥施工为例，分析实际工程中应用的贝雷拱架的应用效果。

白驹大道改造及东延长线工程项目全线共设置桥梁4座，其中迈雅河桥及道孟桥上部构造为预应力混凝土空心板梁+板拱结构。迈雅河桥板拱部分为三跨圆弧拱桥，跨径为3m～16m，单幅宽16.25m，拱圈采用钢筋混凝土结构，矩形截面，拱圈厚0.55m，宽13m。中拱圈半径为9.51m，边拱圈半径为9.03m。迈雅河设计水位为2.19m，洪水位为2.31m，河道宽度50m，河底规划高程为1.17m，该河道水位较低，水流流速较缓。

一、施工条件及施工方法

工程施工条件主要包括两点，一是施工现场的环境，该工程中拱桥所跨越河流的设计水位虽低，但是河道宽度较大，且位处市区内，并不具备施工导流条件。场地土类型为软弱土至中软土，且软弱土层深厚，天然承载力差，因此做大面积地基处理比较困难。二是主体结构设计所考虑的工况，因该拱桥桥墩设计未考虑施工时产生的水平力，所以施工时每联拱桥中的各孔须对称施工，避免产生水平推力，对拱桥主体结构产生损害。

（一）满堂钢管支架支撑

满堂钢管支撑架是桥梁施工中的常用的支架形式，但满堂钢管支撑架要求大面积的稳固基础。在该工程中，若要应用满堂支架施工，须开展河段导流，现场并不具备施工导流的条件，且支架拆除方法的选择对拱桥受力影响较大，而满堂支架的支撑点较多，较难实现同时卸落，若是拆除方法选择不当，将会导致主体结构的损伤。因此，从现场实施条件及技术方法选择的层面考虑，满堂支架均不是最佳的技术方案。

（二）贝雷拱架支撑

通过前面的分析可知，在该工程的施工条件下，要求拱桥施工支架具有相关特点：支撑点少，不需要做大面积的地基处理；装拆方便，容易通过调整拆卸支架的顺序避免对拱桥产生水平推力；不需要做大量的临时结构加工，经济可行。考虑到321型贝雷片、型钢抗压抗拉性能较好，是作为拱桥施工支架的理想组件。因此，针对该工程设计一种贝雷拱架，该贝雷拱架由321型贝雷片和经过设计加工的钢架组装而成，贝雷片用两个分别固定在承台边的钢架连接。钢架由连接钢架、车轮装配、轨道及压板连接、纵梁、可调撑腿等组成。先安装固定纵梁，在纵梁下焊（连）接车轮装配，车轮装配下方安装轨道及压杆连接，在纵梁靠近支架内侧安装可调撑腿，用来支撑支架和调节支架高度。在纵梁和可调撑腿上焊接钢架。

二、贝雷拱架的安全性分析

（一）计算荷载分析

荷载是拱桥支架设计的关键因素，该工程贝雷拱架系统验算主要考虑的荷载为，混凝土荷载根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG T3650-2020）第5.2.6条，钢筋混凝土荷载取26kN/m3。

贝雷拱架上模板系统自重荷载根据所选用的模板种类及设计，确定模板系统自重。

人群及施工荷载根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG T3650-2020）第5.2.6条，人群及施工荷载按照相关要求确定：计算模板及直接支承模板的小楞时，均布荷载可取2.5kPa，另外以集中荷载2.5kN验算；计算直接支承小楞的梁和拱架时，均布荷载可取1.5kPa；计算支架立柱及支承拱架的其他结构构件时，均布荷载可取1.0kPa；有实际资料时按实际取值。

振捣混凝土时产生的荷载（作用范围在有效压头高度之内），对水平面模板为2.0kPa，对垂直面模板为4.0kPa。

（二）有限元计算分析及结果

拱架由321型贝雷片，联系杆件10#槽钢及由10#槽钢组拼而得的定尺异型桁架结构等组成，拱架片架间距900mm，可取单榀拱架并分析受力，将模板上面荷载转换等效成线荷载作用其上。

拱架线荷载标准值为：q=(0.55×26+3+2+2)×0.9=18kN/m，拱架自重由模型计入。

边界条件：拱架底部与底座一端三向铰接约束，另一端释放截面方向自由度。利用ansys11建模，模型及其上荷载布置如图1所示。

图1 迈雅河拱桥贝雷拱架图（单位：m）

强度、刚度分析结果如图2、图3所示，从图中可以看出，在基本组合作用(1.2×支架结构自重+1.4×支架结构施工荷载)下最大应力бmax=99MPa＜[б]=205MPa；在标准组合作用(1.0×支架结构自重+1.0×支架结构施工荷载)下最大竖向变形fmax=8.3mm＜[f]=32mm；验算均满足规范要求。

图2 支架应力云

图3 支架竖向应变云

三、贝雷拱架施工过程及控制要点

（一）施工思路

贝雷片加工运输到现场后，焊（连）接成型，进行试拼装。在承台中间浇筑10cm厚C20混凝土垫层并测量放线后，安装固定轨道及压杆连接、纵梁和可调撑腿，在施工现场将钢架和贝雷架分幅拼装组装完成，整体吊装就位。

在钢架和贝雷架上铺设12#槽钢，再在上面吊装拼接大拱圈底模，固定后预压，以消除支架之间的非弹性变形并预留支架的弹性变形量及设计预拱度。预压完成后再绑扎、焊（连）接大拱圈钢筋，和垫梁、拱上立柱、立墙、装饰墙钢筋焊（连）接完成后，吊装大拱圈侧模和压板，同时安装垫梁，拱上立柱模板。模板安装好检查无误后，单幅所有拱圈一次浇筑。

（二）贝雷支架安装施工工艺流程

浇筑垫层→贝雷架试拼装→测量放线→纵梁、车轮装配、轨道及压杆连接、可调撑腿安装→组装焊（连）接钢架和贝雷架→吊装钢架和贝雷架→焊接12#槽钢，贝雷拱架拆除时按照反向流程进行，以免出现不安全因素。

（三）贝雷拱架应用控制要点

将加工好的贝雷片运到平整场地，在每节贝雷片拼装时，将一节的阳头插入另一节的阴头后用螺栓连接起来，并在贝雷片下弦杆的法兰连接处插入两根钢管，用扣件扣在下弦杆上，保证法兰连接处的强度。

在承台中间浇筑10cm厚C15混凝土垫层，提高承载力，使其达到200kPa以上，用来支撑可调撑腿。

连接好的贝雷架使用三角钢架横联连接在一起形成一个整体，再将整体贝雷架吊装到两侧的钢架上进行组装并固定好，保证两侧贝雷架的间距，须做到轻吊轻放。检查贝雷拱架的焊接，螺栓连接及扣件连接，保证贝雷架的焊接质量及螺栓扣件连接牢固。最后在贝雷架上焊接12槽钢，间距1200mm，可根据现场要求增加三角砌块以满足弦高要求。

贝雷拱架在安装过程中安装误差、松紧程度对拱架在施工中的变形影响较大，为了消除这些影响因素并对拱架的安全性进行验证，对贝雷拱架采取堆载预压措施，通过堆载可以消除非弹性变形并获得拱架在主拱圈混凝土荷载下的弹性变形值，这也是施工预拱值的重要参考依据。贝雷拱架在拼装完成并观测24h，如拱架无异常情况，即可预压，预压时按照荷载的120%计算。

四、结语

贝雷拱架利用321型贝雷片，10#槽钢等具有承载力大，构件轻巧、拼装方便快捷等优点，使用321型贝雷片为主的拱形支架设计，主要着力点在承台上，受桥下河流水位及地质情况因素影响较小。与满堂钢管支架方案相比，施工效率具有显著优势，且可节约支架用材，降低人工成本。

使用通用有限元软件ansys验算计算该贝雷拱架的强度、刚度，结果表明贝雷拱架的各项分析指标均能满足规范要求。在该项目中是分析单榀贝雷拱架的二维结构，贝雷架的横向性须通过构造措施保证，有条件可建立贝雷拱架组验算拱架的横向稳定性。