摘要：懸鏈線拱肋施工是在橋梁施工中應(yīng)用比較廣泛的一種技術(shù)，本文結(jié)合澧河大橋的工程實(shí)例，對(duì)懸鏈線拱肋施工測(cè)量特點(diǎn)與難點(diǎn)以及具體的施工方案和技術(shù)等方面進(jìn)行了分析研究。
　　關(guān)鍵詞：澧河大橋懸鏈線拱肋施工;特點(diǎn);原理;技術(shù)
　　Abstract: Rib construction of the catenary is used widely in bridge construction technology, this paper combine with the Li River Bridge project examples, analyzed the catenary rib construction of measurement characteristics and difficulties as well as specific construction program and technology.
　　Key words: Li River Bridge catenary arch rib construction; characteristics; principle; technology
　　中圖分類號(hào)：TU195+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-2104(2012)03-0020-02
　　一、工程概況
　　澧河大橋位于漯河市區(qū)西南部，起點(diǎn)位于太行山路澧河北岸河堤，終點(diǎn)位于澧河南岸河堤，與澧河河道基本正交。兩端橋頭與南北兩側(cè)的現(xiàn)有道路銜接。
　　澧河大橋?yàn)?20m空心板+3x64上承式箱型肋式拱橋+4x20m空心板)，橋梁全長(zhǎng)297.12m。橋面寬30m，由上、下引分離，寬度為14.85m的兩個(gè)相互獨(dú)立的3孔拱橋或引橋組成。主橋橋面板及引橋主梁采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，下部2、3號(hào)橋墩采用矩形實(shí)體墩，其余用柱式墩、肋板式橋臺(tái)。為了抵消拱腳水平推力，在1、4號(hào)橋墩拱腳處設(shè)置抗推沉井，沉井采用鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)。
　　主拱的原施工方案為：箱型肋式拱采用工廠分段預(yù)制，纜索安裝拱肋，橋墩處對(duì)稱施工，合攏后形成多孔拱肋，然后進(jìn)行現(xiàn)澆接縫及肋間橫系梁、拱上建筑、橋面板等的施工。施工工藝復(fù)雜，施工精度及施工控制要求較高，尤其是主橋纜索施工期間，施工時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大，考慮到工期影響及施工風(fēng)險(xiǎn)，我單位提出將主橋施工方案由預(yù)制吊裝方案改為滿堂支架現(xiàn)澆方案，并提出了滿堂支架現(xiàn)澆型拱肋砼施工方案。對(duì)此，甲方組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位等部門進(jìn)行了專門的會(huì)議討論。會(huì)議最后決定，將拱肋施工方案改為滿堂支架現(xiàn)澆方案。
　　二、測(cè)量控制的特點(diǎn)與難點(diǎn)
　　澧河大橋采用單孔凈跨60m的箱型鋼筋混凝土上承式拱，共3跨，凈矢跨比為1/6，主拱軸線為無(wú)鉸懸鏈線，拱軸系數(shù)m=1.926。拱肋為等截面鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)，橫橋向共4道箱肋(每幅橋2道)。箱肋1.4m等高度，頂?shù)装蹇倢?.5m。拱肋拱頂預(yù)拱度為=L/800=7.5cm，其余各點(diǎn)預(yù)拱度按照二次拋物線進(jìn)行分配。
　　該拱橋跨徑、矢高都較大，因是跨河施工，現(xiàn)場(chǎng)控制難度也較大，澆筑方案變更為現(xiàn)澆后，需在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制的要點(diǎn)、難點(diǎn)、精度等都大大增加，可以說(shuō)大橋的拱肋測(cè)量為大橋測(cè)量中重點(diǎn)，為了減少測(cè)量成本，提高測(cè)量效率，在充分利用工地現(xiàn)有測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)上并結(jié)合拱肋施工的所有工序進(jìn)行優(yōu)化分析后，制定了如下測(cè)量計(jì)算方案：
　　1、 用excel軟件編制程序表格計(jì)算拱肋數(shù)據(jù)，再在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)放1：1地胎大樣，比照大樣對(duì)拱肋上的各種模板進(jìn)行加工制作;
　　2、 在卡西歐4850計(jì)算器上編制拱肋施工測(cè)量程序，用以配合拓普康102N全站儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制;
　　3、 用autocad軟件繪制1：1比例拱肋圖，來(lái)復(fù)核驗(yàn)算編好的excel表格程序及在卡西歐4850上編好的測(cè)量程序。同時(shí)還可以輔助計(jì)算拱肋上不宜計(jì)算的數(shù)據(jù)。
　　三、方案實(shí)施
　　1、內(nèi)業(yè)計(jì)算
　　l 拱肋計(jì)算主要數(shù)學(xué)模型：
　　拱軸懸鏈線計(jì)算公式：Y=f/(m-1)*(ch(k*ξ)-1)
　　拱軸預(yù)拱度計(jì)算公式：△F=-△f (1-4X2/L2)
　　拱軸任一點(diǎn)水平傾角：φ=argtg(2fKshKξ/L/(m-1))
　　其中：拱軸系數(shù)m=1.926 計(jì)算矢高f=10.141
　　預(yù)拱度△f=0.075 計(jì)算跨徑L=60.843
　　系數(shù)ξ=X/(L/2)
　　l 編制Excel輔助計(jì)算程序表格(表格見(jiàn)后附表1)
　　表格中的相對(duì)坐標(biāo)系是以沒(méi)設(shè)預(yù)拱度的拱軸跨中為原點(diǎn)，水平指向拱腳的方向設(shè)為X正方向,豎直指向地面的方向設(shè)為Y的正方向。在進(jìn)行地胎放大樣和計(jì)算腳手架架高尺寸時(shí)表格中的數(shù)據(jù)可以根據(jù)實(shí)際需要而方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)加減調(diào)整。

漯    河    市    澧    河    大    橋    拱    圈    相    對(duì)    坐    標(biāo)    計(jì)    算    表
		拱頂						1/4L						拱腳
	N	0	1'	2'	3'	4'	5'	6'	7'	8'	9'	10'	11'	12'
1/2計(jì)算跨徑	L/2	30.4215
失跨比	R	1/6
計(jì)算失高	f	10.1410
設(shè)計(jì)拱軸系數(shù)	m	1.9260
拱圈厚度	D	1.4000
拱頂預(yù)拱度	Δf=L/800	0.0750
K系數(shù)	k=ln(m+(m^2-1)^0.5)	1.2731
橫坐標(biāo)	X=L*N/24	0.0000	2.5351	5.0703	7.6054	10.1405	12.6756	15.2108	17.7459	20.2810	22.8161	25.3513	27.8864	30.4215
ξ系數(shù)	ξ=X/(L/2)	0.0000	0.0833	0.1667	0.2500	0.3333	0.4167	0.5000	0.5833	0.6667	0.7500	0.8333	0.9167	1.0000
拱軸上任點(diǎn)水平傾角	φ=argtg(2fKshKξ/L/(m-1))	0.0000	2.7890	5.5961	8.4383	11.3315	14.2888	17.3205	20.4323	23.6254	26.8952	30.2313	33.6173	37.0313
未設(shè)預(yù)拱度拱軸縱坐標(biāo)	y=f/(m-1)*(ch(k*ξ)-1)	0.0000	0.0617	0.2475	0.5594	1.0011	1.5774	2.2948	3.1615	4.1872	5.3835	6.7638	8.3437	10.1410
未設(shè)預(yù)拱度拱腹縱坐標(biāo)	yf=y+D/2/cosφ	0.7000	0.7625	0.9508	1.2671	1.7150	2.2997	3.0281	3.9085	4.9513	6.1684	7.5740	9.1843	11.0179
未設(shè)預(yù)拱度拱頂縱坐標(biāo)	yd=y-D/2/cosφ	-0.7000	-0.6391	-0.4559	-0.1482	0.2871	0.8550	1.5616	2.4145	3.4232	4.5986	5.9536	7.5031	9.2641
預(yù)拱度	△F=-△f (1-4X2/L2）	-0.0750	-0.0630	-0.0521	-0.0422	-0.0333	-0.0255	-0.0187	-0.0130	-0.0083	-0.0047	-0.0021	-0.0005	0.0000
設(shè)預(yù)拱度拱軸縱坐標(biāo)	Yz=Y+△F	-0.0750	-0.0013	0.1954	0.5173	0.9678	1.5519	2.2761	3.1485	4.1789	5.3788	6.7618	8.3432	10.1410
設(shè)預(yù)拱度拱頂縱坐標(biāo)	Yd=yd+△F	-0.7750	-0.7021	-0.5079	-0.1904	0.2538	0.8295	1.5429	2.4015	3.4149	4.5939	5.9516	7.5026	9.2642
設(shè)預(yù)拱度拱腹縱坐標(biāo)	Yf=yf+△F	0.6250	0.6995	0.8988	1.2249	1.6817	2.2742	3.0094	3.8955	4.9430	6.1637	7.5719	9.1838	11.0179

　　附表1：Excel輔助計(jì)算程序表
　　l 卡西歐4850計(jì)算器測(cè)量程序
　　程序：LHGLCL
　　“F=”:F=10.141：
　　“M=”:M=1.926：
　　“L=”:L=60.843：--------------------------------(設(shè)定大橋拱肋參數(shù)值)
　　“D=0 OR 1”:{D}:◢----------------(D=0時(shí)不設(shè)預(yù)拱度，D=1時(shí)設(shè)預(yù)拱度)
　　A=F÷(M-1)：S=L÷2↙
　　Lbl 0: {X}:
　　X<30.844=> Goto 2: ≠> Goto 3Δ↙-----------------------(選用坐標(biāo)系統(tǒng))
　　Lbl 3:
　　Abs(X-271)=<30.843=>X= Abs(X-271)：Goto 1Δ↙
　　Abs(X-335)=<30.843=>X= Abs(X-335)：Goto 1Δ↙
　　Abs(X-399)=<30.843=>X= Abs(X-399)：Goto 1Δ↙----(條件選擇里程數(shù))
　　Lbl 1:X<30.844=> Goto 2: ≠> Goto 0Δ↙
　　Lbl 2:B=-D*0.075*(1-4X *X÷L÷L)↙
　　K=Ln(M+√(M2-1))↙
　　Z=(e(KX÷S)+1÷e(KX÷S))÷2↙
　　Q=tan-1(2F*K*sinh(K*X*S)÷L÷(M-1)): --------(計(jì)算拱軸任一點(diǎn)水平傾角)
　　“Y=”:Y=A(Z-1)+B◢------------------------(相對(duì)坐標(biāo)系的拱軸縱坐標(biāo))
　　“YD=”:G=Y-0.7÷cosQ◢----------------------(相對(duì)坐標(biāo)系的拱頂縱坐標(biāo))
　　“YF=”:H=Y+0.7÷cosQ◢----------------------(相對(duì)坐標(biāo)系的拱底縱坐標(biāo))
　　“64.75-Y”:I=64.75-Y◢----------------------(施工坐標(biāo)系的拱軸縱坐標(biāo))
　　“64.75-YD”:J=64.75-G◢---------------------(施工坐標(biāo)系的拱頂縱坐標(biāo))
　　“64.75-YF”:N=64.75-H◢---------------------(施工坐標(biāo)系的拱底縱坐標(biāo))
　　Goto 0
　　注:
　　m——拱軸系數(shù)
　　f——計(jì)算矢高
　　B——預(yù)拱度
　　L——計(jì)算跨徑
　　X、Y——建立的相對(duì)坐標(biāo)系上的數(shù)值
　　該程序在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)輸入任意相對(duì)坐標(biāo)系及施工坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)值，都能相應(yīng)的求得拱軸、拱頂和拱底的相對(duì)坐標(biāo)系和施工坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)值，可大大提高了工地現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量計(jì)算的精確度和效率。
　　l Autocad繪制拱肋圖，
　　為了快速精確的繪制出拱肋的acad圖像，我們?cè)谶@里引用一個(gè)lisp函數(shù)程序: Cfor.lsp---公式曲線,輸入公式即可在acad中自動(dòng)繪制出該公式的幾何曲線。根據(jù)需要從前面的數(shù)學(xué)模型中可以得出以下在cfor程序中需要的公式組：
　　1. X(t)=t
　　2. Y(t)=10.141/0.926*(EXP(0.04185*t)/2+1/EXP(0.04185*t)/2-1)-0.075*(1-4*t^2/60.843^2)
　　輸入以上公式調(diào)節(jié)線段密度后即可得到拱肋圖像，附圖如下：
　　至此，拱肋圖主要曲線模型已在autocad中繪制出來(lái)，在上圖中增加相關(guān)線條后就可復(fù)核上述excel表格程序及卡西歐4850測(cè)量程序，當(dāng)遇到計(jì)算拱肋上其他復(fù)雜的數(shù)據(jù)時(shí)還可以用上圖輔助計(jì)算。
　　2、外業(yè)施工
　　l 地胎放1：1大樣
　　放大樣是大橋拱肋制施工工藝中的一道至關(guān)重要的工序。從事放樣的技術(shù)人員必需熟悉圖紙，熟悉技術(shù)要求，認(rèn)真逐一對(duì)圖紙上需要展開(kāi)的各構(gòu)件尺寸和方向進(jìn)行繪制和核對(duì)。為了提高放樣的效率和準(zhǔn)確度，我們采用加密網(wǎng)格法放樣，用全站儀測(cè)相對(duì)坐標(biāo)輔助校核的方法來(lái)進(jìn)行地胎放大樣。
　　測(cè)量用具有：全站儀、水準(zhǔn)儀等精密測(cè)量?jī)x器以及鋼帶、鋼尺、水平尺、量規(guī)、線繩等量具。
　　先用Excel計(jì)算需放樣的加密數(shù)據(jù)表格，再在現(xiàn)場(chǎng)做好的混凝土地胎上用全站儀測(cè)設(shè)相對(duì)坐標(biāo)系的主要數(shù)據(jù)點(diǎn)，進(jìn)行誤差分析改正后用鋼尺量出拱肋上的特征點(diǎn)，最后再用全站儀校核特征點(diǎn)的偏差，若偏差值較大則重新進(jìn)行放樣，直到偏差在要求范圍內(nèi)為止。(大樣圖參考上述拱肋放樣圖)
　　l 腳手架布設(shè)
　　拱肋施工改用現(xiàn)澆法后，滿堂腳手架的布設(shè)可以說(shuō)是施工工序的一大項(xiàng)，必須準(zhǔn)確，高效的計(jì)算出腳手架布設(shè)位置和所需數(shù)量才能使該工序合理地，有秩序地進(jìn)行。
　　首先還是借用Excel輔助計(jì)算表格，把腳手架順橋向布置的尺寸賦予表格中的橫坐標(biāo)，再在計(jì)算出的拱底縱坐標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整可得到所需架高值。
　　腳手架架高計(jì)算表：

澧  河  大  橋  拱  圈  腳  手  架  架  高  數(shù)  據(jù)  表
架子序號(hào)	28	27	26	25	24	23	22	21	20
橫坐標(biāo)	25.20	24.30	23.40	22.50	21.60	20.70	19.80	18.90	18.00
設(shè)預(yù)拱度拱腹縱坐標(biāo)	7.482	6.964	6.471	6.002	5.556	5.132	4.731	4.352	3.993
（一、二跨）拱腹高程	57.268	57.786	58.279	58.748	59.194	59.618	60.019	60.398	60.757
架高（地面高55.17）	1.87	2.39	2.88	3.35	3.79	4.22	4.62	5.00	5.36
相鄰腳手架高差	0.52	0.49	0.47	0.45	0.42	0.40	0.38	0.36	0.34

　　l 模板加工及安裝
　　拱肋的模板加工是以地胎大樣為基礎(chǔ)的，需加工的模板主要有縱方木、側(cè)模等。
　　縱方木加工時(shí)，把方木上部按照大樣底弧線段進(jìn)行對(duì)照加工，以使放在其上的底模安裝時(shí)少量調(diào)整就能滿足拱肋測(cè)量要求。縱方木安裝時(shí)是直接測(cè)量其兩端坐標(biāo)，為了減少測(cè)量計(jì)算，在測(cè)量縱方木安裝坐標(biāo)時(shí)在其段部測(cè)點(diǎn)放置相似底模尺寸的模具，再用卡西歐4850測(cè)量程序配合全站儀測(cè)量，可以大大提高測(cè)量的準(zhǔn)確度和效率。在縱橫方木安裝完后進(jìn)行底模鋪設(shè)，底模的測(cè)量也是用卡西歐4850測(cè)量程序配合全站儀測(cè)量，由于前面縱方木的精確測(cè)量控制，底模安裝時(shí)與設(shè)計(jì)值偏差就較小，偏差超過(guò)要求時(shí)調(diào)整滿堂架的掌托直至偏差符合要求。
　　側(cè)模加工也是在大樣圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行，由于成型模板尺寸為2.44米×1.22米，所以加工側(cè)模板時(shí)，頂弧段尺寸選擇2.44，底弧段尺寸根據(jù)弧段實(shí)際位置進(jìn)行調(diào)整，這樣可以減少浪費(fèi)，也易于加工。在上述拱肋acad模型圖的基礎(chǔ)上我們可以快速準(zhǔn)確的計(jì)算出側(cè)模上下弧段的比較圖。
　　四、主要特點(diǎn)：
　　1、在黃河系統(tǒng)內(nèi)的拱橋施工中率先提出完整的懸鏈線型拱橋測(cè)量計(jì)算方案;
　　2、用電算化與測(cè)量計(jì)算相結(jié)合的理論，使工程測(cè)量計(jì)算達(dá)到事半功倍;
　　3、編制切實(shí)可行的現(xiàn)場(chǎng)控制測(cè)量程序，使外業(yè)測(cè)量施工達(dá)到高效化和精確化。
　　五、應(yīng)用及效益
　　該方案在我項(xiàng)目上的實(shí)行，使我部在測(cè)量控制上減少額外投入，且減少了拱肋施工過(guò)程中的盲目投資，讓我們?cè)诠袄呤┕み^(guò)程中做到有理有據(jù)，有選擇性的施工，并為我公司的今后發(fā)展，積累豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，這些都是用金錢難以衡量的。
　　六、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
　　節(jié)約成本，降低造價(jià)，提高效率，在現(xiàn)有施工條件的基礎(chǔ)上大膽論證各種可行的施工方案，擇優(yōu)選取。