祠堂边渡槽悬拼拱架水箱预压

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中图分类号：TU822文献标识码： A

1.工程概况

黔中水利枢纽一期工程总干渠祠堂边渡槽采用贝雷片拱架进行拱圈现浇 ，拱架采用缆索吊装悬拼的施工方法。渡槽主拱为单箱双室钢筋混凝土箱型拱，采用C45混凝土，净跨径108m，净矢高f0=27m，矢跨比1/4。拱轴线为悬链线，拱轴系数m=1.783，拱顶预拱度15cm。拱圈为单箱双室截面，拱箱宽6m，高2.2m。

2.预压目的

祠堂边渡槽采用悬拼拱架现浇施工方案，在拱架形成后需要进行预压试验，主要目的是检验拱架的承载能力及稳定性，并通过预压试验来消除非弹性变形，另外通过对预压试验结果的分析，来计算施工预拱度，为安装拱圈混凝土底部模板标高提供理论数据。

祠堂边渡槽拱圈预压试验采用水箱预压方式，在悬拼拱架上满铺水箱进行加载试验。水箱模拟加载状态为底板+1/5腹板浇筑施工状态，加载顺序也同样按照浇筑顺序实施。水箱采用φ48钢管脚手架搭建而成，预压过程中最大加载重量为底板+1/5腹板+施工荷载总重量为1.2倍来控制。经计算得到100%预压荷载为7831KN，120%预压荷载为7831×1.2=9397KN。为模拟主拱圈的浇筑顺序，拱架先将100%预压荷载分7级加载，待拱架持荷12小时后，再分7级施加剩余20%的预压荷载。

3.监测方法及测点布置

拱架线形的监测方法：通过在拱架上安装棱镜（拱架两侧）及反光片（拱架轴线），运用已知后视点法并采用全站仪对拱架测点的综合位移点进行实时观测，同时在拱架关键断面布置高程观测点，采用水准仪对其高程进行实时观测。 拱架应力的监测方法：在拱架关键截面布置应变传感器，并在拱架预压的关键工况及时采集数据并分析整理，得到拱架的受力状态。

（1）全站仪观测拱架综合位移测点布置：纵桥向选取上游拱脚、L/9、2L/9、L/3、4L/9、L/2、5L/9、2L/3、7L/9、8L/9、下游拱脚等共11个观测断面，每个断面横向左、中、右各布置3个测点，共计11×3=33个。

（2）水准仪高程观测点布置：纵桥向选取L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/4等共5个观测断面，每个断面仅在横向中间布置1个测点，共计5×1=5个。

（3）拱架应力测点布置：纵桥向选取上游拱脚、上游1#与2#节段铰接处、L/4、L/2、3L/4、下游1#与2#节段铰接处、下游拱脚等7个断面，横桥向各截面布置不同，应力测点共计28个。

4.拱架预压监测结果

4.1线形监测结果

2014年7月4日至2014年7月16日，祠堂边拱架顺利完成预压并卸载，该过程中各项工作开展顺利有序，达到了预期的监测效果，并且取得了丰富的监测成果。拱架预压加载过程中各阶段线形测量结果见表1；拱架预压并卸载后，拱架产生基本对称的弹性变形0~33mm，同时拱架产生非对称的非弹性变形0～13mm，详见图 1。

表1 预压拱架线形（水准高程）监测结果（单位：m）

加载阶段 测点 后视 前视 实测高差 初始高差 实测变形 全站仪观测变形 误差

50%完成 L/4 0.215 0.391 -0.176 -0.168 -0.008 -0.005 -0.003

3L/8 2.797 0.405 2.392 2.410 -0.018 -0.016 -0.002

L/2 3.528 0.106 3.422 3.430 -0.008 -0.005 -0.003

5L/8 2.797 0.444 2.353 2.366 -0.013 -0.010 -0.003

3L/4 0.215 0.581 -0.366 -0.364 -0.002 0.003 -0.005

100%完成 L/4 0.186 0.376 -0.190 -0.168 -0.022 -0.021 -0.001

3L/8 2.591 0.212 2.379 2.410 -0.031 -0.028 -0.003

L/2 3.540 0.138 3.402 3.430 -0.028 -0.024 -0.004

5L/8 2.591 0.244 2.347 2.366 -0.019 -0.016 -0.003

3L/4 0.186 0.558 -0.372 -0.364 -0.008 -0.004 -0.004

120%完成 L/4 0.231 0.423 -0.192 -0.168 -0.024 -0.025 0.001

3L/8 2.821 0.452 2.369 2.410 -0.041 -0.043 0.002

L/2 3.496 0.112 3.384 3.430 -0.046 -0.043 -0.003

5L/8 2.821 0.478 2.343 2.366 -0.023 -0.025 0.002

3L/4 0.231 0.593 -0.362 -0.364 0.002 -0.001 0.003

注：1）表中实测变形=实测高差-初始高差；2）表中实测变形向上为“+”，向下为“-”。

图1拱架预压后的弹性及非弹性变形示意图

4.2应力监测结果

拱架预压过程中实测应力数据与理论值的对比分析结果见表2

表2 祠堂边拱架预压理论与实测应力对比分析表（单位：Mpa）

项目

测点 最大应力σmax 最小应力σmin 预压容许应力[σ]

实测值 理论值 实测值 理论值

L/2上弦 8.4 5.2 -64.2 -29.6 ±140

L/2下弦 3.7 -32.0 -46.1 -109.4

L/4上弦 3.3 -19.8 -54.0 -92.0

L/4下弦 5.2 -11.8 -58.5 -61.9

拱脚上弦 22.2 -15.4 -85.8 -81.1

拱脚下弦 12.4 -39.0 -89.3 -107.8

注：1）表中数据拉应力为“+”，压应力为“-”； 2）表中所列数据均以预压前初始状态为应力“0”点；3)表中预压容许应力[σ]已扣除预压前最不利初始应力60Mpa。

5.结论与建议

5.1结论

(1)拱架预压加载至120%并持荷12小时后再次进行线形及应力观测，发现拱架变形及应力均处于稳定状态后才进行后续卸载，这表明拱架的承载能力和稳定性基本满足要求。

(2)整个预压的加载卸载过程中，拱架横向最大变形9mm，由此说明拱架横向刚度满足要求。

(3)整个预压过程中，拱架在预压荷载作用下，测得的最大应力σmax为22.22Mpa（拉），位于拱脚截面，最小应力σmin为-89.28 Mpa（压），位于拱脚截面，均小于扣除初始应力的预压容许应力[σ]=±140 Mpa，故预压过程中拱架强度满足要求。

(4)拱架预压加载过程发现：在加载100%荷载阶段时，因荷载不对称导致拱架变形不对称，经调整对称后对称加载，拱架累计变形基本对称，由此可得：拱架面内刚度较柔。

5.2建议

(1)针对结论（4）中拱架面内刚度较柔的情况，建议拱架后续施工过程中，安排专人负责监督巡视，务必确保荷载对称施加。

(2)针对结论（5）中拱架在对称荷载下产生非对称变形的情况，建议在后续施工过程中若再次出现，可采取适当配重措施来减小其非对称变形。

(3)针对结论（5）中拱架预压后线形相对预压初始线形面内更不对称的情况，建议施工主拱圈前通过施加不对称荷载在一定范围内调整拱架线形。