钢管混凝土拱析施工工艺研究

　　摘要：桥梁作为跨越障碍物的架空结构，其施工过程所用的时间比起成桥使用周期来说要短暂的多，但是施工过程中的结构行为并不比成桥后的简单。大跨度桥梁的施工技术是桥梁技术的重要组成部分，而且往往是大桥建设的关键技术。
　　关键词：钢管混凝土；拱桥；安装
　　1概述
　　钢管混凝土拱桥的施工方法，尽管可人为地从内容上进行抽象概括，从而达到理解上的区分，但在具体使用过程中其彼此的界限并不那么清楚。许多工程施工建设过程中，各种施工方法大多灵活地综合在一起进行使用，所以施工方法之间并没有简单意义上的优劣之分，桥梁建设过程中的具体工程状况才是施工方法选择和在施工过程中进行方法组合的关键因素。因此，桥梁工作者们需要在总结现有经验的基础上，进一步在更深的层面实现技术创新，从理论上实现新的突破，推动大跨度钢管混凝土拱桥新的发展。
　　不同跨径、结构形式及施工设备、现场环境条件，可以选择不同的施工方法。其他桥型的施工方法也可以用来借鉴。目前常用的钢管混凝土拱
　　桥的施工方法可分为如下几种。
　　2支架施工法
　　支架，也叫赝架。而用于建造拱桥的支架，又叫拱架。对于石拱桥，曾广泛采用木支架。在我国铁路界，曾让支架采用常备式拱形的钢结构。对于木支架，在砌造石拱桥时，石拱的重量完全由支架负担，而石拱圈则并不受力;随后，在石拱圈已砌好的情况下，应该拆卸支架，在这过程中，石拱从其不受力变为承担自重，将发生弹性下沉，而支架从其受力状态变为不受力，将发生弹性的升高。因此，在安排支架顶面高程时，一则要考虑砌拱的要求，再则要考虑落架要求，并采取落架措施，以保证石拱圈逐步地安全承受自重。对于常备式钢拱架，也可以采用落架措施，但更好的办法是用千斤顶升拱;这可以使拱的受力状态得到明确并优化。
　　对于小跨径的钢管混凝土拱桥，支架法仍是可以考虑采用的一种施工方法，它操作简单，安全可靠，适合于规模较小的施工队伍。但对于大跨径的钢管混凝土拱桥，采用此法基本上是不现实的。但是支架施工法从一定程度上讲是缆索吊装法、转体施工法的实现基础和理论源泉，缆索吊装法施工中必不可少的塔架、转体施工中的组拼支架和三大段吊装法中的赝架都可以说是支架施工法中的拱架在其应用过程中的转型和具体应用。因此对支架施工法加以分析研究，也是大跨度钢管混凝土拱桥主拱肋施工方法研究中一个不可欠缺的内容。随着支架材料在选择范围上的扩大、支架设计与施工经验的积累以及大跨径钢管混凝土拱桥在结构上的创新和变化，支架施工法本身固有的优越性和适用性特点也会在施工过程中的具体应用上得到进一步的体现。
　　支架施工方法可分为三种:
　　(一)先梁后拱法
　　即采取先搭设少量支架跨越河道，然后在支架上拼装或现浇加劲梁，而后架设钢管拱肋及浇筑拱肋混凝土。这种方法适合于具有强大加劲梁的中、小跨径钢管混凝土拱桥，先梁后拱的施工方法既安全又方便。浙江一带的许多钢管混凝土拱桥就用此法修建，如抖港桥、伊山桥等。
　　(二)先拱后梁法
　　此法先搭设少量支架，在支架上拼装拱肋和横撑，然后拆除支架，利用加劲肋为承重结构，浇筑或拼装加劲梁。如福建安溪铭选大桥，浙江菜花径桥。
　　(三)满堂支架法
　　搭设满堂支架，并在其上现浇系梁、横梁混凝土，待混凝土达到设计强度后，张拉系梁第一批预应力束，在支架上架设钢管拱肋、安装横撑，灌注钢管拱内混凝土;然后安装吊杆，并按设计初始应力张拉吊杆，拆除满堂支架，最后安装预制桥面板。绍兴览湖桥、顺德马岗大桥就采用了这种施工方法。
　　3转体施工法
　　转体施工法应用于钢管混凝土拱桥的架设过程，促进了拱桥的发展，相应的也促进了自身在施工工艺、施工方法等方面的完善和突破。转体施工法是一种较新的施工方法，正越来越多地被桥梁工作者们所考虑并采用。转体施工法是将拱桥主拱圈大致分为两个对称的半跨在两岸制作，通过转体合龙的一种施工方法。大跨桥梁采用转体施工方法，可不搭设或少搭设费用较高的支架，减少安装架设程序，把复杂的、技术性强的高空作业和水上作业变为岸边的陆上作业，不但施工安全、质量可靠，有利于施工控制，而且在通航河道或跨线桥的施工中可不干扰或少干扰交通，具有良好的技术经济效益和社会效益。
　　转体施工根据主拱圈绕拱座的转动方向可分为三种:竖向转体施工法、平面转体施工法、竖转和平转组合法。
　　3.1竖向转体施工法
　　竖向转体施工法一般是将拱圈从跨中分为两半，在桥轴线上利用地形搭设简单支架，在支架上组拼或现浇拱肋。在拱脚处安装转动铰，利用扣索的牵引将结构竖向转至设计标高，跨中合龙完成结构的安装。20世纪50年代意大利曾用此种方法修建了跨径70m的多姆斯河桥。此后欧美的一些国家及日本相继运用此法修建了一些桥梁，形成了一套系统的施工技术。我国也应用此种施工工艺修建了多座钢管混凝土拱桥，如京杭运河桥(主跨235m)等。
　　在施工工艺上，竖转铰的构造与安装精度、索鞍与牵转动力装置、索塔和锚固系统是保证竖转质量、转动顺利和安全的关键所在。竖转铰跨径较小时，可采用插销式，跨径较大时可采用滚轴。拉索的牵引系统当跨径较小时，可采用卷扬机牵引;跨径较大，要求牵引力较大，牵引索也较多时，则应采用千斤顶液压同步系统。
　　3.2平面转体施工法
　　平面转体施工法是我国首创的施工方法。自1977年在四川省遂宁市采用该法建成1孔70m钢筋混凝土肋拱桥后，该法得到迅速推广。平面转体施工法在其发展初期，多为平衡重转体，它需利用桥台或配置平衡重来平衡悬臂主拱肋。随着桥跨的增大，因平衡重而大大增加了转动体系总重量，给转盘的设计、制造和转动、控制都带来很大困难，而且增加了工程材料的费用，使这种施工方法失去了一定的优越性。为解决大跨径拱桥转体施工的问题，桥梁工作者们于1984年在巫山县龙门峡峡口进行了“拱桥无平衡重转体施工工艺”的研究。在此基础上于1988年进一步提出了“无平衡重双肋对称同步转体施工”的新工艺，并成功修建了跨径200m的四川涪陵乌江大桥。2001年在(六盘)水柏(果)铁路的北盘江钢管混凝土拱桥建成，这是上承拱桥，用平转法合拢，转体重量为10200吨。平面转体施工具体可分为带平衡重转体和无平衡重转体。平衡重转体又可分为需专门配置平衡重转体和利用对称性实现平面转体。除去以上两种平面转体类型外，在实际工程实践中，有时为了桥孔布置和地形的需要，有意识地把转动体系的重心与下盘磨心设计为有较大的偏心，即所谓偏心转体。这样可以取得更好的技术经济效益。
　　3.3竖转与平转相结合的施工方法
　　竖转与平转相结合的施工方法是在前述两种转体施工方法的基础上产生的，它有效地利用了地形，既通过竖转将组拼拱肋的高空作业变为在低矮支架上拼装拱肋的低空作业，又通过平转完成障碍物的跨越。这种方法的成功应用，增加了转体施工工艺的应用范围，标志着转体施工工艺的成熟，和支架施工法、缆索吊装法一起成为桥梁施工的常用方法。
　　4缆索吊装法
　　缆索吊装施工法是大跨度拱桥实现自架设施工的主要方法之一。在峡谷或水深流急的河段上，或在通航的河流上需要满足船只的顺利通行，缆索吊装由于具有跨越能力大，水平和垂直运输机动灵活，适应性广，施工比较稳妥方便等优点，而在拱桥施工中被广泛采用。缆索吊装施工是在20世纪60年代应用于双曲拱桥施工的基础上发展起来的。在广泛的工程实践过程中，这种方法得到了很大的发展并积累了丰富的施工经验。
　　虽然缆索吊装法施工工艺己经成熟，但主要适用于5段及以下的拱桥吊装中。由于缆索吊装的吊装能力有限，一般在30-40t，最大的吊装能力在70t左右，且随缆索跨径的增大，吊装能力的提高越显困难;另外，缆索作为施工设备，其设备费用也大;而钢管混凝土拱桥跨径都比较大，一般分段都在9段以上，常规的扣索变形量大，扣索力也很大，采用缆索吊装对拱肋拱曲线型控制难度大，控制目标难以实现。因此，目前大都结合斜拉扣挂法，缆索则兼作运输手段使用。
　　我国首座跨径跃上200m大关的钢管混凝土拱桥—广东南海三山西大桥，钢管拱肋采用缆索吊装法架设。除两岸靠拱脚的4段用斜拉扣索固定外，其余13段均采用吊桥式缆索吊装就位，单段最大吊重为49吨。为增大钢管拱肋吊装和灌注管内混凝土时的刚度，缆索系统设置了悬挂钢管拱肋的主缆。每段钢管拱肋吊装后，按先后顺序悬挂在承重主缆上，因此，每一段拱肋的吊装，对己经悬挂在主缆上的拱肋段的坐标值都有影响，施工计算时，应考虑各节段拱肋和悬挂系统受几何非线性的影响。
　　这种施工方法需在施工时对主缆受力和垂度进行精确控制，一般在施工控制计算时采用前进法确定主缆最终的受力状态，以及各段拱肋吊点位置的坐标;然后再用倒退分析法确定各段拱肋在吊装时的吊点抬高量，目的是使最后一段拱肋吊装到位时，其它各拱肋段均在设计坐标值的位置附近，以便使拱肋合龙时，调整各段坐标值的工作量最小，并使成桥后的拱轴线与设计拱轴线相吻合。
　　参考文献
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