钢管混凝土拱桥施工方法研究综述

钢管混凝土拱桥施工方法研究综述

徐钰辉

浙江华东工程咨询有限公司浙江杭州311122

摘要：钢管混凝土拱桥的施工方法的选择是施工过程中的关键一环，该文系统阐述了目前常用的几种施工方法，并进一步阐明了各施工方法的优缺点，并根据社会发展，对钢管混凝土拱桥的施工方法进行了进一步展望。

关键词：钢管混凝土拱桥；施工方法；优缺点

钢管混凝土拱桥的施工方法是拱桥施工的重要一环，施工方法的合适与否直接影响成桥的质量与寿命，不同的施工方法在不同施工阶段内力不同，对于施工过程中的内力与变形以及施工方法的选择应该引起足够的重视，根据桥梁的结构形式、桥梁的跨径、施工单位的综合实力以及现场的施工条件选择不同的施工方法。

一、目前，钢管混凝土拱桥的施工方法主要有以下几种。

1、支架法

用于建造拱桥的支架，又叫拱架[1]，在施工过程中拱架支撑整个拱圈和拱上建筑，所以要求拱架必须具备足够大的强度、刚度和稳定性。

（1）根据支架所采用的材料不同，支架可分为木支架、钢拱架[2]。

木支架要求留有合理的预拱度以满足拱圈的弹性变形和支架的非弹性变形，确保供圈线形符合设计要求。同时木支架和钢支架要有合理安全的落架措施。

（2）根据支架搭设的程度分为少支架法和满堂支架法：

A、少支架法

少支架法只在拱肋节段接头位置设置少量支架，然后利用吊装设备将制作好的空钢管拱肋吊装安装，最后灌注管内混凝土。

B、满堂支架法

将支架搭设区域的场地进行硬化处理，在硬化地面上搭设满堂支架，在其上现浇系梁、横梁以及端横梁，待达到强度后，架设空钢管拱肋，合龙之后灌注管内混凝土，待管内混凝土达到强度之后拆除拱架。

满堂支架法

（3）按施工顺序的先后又可以分为先拱后梁法和先梁后拱法。

A、先拱后梁法

先施工钢管拱肋，待合龙之后再施工横梁、系梁。一般采用少支架法，即在拱肋接口处架设少量支架，在支架上搭设钢管拱肋并且灌注管内混凝土，待管内混凝土达到强度之后，拆除拱架，利用拱肋作为承重结构施工桥梁的其他结构物。

先拱后梁法

B、先梁后拱法

“先梁后拱”即先施工系梁再安装拱肋、泵送拱肋混凝土、安装吊杆并张拉。系梁混凝土浇筑完成后，进行第一次纵向预应力张拉，在系梁上搭设拱肋支架安装拱肋。采用泵送顶升法灌注拱肋混凝土，单端张拉吊杆。对吊杆进行安装并对系梁纵向预应力进行第二次张拉。在二期恒载完成施工后，对吊杆进行第二次张拉调索。

先梁后拱法

2、转体施工法

转体施工法是将拱桥主拱圈分为两个对称的半跨，分别在桥梁施工现场两侧桥头利用有利的地形搭设好模架或支架，在支架或模架上进行半幅拱肋节段安装或浇筑，再利用转体系统将在两岸施工好的半幅拱肋结构转动，从而实现主拱结构在跨中的合龙[3]。

转体施工法分为平面转体法、竖向转体法和平竖转相结合的转体法三种形式[4]。

转体施工法

A、平面转体施工法

将拱圈分为两个对称的半跨，分别利用两岸地形搭设简单的支架预制拱箱利用结构本身及其他临时结构组成扣锚体系张拉扣索使拱箱脱离支架，由拱箱、平衡重、转盘上盖及扣索组成转动体系，借助预先设置的环形滑道，用卷扬机或千斤顶进行牵引，将两个半跨转动至桥轴线位置，在拱顶进行合龙。平面转体施工方法是我国首创的施工方法。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，之后平面转体施工法迅速得到应用与推广[5]。

B、竖向转体施工法

竖向转体施工法是指在竖向平面内进行转体，同时根据转动角度的不同又分为由下向上正角度竖转和由上向下的负角度竖转。

C、平、竖结合的转体施工法

将竖向和平面转体施工相结合的施工方法。

运用转体施工的上承式RC箱拱，绝大部分采用平转法。

运用平转法施工的国内最大跨径的上承式RC箱形拱桥是于2008年建成的主跨为205m的福建行对岔大桥。

运用竖转法施工的最大跨径的上承式RC箱形拱桥是于1996年建成的主跨为145m的德国阿根贝托贝尔桥，采用的是负角度竖转。

转体施工过程中的平衡问题是关键问题。转体施工过程中要保证转体结构的可靠性，保证转体平衡，以防倾覆；保证转体结构的受力在允许范围之内。同时，转体结构的变形控制，合龙构造与体系转换也是转体施工应考虑的重要问题[8]。

3、劲性骨架法

利用钢桁架或钢管沿拱圈轴线组成钢桁拱，然后利用刚桁拱作为承重结构，在其上悬挂模板，分环分段分层对称均衡的浇筑拱圈混凝土，最后合龙成拱。小跨径可以采用型钢作为劲性骨架。大跨径采用钢管作为劲性骨架。当采用钢管作为劲性骨架时，首先空钢管合龙成拱，然后在空钢管内对称均衡的灌注混凝土，待混凝土达到强度之后，在劲性骨架上绑扎钢筋，分环分段分层对称均衡的浇筑外包混凝土直至合龙。

沪昆高铁贵州北盘江大桥，主跨445m，将成为世界上跨径最大的混凝土拱桥。

劲性骨架法

4、缆索吊装施工法

缆索吊装施工法是大跨度钢管混凝土拱桥架设施工的主要方法之一。缆索吊装施工法主要适用于5段及5段以下的拱桥吊装中。由于缆索吊装的吊装能力有限，最大的吊装能力在70t左右，一般不超过30-40t，且随缆索吊索塔之间的距离的增大，吊装能力的提高越来越困难；而目前建设的钢管混凝土拱桥跨径都比较大，分段在9段以上的比较常见，常规的扣索刚度小、变形大，采用缆索吊装法施工对拱肋拱曲线型控制难度增加，控制目标实现困难；另外，作为施工设备的缆索吊装设备，其费用也很大。因此，目前缆索吊装施工法大都结合斜拉扣挂法施工，缆索吊作为运输手段用[5]。

缆索吊装施工法

5、悬臂施工法

根据施工过程中承力体系的不同，分为斜拉扣挂和悬臂桁架法两大类。

两种施工方法均可以用于拱圈原位现浇和拱圈预制构件拼装。悬臂施工法又可以详细分为以下4种[4]：

A、斜拉扣挂现浇法（挂篮悬浇法）[4]

首先在桥梁墩、台处安装索塔，斜拉索一端扣住拱圈节段，另一端通过索塔锚固于锚碇，待索塔与扣索系统安装完成后，安装挂篮浇筑拱箱节段混凝土，直至拱顶合龙。锚索和扣索也可分开设置，两者材料采用低松弛钢绞线，利用千斤顶进行张拉。

挂篮悬浇法施工工艺，由以下3种体系构成：

（1）悬浇体系。主体结构为挂篮，包括桁架承重系统、行走系统、支反力系统、止推系统、工作平台及防护系统等6个部分。

（2）扣锚体系。由扣索、扣点、锚索、平衡索、锚点组成。包括扣索系统、锚固系统两大部分。

（3）锚碇体系。根据实际情况在满足安全的条件下，选择已有的墩台或天然地基作地锚。地锚形式有重力锚、隧道锚、群桩锚等。

于2013年建成，主跨182m的四川攀枝花新密地大桥为采用挂篮悬浇法施工的国内跨径最大的拱桥。于2011年建成的美国胡佛水坝大桥为目前世界上采用挂篮悬浇法施工的最大跨径上承式拱桥。

斜拉扣挂现浇法

B、斜拉扣挂拼装法（天线吊装法）

千斤顶斜拉扣挂法以千斤顶张拉系统实现钢管骨架标高调整时的扣索张拉和抬放。千斤顶斜拉扣挂法首先在广西邕宁邕江大桥采用，有效的降低了施工难度，提高了施工效率。千斤顶斜拉扣挂法施工的一般顺序为[6][7]：

（1）施工索塔、地锚、拼装塔架、设置主缆等，并同时在场内进行主拱肋节段的预制拼装；

（2）将准备好的拱肋构件运送至缆索吊装系统下方，采用起重机行车系统起吊牵引至指定位置；每吊装一片拱肋，采用扣索临时固定，以使先吊装的基肋在合龙前保持在正确的位置；

（3）吊装时，应从一孔桥的两端向中间对称进行施工，在合龙段吊装就位后，再对各段拱肋进行轴线调整，使各接头位置调整到设计标高，然后放松吊索并将各接头连接并在跨中合龙；

（4）最后将所有的扣索撤除，用泵送顶升法浇筑钢管内混凝土。

拱肋吊装就位后，先用扣索拉住，为防止拱肋的左右摆动，要设置对称的风缆进行固定。

斜拉扣挂拼装法

C、悬臂桁架现浇法

悬臂现浇法的施工工序为：

（1）拱座浇筑完成，安装悬浇挂篮，现浇第一节段拱圈混凝土以及本节段内的拱上立柱以及桥面板，安装斜拉索，并将桥面板的水平拉索与墩台锚索相连接。

（2）待现浇混凝土达到强度后，形成第一节段的悬臂桁架。张拉斜拉索，使拱圈高程达到要求。

（3）移动挂篮至第二节段，张拉第一节段临时斜拉索，重复以上步骤，直至拱顶合龙。

D、悬臂桁架拼装法

悬臂桁架拼装法施工工序与悬臂桁架现浇法类似，两者不同之处在于：悬臂桁架拼装法，在施工过程中，采用预制构件进行施工。

二、各施工方法优缺点及其比较

三、结论

钢管砼拱桥的施工方法主要有支架法、转体施工法、劲性骨架法、缆索吊装施工法、悬臂施工法。架法使用情况较为简单；转体施工方法简单快速但是对施工工艺要求较高；缆索吊装法跨越能力大，适用性广；悬臂施工法简便可靠但是施工程序较为繁琐。

参考文献：

[1]中国铁道百科全书（工程与工务卷）[M]..北京：中国铁道出版社，2005.

[2]钱冬生.科学地对待桥渡与桥梁[M]..北京：中国铁道出版社，2003.

[3]张联燕、程方、谭邦明、陈俊卿.桥梁转体施工[M]..人民交通出版社，2002.

[4]严允中，杨虎根，许伟，曾爱.上承式混凝土拱桥建造实例及评析[M].北京：人民交通出版社，2015.

[5]罗玉明.钢管混凝土拱桥施工控制研究[D].中南林业科技大学硕士论文.2011.

[6]郑皆连，徐风云，唐柏石，等.广西邕宁邕江大桥千斤顶斜拉扣挂悬拼架设钢骨拱桁架施工仿真计算方法[A].中国公路学会桥梁和结构工程学会1996年桥梁学术论文集[C].北京：人民交通出版社，1996.

[7]王颉耘.邕宁邕江大桥钢骨拱析架千斤顶斜拉扣挂悬拼架设工艺.中国公路学会桥梁和结构工程学会1996年桥梁学术论文集[C].北京.人民交通出版社.1996.

[8]陈东.劲性骨架混凝土拱桥转体施工关键技术分析[D].西南交通大学.2005.

作者简介：

徐钰辉，男，1975年3月，辽宁宽甸，大学本科，浙江华东工程咨询有限公司，主要从事现场施工监理及安全监测监理，13988521075。

刘振华，女，1987年11月，青海湟中，大学本科，华东勘测设计研究院有限公司，主要从事档案管理，13897207797。