大跨度钢管混凝土拱桥顶推施工技术

大跨度钢管混凝土拱桥顶推施工技术

郭峰

佛山市顺德区公用事业管理局

摘要：桥梁作为我国交通运输体系的重要构成，凭借自身的结构优势，能够有效解决交通项目建设中所遇到的各种难题，减少空间因素对于交通建设事业的阻碍，降低自然条件对交通网络建设的影响，并且能够提升交通运输体系的通行能力，满足社会经济发展对于交通条件的要求。因而对拱桥顶推施工技术的探讨就有着十分重大的现实意义。本文旨在结合大跨度钢管混凝土拱桥顶推施工技术建设的相关案例，在相关建筑理论的指导下，对施工技术进行科学的探究，以期为其在实践之中的应用提供借鉴。

关键词：大跨度；钢管混凝土拱桥；顶推技术

城市化的深入进行，交通建设的广泛开展，大跨度钢管混凝土拱桥凭借着自身的结构优势，在交通建设中扮演着越来越重要的角色，但是从实际的建设情况来看，由于受多方面因素的影响大跨度钢管混凝土拱桥的施工技术并不能很好的满足实际的建设与使用需求。为了延长大跨度混凝土拱桥的使用寿命，保障其在服务年限之内的质量，缓解我国交通运输事业的运输压力，我们将顶推施工技术引导到拱桥建设中，实现大跨度钢管混凝土拱桥建设技法的优化与升级，以期在构建一个更为丰富更为多样化的区域交通体系，提升交通运输能力降低交通输运压力的同时，通过科学合理的施工技术，将大跨度钢管混凝土拱桥变为美化城市环境的一种手段，改善区域形象，为本区域经济的发展提供一个更为广阔的平台，促进当地经济的快速健康发展。

1.大跨度钢管混凝土拱桥建设存在的问题

大跨度混凝土拱桥作为混凝土的组合结构，在钢管内填充一定量的混凝土，充分利用钢管与混凝土两种建筑材料的特性。这种结构机理虽然能够提升混凝土自身的抗压能力，但是由于一些客观原因，钢管混凝土在大跨度拱桥建设中的作用并不明显，存在着一定的问题与不足。

1.1钢管混凝土结构出现的裂缝的比例较高。作为混凝土结构裂缝的重要因素-温度变化在裂缝产生过程中扮演着十分重要的角色。在气温变化因素的影响之下，在钢管与混凝土的接触部分容易受到温差变化的影响产生一些裂缝。在对大跨度拱桥进行施工建设的过程中，在较短时间内所产生的较大幅度的温差比，使得混凝土结构内部因为这种温度变化，受到了内力的作用，在这种内力因素的作用下，发生形变造成结构上的受损，产生裂纹。而钢管混凝土虽然能够凭借自身在结构上的特性，能够降低气温变化对于大跨度拱桥施工的影响，但是效果并不明显，拱桥混凝土结构自身对于内外力的作用抵抗能力仍旧较低，自身的形变量较大，无法有效的减少混凝土结构发生裂缝的可能性，保证大跨度拱桥的工程质量[1]。

1.2环境适应性较低并且后期维护的费用较高，增加了建设项目上的投入成本。由于建筑结构的多样性，为了满足不同建筑结构的施工需求，钢管混凝土施工位置的相应的也在发生变化。由于大跨度拱桥建设环境的复杂性，钢管混凝土用的材料优势难以发挥，并且有害裂缝的危害性在某些外因条件的作用下不断增加，为了保证大跨度拱桥的建设效果，对于钢管混凝土的设计与施工就有着诸多考虑，这就在一定程度上影响了钢管混凝土的使用范围，降低了大跨度钢管混凝土拱桥的环境适应性。环境的复杂性与恶劣性，使得大跨度钢管混凝土拱桥的使用寿命缩短，为了保证其正常的使用，就需要进行投入大量的人力与物力进行后期的维护，相关部门必然要增加后期维护的频率，从而增加了建筑开发项目的工程建设投入，不利于整个项目的建筑质量与水平的提高。

2.顶推施工的技术优势

顶推施工技术由德国莱昂哈特博士与鲍尔教授联合研发的一种建筑施工方式。与其他施工方案与技术相比，顶推施工技术具有成本低廉、安全可靠、施工周期较短、绿色环保等特点。国外大多数国家在进行中等跨度的桥梁建设中，普遍采用这一技术。我国1977年建设完成的狄家河桥就是第一次采用顶推法，其后大约有50座的桥梁采用了这一施工技术，可以说顶推施工已经相当成熟。这就为钢管混凝土与顶推施工技术的结合奠定了良好的技术基础，借助于顶推施工技术，大跨度钢管混凝拱桥的纵向位置不断深入，在桥梁中段，受到内力作用而发生弯曲的部分，得到了有效的纠正，从而大大降低了裂缝放生的机率，降低了大跨度钢管混凝土拱桥后期的维护成本。可以说顶推施工技术在大跨度钢管混凝土拱桥中的应用，大大拓展了其适用范围，保证了钢管混凝土结构优势的充分发挥。

3.大跨度钢管混凝土拱桥顶推发施工应遵循的原则

3.1桥大跨度钢管混凝土拱桥顶推法施工必须要遵循科学性的原则。桥大跨度钢管混凝土拱桥顶推法施工的实现，要充分体现科学性的原则，只有从科学的角度进行桥梁设计目标，桥梁主体结构、城市远景规划以及交通运行方式等多个方面进行细致而全面的考量，只有这样才能够最大限度的保证桥大跨度钢管混凝土拱桥顶推法施工能够满足建筑实践的要求，只有在科学精神、科学手段、科学理念的指导下，我们才能够以现有的技术条件为基础，进行桥大跨度钢管混凝土拱桥顶推法施工的科学探索与研究。

3.2桥大跨度钢管混凝土拱桥顶推法施工必须要遵循易操作的原则。由于桥梁建筑场所大多位于建筑工地或者野外，其操作环境较为简陋，难以实现桥梁建设结构的细致处理与操作，为了适应这一现实状况，在进行桥大跨度钢管混凝土拱桥顶推法施工的过程中，就要尽可能的增加桥大跨度钢管混凝土拱桥顶推法施工方案之中的容错率，减少外部环境对桥梁建设活动的影响，同时由于从事建筑活动的工作的人员专业素质较低，而大多数桥梁工程建设工作又有他们承担，所以桥梁设计方案必须进行简化处理，降低操作的难度，使得在较短时间内，进行批量操作，满足桥梁建设施工要求，保证开发建设项目进行的速率，使得工程项目能够按期完成[2]。

3.3桥大跨度钢管混凝土拱桥顶推法施工必须要遵循实用性的原则。桥梁建设开发项目作为人类改造自然环境的重要社会行为，对自然环境做出了巨大的改变，经历从无到有，从小到大的过程。而这一过程的实现就需要雄厚资金的支持，从实际来看，资金的稳定供应与否能够直接影响到桥梁工程建设项目的质量与水平，而建筑材料在各种资金投入的之中，占有着较高的比例。因而桥大跨度钢管混凝土拱桥顶推法施工必须要遵循实用性的原则，最大限度降低桥梁建设的成本，降低桥梁建筑项目在建筑材料方面的资金投入，从而能够将更多的资金利用与其他方面，提升开发建设项目的品质，保证桥梁工程建设的顺利进行。

4.大跨度钢管混凝土拱桥顶推施工技术实施的途径与方法

为了实现大跨度钢管混凝土拱桥顶推法施工的正常进行，就需要我们在相关原则的指导下，从多个方面，多个层面，采用多种方式，确保顶推法施工的科学高效运行。

4.1建立数学模型。使用ANSYS系统对大跨度钢管混凝土拱桥的顶推施工进行数学建模，并在此基础上进行限元计算，保证杆系单、梁系与刚臂三者的有机结合[3]。

4.2对弯矩进行科学分析。针对最大悬臂状态与最大负弯状态进行弯矩计算，如下图所示：

通过模拟计算，对拱桥主梁的弯矩极大值与极小值有一个科学全面的认知，在此基础上采取有效的应对策略，实现对主梁内力负荷的有效控制，保证大跨度拱桥建设的顺利进行。

3.3对纵向的挠度进行计算，如下图所示：

通过计算拱桥各受力结构纵向上的挠度，将其与弯矩变化曲线进行对比，对顶推施工进行纠正，从而保证顶推法施工过程中，大跨度拱桥的主梁与刚臂能够处于良好的受力状态，避免内力在温度等因素的作用下，对拱桥的破坏，提升建设开发的可靠性与稳定性，实现大跨度拱桥建设的要求。

参考文献：

[1]范立础.桥梁工程[M].第2版.北京：人民交通出版社，2015：51-51.

[2]黄宏辉.大跨度斜连续梁桥顶推施工仿真计算程序设计与关键技术研究[D].长沙：长沙理工大学，2015：109-110.

[3]HewsonNigel，HodgkinsonAndrew.IncrementallarnchofBridesGlenBridge，Ireland[J].Concrete（London），2014，38（7）：29-30.