浅谈钢管混凝土系杆拱桥主拱肋施工方法
2008/12/22 00:00
来源：李龙俊
......
摘要:目前钢管混凝土拱桥在我国的应用前景非常广泛，主拱肋施工又是钢管混凝土拱桥施工的关键环节。本文简单介绍了钢管混凝土拱桥的特点，并对其中的主拱肋施工方法进行研究。
关键词:钢管混凝土；主拱肋；施工方法；拱桥
一、钢管混凝土拱桥概述
将钢管混凝土应用于拱桥同时解决了拱桥材料高强化和拱圈施工轻型化的两大问题，因此，一种新型的拱桥—钢管混凝土拱桥近年来在我国得到了广泛的应用。根据钢管混凝土发挥材料作用和施工作用的不同侧重，出现了两种不同的利用钢管混凝土的形式。一种为钢管内填混凝土，即钢管管壁外露，与核心况凝土共同作为结构的主要受力组成部分，钢管在混凝土施工过程中又可作为支架和模板，给施工带来方便，材料方面的优点是设计采用这一结构的最主要考虑。一般将这种类型的拱桥称为钢管混凝土拱桥。
（一）钢管混凝土拱桥在我国迅速发展的原因
钢管混凝土拱桥在30年代的前苏联就已出现，近年来国外也有修建，但其真正的发展在我国，主要原因如下:
1、拱桥是一种极具美学表现力的桥型，在我国又有着深厚的文化底蕴，钢管混凝土结构的应用，使拱桥更加轻巧、柔美，尤其是中承式和下承式桥型，以其独特的美感在风景区和城市桥梁中备受青睐。
2、我国的钢管混凝土理论研究处于世界先进水平，一些钢管混凝土结构的设计规程相继颁布实施，出版了一批有代表性的专著，钢管混凝土在厂房、高层建筑、输变电工程中的应用不断发展，为钢管混凝土应用于拱桥莫定了坚实的理论基础，并提供了宝贵的工程实践经验。
3、拱桥作为桥梁的基本桥型之一，在我国过去的交通土建工程中得到广泛的应用，为我国的主桥型。由于我国的国情，拱桥桥型中主要是钢筋混凝土拱和污工拱，现在仍无法大量应用钢结构;材料强度低，施工方面的问题一直制约着拱桥跨径的发展。钢管混凝土拱桥一定程度上解决了这两大难题，成为许多适合拱桥情况下的一个选择。
（二）钢管混凝土系杆拱桥的特点
由于我国的国情所限，污工拱桥和钢筋混凝土拱桥长期以来在我国的拱桥中占绝大多数。但在工程实际中，这两种桥型主要有以下两方面的缺点:
1、由于自重较大，水平推力也较大，在软弱地基的地方不适合修建。对钢管混凝土拱，若做成无推力的下承式或中承式拱，拉杆的代价较大，且跨径也不大，因此不经济。
2、上承式拱在平原地区受通航和两地接线问题的影响较大。钢管混凝土系杆拱桥的出现，较好的解决了这两大问题，大幅度提高了拱桥的跨径，充分发挥了拱桥丰富的结构表现力。首先，系杆作为全桥受力的构件，主要平衡恒载产生的拱脚水平推力，从而减轻了基础的受力负担，减小了基础工程量，降低了拱桥对地基的要求。
二、钢管混凝土系杆拱桥主拱肋主要施工方法的重要性
桥梁作为跨越障碍物的空中道路，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。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健技术。
桥梁的施工方法，除要考虑施工技术设备和现场环境条件等因素外，还与桥梁结构特点密切相关。不同的施工方法，在各阶段施工过程中的内力是不同的，有时结构设计往往由施工内力所控制，所以施工方法、施工内力与变形的研究应当成为桥梁建设所关注的焦点，在大桥建设过程中予以充分的重视。
桥梁的桥型、结构、材料、施工工艺等是在相互促进的过程中不断发展的。随着钢管混凝土拱桥的应用推广，它的施工问题日益受到重视，并已取得了相当的研究成果。众多科学家未保证施工的顺利进行，做了许多有益的技术探索，此外国家赞助的科研项目和新修订的技术规范中有关钢管混凝土拱桥的内容都对这种桥型的发展起到了有力的指导和促进作用。
三、转体施工法
转体施工法是将拱桥主拱圈大致分为两个对称的半跨，分别在桥梁施工现场两侧利用实际地形先做好简单支架或拱胎模架，在支架或模架上按照设计拱轴线形完成组拼拱肋析架节段和横向连接构件的工作，并用扣索将组拼成形的半跨拱肋与转体系统动力设备连成一体，然后操作动力系统施使拱肋旋转一定空间角度实现主拱肋的合龙。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、平转组合法。
（一）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。在拱脚安装转动较，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。
1、竖向转体施工技术要求
（1）拱肋:在竖转过程中，拱肋内力随竖转角度不断变化，因而要求拱肋在不同竖转状态应具有足够的强度、刚度和稳定性;同时拱肋安装重量直接关系到竖转规模和技术难度，这就要求拱肋轻型化。
（2）竖转铰:要求转动灵活，转动校的接触面满足局部承压要求。常用的竖转铰有钢板销子铰、钢管混凝土铰、插入式球铰。
[Page]
（3）扣索:根据竖转重量及牵引设备，选用钢丝绳或钢纹线。扣索数量的配置应充分考虑结构冲击、自然环境、以及扣索在转向处的育折影响。
（4）索塔:因地制宜的选用各组拼构件拼装索塔。由于索塔高度直接关系到拱肋在竖转过程中的受力状况及扣索力的大小，应综合考虑索塔施工难度及材料用量时索塔高度进行优化。
（5）拱上撑架:在拱肋上设置撑架可降低索塔的高度、改善拱肋的受力状况。
2、竖向转体施工主要流程
（1）进行主拱基础、承台、拱座的施工，同时精确安装主拱钢管析架，预埋钢管和施工所用的活动铰和索塔预埋件。
（2）在大桥设计桥位投影下方搭建钢管桩支架及拼装工作平台，并修建安全防护设施，之后利用吊运设备，进行两个半跨块肋节段的就位拼装和活动铰安装定位，同时完成两侧主索塔的拼装。
（3）完成主拱肋拼装后，安装扣索和主拱肋锚固点
（4）张拉扣索，竖转主拱肋到设计标高。
（5）调整标高，并安装合龙段的吊装或现浇施工设备，拆除钢管桩和工作平台。
（6）调整拱肋线型并完成瞬时合龙。
（7）焊接合龙段，完成全桥合龙。拆除合龙段吊装设备，按设计要求封固主跨拱脚，拆除余下的施工用钢管桩支架，并根据总体施工组织设计，逐步拆除提升扣索、反力扣索和主索塔。
（8）灌注管内混凝土。
3、竖向转体施工优缺点
（1）塔架、拱肋同时施工，节约时间。
（2）竖向转体施工不需大量的施工场地，较好的解决了钢管拱的安装线形，拱肋主要在工厂内焊接，焊接质量得到保证。
（3）在施工过程中体系内力容易控制，施工设备自动化程度高，操作方便灵活，无高空作业，安全性好，可靠性高，施工拆迁量少，施工设备、物资人员投入相对较少，造价较低，施工工序简洁，操作规程明确，施工迅速。
（4）需要在搭建钢管桩及作业平台，在水域较深的河道上相对比较困难，并在一定程度上影响河道通航。因此竖向转体施工不失为不跨度钢管拱桥施工的一种重要方法，越来越多的被设计工作者们所考虑并采纳。
参考文献：
[1]钟善桐，钢管混凝土结构，黑龙江省科学技术出版社，1994
[2]陈宝春，钢管混凝土拱桥设计与施工，人民交通出版社，2000
[3]钟善桐，钢管混凝土在我国高层建筑中的应用，哈尔滨建筑大学学报，1997
（中国混凝土与水泥制品网 转载请注明出处）
关键词:钢管混凝土；主拱肋；施工方法；拱桥
一、钢管混凝土拱桥概述
将钢管混凝土应用于拱桥同时解决了拱桥材料高强化和拱圈施工轻型化的两大问题，因此，一种新型的拱桥—钢管混凝土拱桥近年来在我国得到了广泛的应用。根据钢管混凝土发挥材料作用和施工作用的不同侧重，出现了两种不同的利用钢管混凝土的形式。一种为钢管内填混凝土，即钢管管壁外露，与核心况凝土共同作为结构的主要受力组成部分，钢管在混凝土施工过程中又可作为支架和模板，给施工带来方便，材料方面的优点是设计采用这一结构的最主要考虑。一般将这种类型的拱桥称为钢管混凝土拱桥。
（一）钢管混凝土拱桥在我国迅速发展的原因
钢管混凝土拱桥在30年代的前苏联就已出现，近年来国外也有修建，但其真正的发展在我国，主要原因如下:
1、拱桥是一种极具美学表现力的桥型，在我国又有着深厚的文化底蕴，钢管混凝土结构的应用，使拱桥更加轻巧、柔美，尤其是中承式和下承式桥型，以其独特的美感在风景区和城市桥梁中备受青睐。
2、我国的钢管混凝土理论研究处于世界先进水平，一些钢管混凝土结构的设计规程相继颁布实施，出版了一批有代表性的专著，钢管混凝土在厂房、高层建筑、输变电工程中的应用不断发展，为钢管混凝土应用于拱桥莫定了坚实的理论基础，并提供了宝贵的工程实践经验。
3、拱桥作为桥梁的基本桥型之一，在我国过去的交通土建工程中得到广泛的应用，为我国的主桥型。由于我国的国情，拱桥桥型中主要是钢筋混凝土拱和污工拱，现在仍无法大量应用钢结构;材料强度低，施工方面的问题一直制约着拱桥跨径的发展。钢管混凝土拱桥一定程度上解决了这两大难题，成为许多适合拱桥情况下的一个选择。
（二）钢管混凝土系杆拱桥的特点
由于我国的国情所限，污工拱桥和钢筋混凝土拱桥长期以来在我国的拱桥中占绝大多数。但在工程实际中，这两种桥型主要有以下两方面的缺点:
1、由于自重较大，水平推力也较大，在软弱地基的地方不适合修建。对钢管混凝土拱，若做成无推力的下承式或中承式拱，拉杆的代价较大，且跨径也不大，因此不经济。
2、上承式拱在平原地区受通航和两地接线问题的影响较大。钢管混凝土系杆拱桥的出现，较好的解决了这两大问题，大幅度提高了拱桥的跨径，充分发挥了拱桥丰富的结构表现力。首先，系杆作为全桥受力的构件，主要平衡恒载产生的拱脚水平推力，从而减轻了基础的受力负担，减小了基础工程量，降低了拱桥对地基的要求。
二、钢管混凝土系杆拱桥主拱肋主要施工方法的重要性
桥梁作为跨越障碍物的空中道路，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。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健技术。
桥梁的施工方法，除要考虑施工技术设备和现场环境条件等因素外，还与桥梁结构特点密切相关。不同的施工方法，在各阶段施工过程中的内力是不同的，有时结构设计往往由施工内力所控制，所以施工方法、施工内力与变形的研究应当成为桥梁建设所关注的焦点，在大桥建设过程中予以充分的重视。
桥梁的桥型、结构、材料、施工工艺等是在相互促进的过程中不断发展的。随着钢管混凝土拱桥的应用推广，它的施工问题日益受到重视，并已取得了相当的研究成果。众多科学家未保证施工的顺利进行，做了许多有益的技术探索，此外国家赞助的科研项目和新修订的技术规范中有关钢管混凝土拱桥的内容都对这种桥型的发展起到了有力的指导和促进作用。
三、转体施工法
转体施工法是将拱桥主拱圈大致分为两个对称的半跨，分别在桥梁施工现场两侧利用实际地形先做好简单支架或拱胎模架，在支架或模架上按照设计拱轴线形完成组拼拱肋析架节段和横向连接构件的工作，并用扣索将组拼成形的半跨拱肋与转体系统动力设备连成一体，然后操作动力系统施使拱肋旋转一定空间角度实现主拱肋的合龙。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、平转组合法。
（一）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。在拱脚安装转动较，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。
1、竖向转体施工技术要求
（1）拱肋:在竖转过程中，拱肋内力随竖转角度不断变化，因而要求拱肋在不同竖转状态应具有足够的强度、刚度和稳定性;同时拱肋安装重量直接关系到竖转规模和技术难度，这就要求拱肋轻型化。
（2）竖转铰:要求转动灵活，转动校的接触面满足局部承压要求。常用的竖转铰有钢板销子铰、钢管混凝土铰、插入式球铰。
[Page]
（3）扣索:根据竖转重量及牵引设备，选用钢丝绳或钢纹线。扣索数量的配置应充分考虑结构冲击、自然环境、以及扣索在转向处的育折影响。
（4）索塔:因地制宜的选用各组拼构件拼装索塔。由于索塔高度直接关系到拱肋在竖转过程中的受力状况及扣索力的大小，应综合考虑索塔施工难度及材料用量时索塔高度进行优化。
（5）拱上撑架:在拱肋上设置撑架可降低索塔的高度、改善拱肋的受力状况。
2、竖向转体施工主要流程
（1）进行主拱基础、承台、拱座的施工，同时精确安装主拱钢管析架，预埋钢管和施工所用的活动铰和索塔预埋件。
（2）在大桥设计桥位投影下方搭建钢管桩支架及拼装工作平台，并修建安全防护设施，之后利用吊运设备，进行两个半跨块肋节段的就位拼装和活动铰安装定位，同时完成两侧主索塔的拼装。
（3）完成主拱肋拼装后，安装扣索和主拱肋锚固点
（4）张拉扣索，竖转主拱肋到设计标高。
（5）调整标高，并安装合龙段的吊装或现浇施工设备，拆除钢管桩和工作平台。
（6）调整拱肋线型并完成瞬时合龙。
（7）焊接合龙段，完成全桥合龙。拆除合龙段吊装设备，按设计要求封固主跨拱脚，拆除余下的施工用钢管桩支架，并根据总体施工组织设计，逐步拆除提升扣索、反力扣索和主索塔。
（8）灌注管内混凝土。
3、竖向转体施工优缺点
（1）塔架、拱肋同时施工，节约时间。
（2）竖向转体施工不需大量的施工场地，较好的解决了钢管拱的安装线形，拱肋主要在工厂内焊接，焊接质量得到保证。
（3）在施工过程中体系内力容易控制，施工设备自动化程度高，操作方便灵活，无高空作业，安全性好，可靠性高，施工拆迁量少，施工设备、物资人员投入相对较少，造价较低，施工工序简洁，操作规程明确，施工迅速。
（4）需要在搭建钢管桩及作业平台，在水域较深的河道上相对比较困难，并在一定程度上影响河道通航。因此竖向转体施工不失为不跨度钢管拱桥施工的一种重要方法，越来越多的被设计工作者们所考虑并采纳。
参考文献：
[1]钟善桐，钢管混凝土结构，黑龙江省科学技术出版社，1994
[2]陈宝春，钢管混凝土拱桥设计与施工，人民交通出版社，2000
[3]钟善桐，钢管混凝土在我国高层建筑中的应用，哈尔滨建筑大学学报，1997
（中国混凝土与水泥制品网 转载请注明出处）
编辑：
监督：0571-85871667
投稿：news@ccement.com
本文内容为作者个人观点，不代表水泥网立场。如有任何疑问，请联系news@ccement.com。（转载说明）
