大跨度拱桥的结构型式及施工控制要点

韩 营

（山西省公路局长治分局勘测设计所，山西 长治 046000）

大跨度拱桥的结构型式及施工控制要点

韩 营

（山西省公路局长治分局勘测设计所，山西 长治 046000）

大跨度拱桥的结构型式以钢管混凝土和钢桁架两种型式为主。针对这两种大跨度拱桥的结构型式，依据其所采用的施工方法不同，施工控制要点亦各有不同。文章对上述不同桥型、不同施工方法的施工控制要点进行了总结，以利于在实际工程中灵活应用。

大跨度拱桥；钢管混凝土；钢桁架；施工控制

1 大跨度拱桥的发展

随着桥梁跨度的不断增大，以往在我国得到大量推广建设的双曲圬工拱桥与钢筋混凝土拱桥逐渐退出了工程师的视野。取而代之的是具有更高承载能力的钢管混凝土拱桥与钢桁架拱桥[1]。

钢管混凝土结构是由混凝土填入薄壁钢管内而形成的一种组合结构，其基本原理是借助钢管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和更强的塑性变形能力。钢管混凝土应用于拱桥结构中，同时解决了拱桥材料高强化和拱圈施工轻型化两大问题。桁架结构在大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中得到了广泛的应用。其主要结构特点在于，各杆件受力均以单向拉/压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。这种结构具有较好的竖向刚度；杆件多为承受轴向力构件，能够充分发挥材料的力学性能；能根据不同部位的受力大小灵活选择钢材材质和构件截面，具有良好的经济性能、可以选择单根杆件作为施工安装单元、不需要大型的起吊设备、施工较为方便等优点。

2 大跨度钢管混凝土拱桥施工方法[2]

钢管混凝土拱桥通常是先架设空钢管形成裸拱，再在其中灌注混凝土形成钢管混凝土拱。钢管拱肋的架设可以根据不同的施工条件采用不同的施工方法，主要有：无支架缆索吊装法、悬臂施工法、转体施工法、斜拉扣挂法以及几种方法综合运用的施工方法。

2.1 缆索吊装施工法

缆索吊装施工法就是根据缆索吊装系统设计的承载能力，将拱肋分段预制好，由卷扬机牵引将拱肋吊装就位，再用扣索或浪风索固定，再依次吊装其余各段并与之对接，直至全桥合拢为止，直至吊装完毕。吊装时应实施跟踪监控，要求对位准确，焊接可靠，拱轴线形满足设计要求。分段原则按照跨度大小，根据缆索的吊装能力确定适当分段数。缆索吊装法特别适用于跨越峡谷、深水河槽的大跨度拱桥的施工，拱肋及材料运输较为方便，索塔塔身无需太高，较为经济，不足之处是拱肋空中对接精度较难控制，拱轴线形难以精确控制，分段越多，质量和工期控制难度越大，因此根据条件应尽量提高缆索吊机的吊重能力，减少分段数，加快施工进度，尽快合拢拱肋。缆索吊装法是我国修建大跨径拱桥的主要方法之一。

2.2 转体施工法

转体施工法是将拱圈分为两个半跨在两岸制作，通过转体合拢的一种施工方法。拱圈作竖直旋转合拢的称为竖向转体施工法，拱圈作水平旋转合拢的称为平面转体施工法。它又可以分为平面转体、竖向转体、平竖结合。转体施工法的特点有:结构合理、受力明确、节省施工用料、减少安装架设工序、变复杂的、技术性强的水中高空作业为岸边陆上作业，施工速度快，不但施工安全、质量可靠，而且不影响通航。平面转体施工法是我国首创的施工方法。

3 大跨度钢管混凝土拱桥施工控制要点

根据上文所述的两种施工方法，在大跨度钢管混凝土拱桥施工施工控制要点分述如下：

3.1 缆索吊装施工控制要点

（1）挠度控制。钢管混凝土拱桥结构在施工过程中将受到诸多因素的影响而产生变形，需要进行挠度监控以使全桥顺利合拢。

（2）应力控制。通过跟踪计算施工过程中各断面的应力来了解实际应力状态，使之在允许范围内变化。

（3）稳定控制。在钢管混凝土拱桥施工中不仅要严格控制变形和应力，还要严格控制施工各阶段构件的局部和整体稳定。目前主要是通过稳定分析计算，并结合结构应力、变形情况来综合控制其稳定性。

（4）索力计算与控制。在节段吊装过程中，扣索索力的大小直接关系到节段标高的控制，并与钢管拱肋段重量和扣点的布置位置、扣索的倾角等因素密切相关。索力计算已成为施工控制的一项重要内容。确定钢管混凝土拱桥施工张拉力的方法主要有两大类：一是力矩平衡法；二是有限元—零位移法。

3.2 转体施工控制要点

转体施工就是在河流两岸利用地形搭设简易支架，预制组装半跨径性骨架拱圈，浇注磨心、磨盖、上盘、背墙，然后张拉脱架转体劲性骨架合龙形成劲性拱架，逐步浇注主拱圈最后在主拱圈上浇注拱上建筑。

（1）磨心制作。磨心磨盖对于转体施工来说至关重要，制作不好给以后转体带来很大的麻烦，甚至转体失败。利用高强度混凝土在桩基承台上浇注球缺形成磨心，在混凝土终凝之前用母线反复刮制，以求表面光滑，有利于磨盖的制作。

（2）磨盖制作。在制作好的磨心球铰面上铺3～5层塑料薄膜，同模浇注钢筋混凝土铰盖。待铰盖混凝土达到一定强度后，提起铰盖撕去塑料薄膜，再将铰盖盖在磨心上以人工推动转动磨合，达到要求后，清洗磨心磨盖，在上面涂抹上一层厚2～3 m的黄油四氟粉作为润滑剂。盖上铰盖后如果一个普通体力的工人用3 m长的推杆可以推着铰盖旋转，即可认为此道工序验收合格。

（3）转体合拢。通过张拉拉杆把钢管混凝土劲性骨架和背墙、上盘联结成一个完整的转动体系，转动体系的重心设计在磨心上，保险墩支撑在下盘钢板环道上，转动体系脱架后即可用普通千斤顶平稳地驱动转体合龙。

（4）主拱肋制作。合龙之后主跨己经架起了一个承载能力十分强大，稳定安全系数足够的拱形劲性骨架，因而后续施工中所需的材料运输通道、施工脚手架都十分容易形成，模板的放样定位以钢管骨架为依托也很方便，一切操作与在岸边搭架施工几乎一样。主拱圈混凝土分四环浇注形成，所有工况都应左、右半拱对称进行。

（5）拱上建筑制作。主拱圈形成之后，整个结构刚度很大，拱上建筑按常规拱上搭架方法施工即可。要求垫梁、立柱、盖梁，左、右半拱要对称浇注。工字梁和预制桥面底板要左、右半拱对称，逐根、逐块顺桥向贯通，不允许逐孔集中加载。

4 大跨度钢桁架拱桥施工方法[3～4]

大跨度钢桁架拱桥比较常用的方法是悬臂拼装法。安装拼装作业方式不同又分为：

（1）利用吊机从两岸分别向主跨跨中单向悬拼跨中合龙的方法，对于仅主跨为大跨析拱结构，而边跨为跨度相对较小的析梁结构的连续桥而言应是比较适宜的安装方法。该方法边跨安装时的临时支架受力明确，设计和施工都较容易，施工措施费用的增加相对也很有限。

（2）利用吊机从中支点向两侧对称悬拼跨中合龙的方法是利用中支点断面具有的强大抗弯抗剪能力实现较大的施工悬臂长度，以减少安装临时支架的数量和局部加固部件的数量。对于多跨的连续精架刚性拱桥而言，该安装方法应是最优的。对于仅主跨为大跨析拱结构，而两侧边跨为跨度相对较小的析梁结构的3跨或多跨的连续桥，由于中支点范围的构件单重和长度为全桥最大的，需要的拼装设备的能力大幅提高，是否具有这种能力的吊机以及主墩两侧搭设临时支架的难度是决定能否采用对称悬拼的关键控制因素。

5 大跨度钢桁架拱桥施工控制要点

应用悬臂拼装施工方法是，桥梁的构件均按设计无应力尺寸在工厂加工制作，运输到施工现场后将杆件和前端节点预拼成吊装单元，用高强度螺栓摩擦连接，悬臂法安装，施工控制的重点和难点主要有如下几个方面：

（1）杆件的加工制作精度、现场安装时栓孔定位精度、悬臂安装变形控制措施、主墩球型支座安装及定位精度控制措施。

（2）此类桥梁主结构用钢梁量巨大，杆件单元众多，构件的预拼场布置、出运方式和安装设备作业效率是影响施工进度的关键。

（3）由于链接构件多为高强螺栓，容易受季节温差影响，节点摩擦面处理质量、高强度螺栓连接副质量、施拧工艺及质量保证措施是影响构件连接质量和耐久性的关键。

（4）在合拢前的单悬臂状态，施工期间防倾覆稳定控制措施、主结构内力控制措施、析拱及钢系杆跨中无应力合龙位移调整措施、结构受力体系转换控制措施、架梁专用设备的技术安全性能等是确保工程施工安全的关键。

[1] 项海帆.大跨度桥梁工程的最新进展.中国土木工程学会桥梁及结构工程学会桥梁学术研讨会论文集.1990年.

[2] 陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工.人民交通出版社.1999.

[3] 徐伟.钢析架刚性拱桥的设计.桥梁建设，2006年增刊1:1～4.

[4] 岳丽娜，陈思甜.钢析梁桥施工架设方法研究综述.公路交通科技，2006年6月第3期：86-89.

Main Jobs of Construction Control for Long Span Arch Bridge of Different Type

Han Ying

The type of long span arch bridge is dominated by steel pipe concrete and steel truss arch bridge.For these two above structure types,the construction control is different and judged by the construction methods.In this paper,for the purpose of taking appropriate construction control measure,the main jobs of construction control for different type and different construction methods are introduced.

long span arch bridge；steel pipe concrete；steel truss；construction control

U448.22

A

1000-8136(2011)02-0089-02

韩营，女，1980年7月11日出生，辽宁省盖州市人，毕业于辽宁省交通高等专科学校，助理工程师。