大跨度拱橋的結(jié)構(gòu)型式及施工控制要點

韓 營

（山西省公路局長治分局勘測設(shè)計所，山西 長治 046000）

大跨度拱橋的結(jié)構(gòu)型式及施工控制要點

韓 營

（山西省公路局長治分局勘測設(shè)計所，山西 長治 046000）

大跨度拱橋的結(jié)構(gòu)型式以鋼管混凝土和鋼桁架兩種型式為主。針對這兩種大跨度拱橋的結(jié)構(gòu)型式，依據(jù)其所采用的施工方法不同，施工控制要點亦各有不同。文章對上述不同橋型、不同施工方法的施工控制要點進行了總結(jié)，以利于在實際工程中靈活應(yīng)用。

大跨度拱橋；鋼管混凝土；鋼桁架；施工控制

1 大跨度拱橋的發(fā)展

隨著橋梁跨度的不斷增大，以往在我國得到大量推廣建設(shè)的雙曲圬工拱橋與鋼筋混凝土拱橋逐漸退出了工程師的視野。取而代之的是具有更高承載能力的鋼管混凝土拱橋與鋼桁架拱橋[1]。

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是由混凝土填入薄壁鋼管內(nèi)而形成的一種組合結(jié)構(gòu)，其基本原理是借助鋼管對核心混凝土的套箍約束作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使核心混凝土具有更高的抗壓強度和更強的塑性變形能力。鋼管混凝土應(yīng)用于拱橋結(jié)構(gòu)中，同時解決了拱橋材料高強化和拱圈施工輕型化兩大問題。桁架結(jié)構(gòu)在大跨度的廠房、展覽館、體育館和橋梁等公共建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。其主要結(jié)構(gòu)特點在于，各桿件受力均以單向拉/壓為主，通過對上下弦桿和腹桿的合理布置，可適應(yīng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的彎矩和剪力分布。這種結(jié)構(gòu)具有較好的豎向剛度；桿件多為承受軸向力構(gòu)件，能夠充分發(fā)揮材料的力學性能；能根據(jù)不同部位的受力大小靈活選擇鋼材材質(zhì)和構(gòu)件截面，具有良好的經(jīng)濟性能、可以選擇單根桿件作為施工安裝單元、不需要大型的起吊設(shè)備、施工較為方便等優(yōu)點。

2 大跨度鋼管混凝土拱橋施工方法[2]

鋼管混凝土拱橋通常是先架設(shè)空鋼管形成裸拱，再在其中灌注混凝土形成鋼管混凝土拱。鋼管拱肋的架設(shè)可以根據(jù)不同的施工條件采用不同的施工方法，主要有：無支架纜索吊裝法、懸臂施工法、轉(zhuǎn)體施工法、斜拉扣掛法以及幾種方法綜合運用的施工方法。

2.1 纜索吊裝施工法

纜索吊裝施工法就是根據(jù)纜索吊裝系統(tǒng)設(shè)計的承載能力，將拱肋分段預(yù)制好，由卷揚機牽引將拱肋吊裝就位，再用扣索或浪風索固定，再依次吊裝其余各段并與之對接，直至全橋合攏為止，直至吊裝完畢。吊裝時應(yīng)實施跟蹤監(jiān)控，要求對位準確，焊接可靠，拱軸線形滿足設(shè)計要求。分段原則按照跨度大小，根據(jù)纜索的吊裝能力確定適當分段數(shù)。纜索吊裝法特別適用于跨越峽谷、深水河槽的大跨度拱橋的施工，拱肋及材料運輸較為方便，索塔塔身無需太高，較為經(jīng)濟，不足之處是拱肋空中對接精度較難控制，拱軸線形難以精確控制，分段越多，質(zhì)量和工期控制難度越大，因此根據(jù)條件應(yīng)盡量提高纜索吊機的吊重能力，減少分段數(shù)，加快施工進度，盡快合攏拱肋。纜索吊裝法是我國修建大跨徑拱橋的主要方法之一。

2.2 轉(zhuǎn)體施工法

轉(zhuǎn)體施工法是將拱圈分為兩個半跨在兩岸制作，通過轉(zhuǎn)體合攏的一種施工方法。拱圈作豎直旋轉(zhuǎn)合攏的稱為豎向轉(zhuǎn)體施工法，拱圈作水平旋轉(zhuǎn)合攏的稱為平面轉(zhuǎn)體施工法。它又可以分為平面轉(zhuǎn)體、豎向轉(zhuǎn)體、平豎結(jié)合。轉(zhuǎn)體施工法的特點有:結(jié)構(gòu)合理、受力明確、節(jié)省施工用料、減少安裝架設(shè)工序、變復(fù)雜的、技術(shù)性強的水中高空作業(yè)為岸邊陸上作業(yè)，施工速度快，不但施工安全、質(zhì)量可靠，而且不影響通航。平面轉(zhuǎn)體施工法是我國首創(chuàng)的施工方法。

3 大跨度鋼管混凝土拱橋施工控制要點

根據(jù)上文所述的兩種施工方法，在大跨度鋼管混凝土拱橋施工施工控制要點分述如下：

3.1 纜索吊裝施工控制要點

（1）撓度控制。鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)在施工過程中將受到諸多因素的影響而產(chǎn)生變形，需要進行撓度監(jiān)控以使全橋順利合攏。

（2）應(yīng)力控制。通過跟蹤計算施工過程中各斷面的應(yīng)力來了解實際應(yīng)力狀態(tài)，使之在允許范圍內(nèi)變化。

（3）穩(wěn)定控制。在鋼管混凝土拱橋施工中不僅要嚴格控制變形和應(yīng)力，還要嚴格控制施工各階段構(gòu)件的局部和整體穩(wěn)定。目前主要是通過穩(wěn)定分析計算，并結(jié)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形情況來綜合控制其穩(wěn)定性。

（4）索力計算與控制。在節(jié)段吊裝過程中，扣索索力的大小直接關(guān)系到節(jié)段標高的控制，并與鋼管拱肋段重量和扣點的布置位置、扣索的傾角等因素密切相關(guān)。索力計算已成為施工控制的一項重要內(nèi)容。確定鋼管混凝土拱橋施工張拉力的方法主要有兩大類：一是力矩平衡法；二是有限元—零位移法。

3.2 轉(zhuǎn)體施工控制要點

轉(zhuǎn)體施工就是在河流兩岸利用地形搭設(shè)簡易支架，預(yù)制組裝半跨徑性骨架拱圈，澆注磨心、磨蓋、上盤、背墻，然后張拉脫架轉(zhuǎn)體勁性骨架合龍形成勁性拱架，逐步澆注主拱圈最后在主拱圈上澆注拱上建筑。

（1）磨心制作。磨心磨蓋對于轉(zhuǎn)體施工來說至關(guān)重要，制作不好給以后轉(zhuǎn)體帶來很大的麻煩，甚至轉(zhuǎn)體失敗。利用高強度混凝土在樁基承臺上澆注球缺形成磨心，在混凝土終凝之前用母線反復(fù)刮制，以求表面光滑，有利于磨蓋的制作。

（2）磨蓋制作。在制作好的磨心球鉸面上鋪3～5層塑料薄膜，同模澆注鋼筋混凝土鉸蓋。待鉸蓋混凝土達到一定強度后，提起鉸蓋撕去塑料薄膜，再將鉸蓋蓋在磨心上以人工推動轉(zhuǎn)動磨合，達到要求后，清洗磨心磨蓋，在上面涂抹上一層厚2～3 m的黃油四氟粉作為潤滑劑。蓋上鉸蓋后如果一個普通體力的工人用3 m長的推桿可以推著鉸蓋旋轉(zhuǎn)，即可認為此道工序驗收合格。

（3）轉(zhuǎn)體合攏。通過張拉拉桿把鋼管混凝土勁性骨架和背墻、上盤聯(lián)結(jié)成一個完整的轉(zhuǎn)動體系，轉(zhuǎn)動體系的重心設(shè)計在磨心上，保險墩支撐在下盤鋼板環(huán)道上，轉(zhuǎn)動體系脫架后即可用普通千斤頂平穩(wěn)地驅(qū)動轉(zhuǎn)體合龍。

（4）主拱肋制作。合龍之后主跨己經(jīng)架起了一個承載能力十分強大，穩(wěn)定安全系數(shù)足夠的拱形勁性骨架，因而后續(xù)施工中所需的材料運輸通道、施工腳手架都十分容易形成，模板的放樣定位以鋼管骨架為依托也很方便，一切操作與在岸邊搭架施工幾乎一樣。主拱圈混凝土分四環(huán)澆注形成，所有工況都應(yīng)左、右半拱對稱進行。

（5）拱上建筑制作。主拱圈形成之后，整個結(jié)構(gòu)剛度很大，拱上建筑按常規(guī)拱上搭架方法施工即可。要求墊梁、立柱、蓋梁，左、右半拱要對稱澆注。工字梁和預(yù)制橋面底板要左、右半拱對稱，逐根、逐塊順橋向貫通，不允許逐孔集中加載。

4 大跨度鋼桁架拱橋施工方法[3～4]

大跨度鋼桁架拱橋比較常用的方法是懸臂拼裝法。安裝拼裝作業(yè)方式不同又分為：

（1）利用吊機從兩岸分別向主跨跨中單向懸拼跨中合龍的方法，對于僅主跨為大跨析拱結(jié)構(gòu)，而邊跨為跨度相對較小的析梁結(jié)構(gòu)的連續(xù)橋而言應(yīng)是比較適宜的安裝方法。該方法邊跨安裝時的臨時支架受力明確，設(shè)計和施工都較容易，施工措施費用的增加相對也很有限。

（2）利用吊機從中支點向兩側(cè)對稱懸拼跨中合龍的方法是利用中支點斷面具有的強大抗彎抗剪能力實現(xiàn)較大的施工懸臂長度，以減少安裝臨時支架的數(shù)量和局部加固部件的數(shù)量。對于多跨的連續(xù)精架剛性拱橋而言，該安裝方法應(yīng)是最優(yōu)的。對于僅主跨為大跨析拱結(jié)構(gòu)，而兩側(cè)邊跨為跨度相對較小的析梁結(jié)構(gòu)的3跨或多跨的連續(xù)橋，由于中支點范圍的構(gòu)件單重和長度為全橋最大的，需要的拼裝設(shè)備的能力大幅提高，是否具有這種能力的吊機以及主墩兩側(cè)搭設(shè)臨時支架的難度是決定能否采用對稱懸拼的關(guān)鍵控制因素。

5 大跨度鋼桁架拱橋施工控制要點

應(yīng)用懸臂拼裝施工方法是，橋梁的構(gòu)件均按設(shè)計無應(yīng)力尺寸在工廠加工制作，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后將桿件和前端節(jié)點預(yù)拼成吊裝單元，用高強度螺栓摩擦連接，懸臂法安裝，施工控制的重點和難點主要有如下幾個方面：

（1）桿件的加工制作精度、現(xiàn)場安裝時栓孔定位精度、懸臂安裝變形控制措施、主墩球型支座安裝及定位精度控制措施。

（2）此類橋梁主結(jié)構(gòu)用鋼梁量巨大，桿件單元眾多，構(gòu)件的預(yù)拼場布置、出運方式和安裝設(shè)備作業(yè)效率是影響施工進度的關(guān)鍵。

（3）由于鏈接構(gòu)件多為高強螺栓，容易受季節(jié)溫差影響，節(jié)點摩擦面處理質(zhì)量、高強度螺栓連接副質(zhì)量、施擰工藝及質(zhì)量保證措施是影響構(gòu)件連接質(zhì)量和耐久性的關(guān)鍵。

（4）在合攏前的單懸臂狀態(tài)，施工期間防傾覆穩(wěn)定控制措施、主結(jié)構(gòu)內(nèi)力控制措施、析拱及鋼系桿跨中無應(yīng)力合龍位移調(diào)整措施、結(jié)構(gòu)受力體系轉(zhuǎn)換控制措施、架梁專用設(shè)備的技術(shù)安全性能等是確保工程施工安全的關(guān)鍵。

[1] 項海帆.大跨度橋梁工程的最新進展.中國土木工程學會橋梁及結(jié)構(gòu)工程學會橋梁學術(shù)研討會論文集.1990年.

[2] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計與施工.人民交通出版社.1999.

[3] 徐偉.鋼析架剛性拱橋的設(shè)計.橋梁建設(shè)，2006年增刊1:1～4.

[4] 岳麗娜，陳思甜.鋼析梁橋施工架設(shè)方法研究綜述.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

韓營，女，1980年7月11日出生，遼寧省蓋州市人，畢業(yè)于遼寧省交通高等?？茖W校，助理工程師。