我國混凝土拱橋應用現(xiàn)狀與展望

陳寶春，張夢嬌，劉君平，李聰

(1. 福州大學土木工程學院，福建 福州 350108； 2. 橋梁技術(shù)創(chuàng)新與風險防治國際聯(lián)合研究中心，福建 福州 350108)

0 引言

拱橋是一種重要的橋梁類型. 古代的橋梁結(jié)構(gòu)形式主要有梁橋、 懸索橋和拱橋. 究其主要受力結(jié)構(gòu)，梁和懸索可能是人模仿自然現(xiàn)象開始建造的，而自然界中天生拱的受力與拱結(jié)構(gòu)相差極大，人類不可能通過仿照來修建，拱完全是人類發(fā)明出來的. 因此，有人認為拱是人類在結(jié)構(gòu)領(lǐng)域最早、 最偉大的發(fā)明，與輪子的發(fā)明一樣讓人感到驚奇[1]. 拱由于能將豎向荷載轉(zhuǎn)化為壓力，其彎矩和剪力比同跨徑的梁小許多，可節(jié)省材料，增大跨徑能力. 與懸索結(jié)構(gòu)相比剛度大、 抗變形能力強、 適用性好. 因此，拱在相當長的歷史時期內(nèi)一直是大跨徑橋梁的主要形式. 由于它以受壓為主，能夠采用石材修建，耐久性好. 迄今為止，保存上千年的橋梁，也只有石拱橋[2].

混凝土是一種抗壓強度較高而抗拉強度較低的材料，應用于以受壓為主的拱結(jié)構(gòu)中具有天然的合理性. 在公元前，古羅馬的天然混凝土就已用到拱結(jié)構(gòu)中. 1759年波特蘭水泥出現(xiàn)后，人工混凝土也首先在拱結(jié)構(gòu)中得到應用. 此后，混凝土拱橋技術(shù)得到不斷發(fā)展，修建的數(shù)量不斷增多，跨徑也不斷加大[3-4]. 混凝土拱橋一直是我國的重要橋型. 改革開放前，混凝土拱橋在我國公路橋梁中占主導地位[5]，期間還提出并發(fā)展了自重輕、 用材省、 方便施工的雙曲拱、 桁架拱和剛架拱等輕型拱橋，適應當時的國情[6]. 改革開放后，修建許多大跨徑的混凝土箱拱橋，跨徑也從百余米向二百、 三百米推進，并于1997年建成了跨徑達420 m的萬縣長江大橋. 該橋是世界上首座跨徑超過400 m的混凝土拱橋[7].

文獻[8]收集了截至2007年8月我國跨徑不小于100 m的199座混凝土拱橋資料，并進行分析與展望. 結(jié)果表明，無論數(shù)量還是跨徑，我國大跨徑混凝土拱橋建設(shè)成就均名列世界第一，主要技術(shù)成就體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和施工方法進步上，但仍需及時總結(jié)、 認真學習，以推動我國混凝土拱橋的不斷發(fā)展. 2007年后，混凝土拱橋在我國得到了進一步的發(fā)展[6, 9-11]，但未見全面的調(diào)查分析. 為此，本文進行全面的資料收集，起始時間為2007年9月，截止時間為2020年11月，對象仍為跨徑不小于100 m的混凝土拱橋，共收集到114座(其中10座在建)，加上2007年的199座，共計313座. 在這313座橋中，有17座已被拆除，均是2007年以前修建的. 因此現(xiàn)存的已建橋梁為286座，在建10座，總計296座. 本文的混凝土拱橋指建成后主拱以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力為主的拱橋，包括采用埋置拱架法修建的混凝土拱橋以及早期修建的預應力桁式組合拱橋，不包括素混凝土拱橋.

本文將對這296座橋梁資料進行整理分析，以掌握其最新發(fā)展趨勢，并對今后發(fā)展進行了簡要的展望. 為了便于對比分析，下文中“2007年前”指的是為文獻[8]所收集的2007年9月以前的資料，“2007年后”指的是本文收集的2007年9月至2020年11月的資料. 本文在資料收集過程中，參閱了大量的文獻、 網(wǎng)絡和報刊資料，由于數(shù)量眾多，無法一一列出，文后僅列出直接參考引用的主要文獻.

1 應用概況

1.1 數(shù)量

圖1為我國混凝土拱橋累計數(shù)量隨時間(年)的變化曲線圖，所統(tǒng)計的已知修建時間的橋例共233座. 從圖1中可看出，2007年以來混凝土拱橋的修建沿續(xù)了1985年的發(fā)展趨勢，每年平均8座多. 圖中2015年之后的曲線有所放緩，也可能是一些橋梁尚未見諸文獻報道的原因，這種現(xiàn)象在之前的許多橋梁統(tǒng)計分析中均出現(xiàn)過[8, 12-13]，但總的來說，大跨徑混凝土拱橋在我國的修建近十幾年來仍在持續(xù)增加.

圖1 混凝土拱橋累計數(shù)量曲線Fig.1 Cumulative quantity curve of concrete arch bridge

1.2 跨徑

表1給出了296座混凝土拱橋跨徑的分布情況. 從表1中可知，跨徑不小于200 m的混凝土拱橋，2007年前8座，僅占總數(shù)的4.4%； 2007年后達到22座，占總數(shù)的19.3%(見表2). 跨徑大于400 m的混凝土拱橋由原來的1座增加到了現(xiàn)在的5座(包括在建的2座)，且其中3座(云南滬昆高鐵北盤江特大橋、 四川新市西寧河大橋和廣西天峨龍灘特大橋)的跨徑均超過1997年完工的跨徑420 m的萬縣長江大橋. 從以上分析可知，隨著時間的推移，混凝土拱橋在往大跨徑方向發(fā)展.

表1 混凝土拱橋跨徑分布Tab.1 Span distribution of concrete arch bridges

表2 2007年以來我國跨徑不小于200 m的混凝土拱橋一覽表Tab.2 List of concrete arch bridges with span no less than 200 m in China since 2007

盡管混凝土拱橋的技術(shù)在不斷地發(fā)展，但即使在現(xiàn)在，跨徑不小于200 m的占比仍只有19.3%. 因此可以將200 m跨徑作為一個分界，認為小于此的橋梁，技術(shù)難度不大，可視為常規(guī)橋梁； 而將跨徑不小于200 m的視為具有技術(shù)難度的橋梁，在設(shè)計、 施工時予以重視.

表3是國外2007年至今修建的跨徑不小于200 m的混凝土拱橋一覽表[14-21]，共收集到7座. 顯然，我國修建的大跨徑混凝土拱橋，與國外相比，呈現(xiàn)數(shù)量多，跨徑大的特點.

表3 國外跨徑不小于200 m的混凝土拱橋一覽表Tab.3 List of concrete arch bridges with a span not less than 200 m in other countries

圖2為我國混凝土拱橋最大跨徑增長趨勢圖，從圖2可看出，我國混凝土拱橋最大跨徑呈現(xiàn)出平緩和快速各二次的增長. 1966年到1990年，為第一個平緩增長期，24年間最大跨徑從150 m增長到240 m，年均增長3.7 m； 1990年到1997年，短短的7年，最大跨徑增長了180 m，年均增長25.7 m，為第一次快速增長； 1997年到2016年進入第二個平緩增長期，19年間增長了25 m，年均僅增長1.3 m； 近期在建的廣西天峨龍灘特大橋，則將最大跨徑提高到600 m，較之現(xiàn)有的跨徑紀錄445 m，猛增了155 m，形成了第二次的快速增長.

圖2 我國混凝土拱橋最大跨徑增長趨勢Fig.2 Growth trend of the largest span of concrete arch bridges in China

1.3 區(qū)域分布

圖3為混凝土拱橋按照區(qū)域分布的統(tǒng)計結(jié)果，共統(tǒng)計到已知修建地區(qū)的橋例288座，與文獻[13]一樣，將全國分為華東、 華南、 華中、 華北、 西北、 西南、 東北等區(qū)域. 統(tǒng)計結(jié)果表明混凝土拱橋分布較集中，以西南地區(qū)為主，占總數(shù)的70.8%. 這是由于混凝土拱橋的自重較大，以有推力拱為主，主要適用于地質(zhì)條件較好、 河谷較深的西南地區(qū)[22]. 而文獻[13]對鋼管混凝土拱橋的分析表明，由于其自重較輕，無推力或部分推力拱較多，分布的區(qū)域較廣泛，華東地區(qū)應用較多.

圖3 混凝土拱橋區(qū)域分布統(tǒng)計圖Fig.3 Regional distribution of concrete arch bridges

1.4 行業(yè)分布

將混凝土拱橋按行業(yè)( 功能) 分為4類： 公路橋、 市政橋、 鐵路橋以及“其他橋”( 如人行橋和碼頭棧橋等). 對已知行業(yè)的235座混凝土拱橋進行統(tǒng)計，應用最多的是公路橋，占總數(shù)的73.6%； 其次是市政橋，占16.6%； 再其次為鐵路橋，占6.0%； 最少的是“其他”，僅占3.8%. 而由文獻[12]可知，鋼管混凝土拱橋中公路橋與市政橋占比相當，分別占到總數(shù)的41.0%和46.0%. 混凝土拱橋在市政工程上的應用相對較少，其原因可能是它自重大且以上承式為主，作為市政橋梁的適用性略差.

圖4是對混凝土拱橋行業(yè)分布的階段統(tǒng)計. 從圖4中可知，近些年混凝土拱橋在公路橋梁上的應用比例有所下降，而在鐵路橋梁上的應用比例則提高了近10%. 近年來我國鐵路進入大建設(shè)時期，大跨徑混凝土拱橋?qū)囟茸冃蔚拿舾行燥@著低于鋼拱橋和鋼管混凝土拱橋，更適用于對變形控制嚴格的鐵路橋梁[9]. 此次共統(tǒng)計到13座鐵路橋梁，有10座是2007年以后修建的，且其中5座跨徑大于300 m的拱橋均是在2015年以后修建的.

(a) 2007年前

(b) 2007年后圖4 混凝土拱橋行業(yè)分布階段統(tǒng)計Fig.4 Industry distribution statistics of concrete arch bridge in various stages

2 橋型與結(jié)構(gòu)

2.1 橋型

根據(jù)收集到的橋例資料，將混凝土拱橋橋型分為4類:(1)上承式拱； (2)中承式拱； (3)輕型拱； (4)其他. 其中，上承式與中承式均為有推力的無鉸拱，輕型拱指我國上世紀六七十年代在特殊歷史時期所修建的雙曲拱、 桁架拱、 剛架拱以及預應力桁式組合拱，其他指不在上述3類中、 應用較少的橋型. 表4所示為拱橋的結(jié)構(gòu)形式分布，其統(tǒng)計橋例為296座，其中2007年的資料包含了被拆除的橋梁，以充分反映橋型的設(shè)計選擇情況.

表4 混凝土拱橋結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)計Tab.4 Statistics of structural forms of the concrete arch bridges

從表4可知，無論是2007年前還是2007年后, 上承式拱的應用比例均最大，2007年后的應用比例更是高達92.8%，成為最主要的結(jié)構(gòu)形式. 其原因一方面是混凝土拱橋自重大、 主要應用于基礎(chǔ)較好的山區(qū)，受建筑高度和接線高程影響小，上承式拱更適用； 另一方面，在受地形、 地質(zhì)、 接線高程等限制需要采用中承式拱時，過去受經(jīng)濟性的影響仍以混凝土拱橋修建為主，而2007年以后則更多地采用相對來說自重較輕、 施工較方便和構(gòu)造較易處理的鋼管混凝土拱或鋼拱. 至于輕型拱中，目前只有剛架拱在跨線橋中偶有應用，但因跨徑均不大，未進入本次調(diào)查的范圍，而另幾種已無新的應用[23-24]，因此，本次調(diào)查中未有新增的輕型拱. 至于2007年以前修建的輕型拱由于自身結(jié)構(gòu)存在的不足，在道路等級、 交通要求不斷提高的情況下，盡管一些橋梁進行了加固維修，但絕大部分最終還是被拆除重建，此次統(tǒng)計到的已拆除的17座混凝土拱橋中有14座為輕型拱. 近年來，有關(guān)混凝土輕型拱的加固研究也日漸減少. 此類橋梁由于年代不久、 技術(shù)價值不大，算不上歷史建筑，更成不了文化遺產(chǎn). 目前僅有少量后期修建的橋梁，還在應用，但不少被限制交通，難以成為“活態(tài)遺產(chǎn)”[25]. 個別條件適合的橋梁，將來被列入近代橋梁“靜態(tài)遺產(chǎn)”[25]，也仍具有可能.

其他橋型的混凝土拱橋，2007年以前的有21座，占比10.6%，主要有上承式有鉸拱、 中承式組合拱、 下承式系桿拱等； 2007年以后，則只有3座，占比3.1%，均為下承式系桿拱. 其他形式的減少，也是使上承式拱的比例增大的一個原因.

由于2007年以來，輕型拱已無修建，因此下文的結(jié)構(gòu)參數(shù)分析中不包含輕型拱，以排除它對分析結(jié)果的干擾.

2.2 主拱截面形式

拱圈是混凝土拱橋最主要的承重結(jié)構(gòu)，因此拱圈的截面形式也至關(guān)重要. 我國混凝土拱橋按主拱截面形式可分為整體式拱圈和分離式拱肋，分離式拱肋又可分為箱肋和工字形肋. 表5是混凝土拱橋的拱圈截面形式統(tǒng)計，共統(tǒng)計橋例129座.

表5 拱圈截面形式統(tǒng)計Tab.5 Statistics of section form of the arch

從表5可知，整體式拱圈始終是主拱截面應用的主要形式，近13年來的應用比2007年前提高了近24%，這主要得益于近年來上承式拱在我國應用增多； 分離式拱肋則應用較少，其主要是應用于中下承式拱橋. 在肋式拱中，僅有1座2007年修建的拱橋采用了工字肋，其余均為箱肋. 加上箱形拱，主拱箱形截面采用率高達99%以上. 箱形截面抗扭剛度大，結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性較好, 適用于大跨徑混凝土拱橋.

2.3 主拱幾何尺寸

矢跨比不僅是反映拱橋受力特性的一個重要指標，同時還影響著拱橋的構(gòu)造形式和施工方法的選擇，合適的矢跨比對拱橋的美觀也起著重要的作用. 圖5是矢跨比的分布統(tǒng)計結(jié)果.

(a) 2007年前

(b) 2007年后圖5 混凝土拱橋矢跨比分布階段統(tǒng)計Fig.5 The rise-span ratio distribution of concrete arch bridges in various stages

由圖5可知，矢跨比主要集中在1/4～1/8之間，在2007年以前以1/6為多, 2007年以后則是以1/5為主. 其中矢跨比與跨徑的關(guān)系都不大，這與鋼管混凝土拱橋相似[13].

對于拱軸線形，2007年后的統(tǒng)計結(jié)果與2007年前相似，仍以懸鏈線為主，具體統(tǒng)計結(jié)果見表6. 在統(tǒng)計到的63座拱橋中，只有3座采用拋物線、 1座采用圓弧拱軸線.

表6 拱軸線形統(tǒng)計Tab.6 Statistics of arch axis

對于已知拱軸系數(shù)的84座懸鏈線拱橋(2007年以前27座，2007年以后57座)，其拱軸系數(shù)主要集中在1.347～2.514之間(占總數(shù)的96.4%)，圖6為拱軸系數(shù)與跨徑的關(guān)系. 從圖6可知其與跨徑關(guān)系不大，與時間關(guān)系也不大，其中拱軸系數(shù)m=1.756、 1.988和1.543最常用，這與拱上建筑的布置和工程習慣有關(guān).

(a) 2007年前

(b) 2007年后圖6 拱軸系數(shù)與跨徑的關(guān)系Fig.6 Relationship between arch axis coefficient and span

2.3.2 截面參數(shù)

圖7所示為拱肋高與拱橋跨徑的關(guān)系，由圖7可知拱肋高隨著跨徑的增大而增大. 在不同階段修建的拱橋其拱肋高跨比的取值相似，在拱頂處，拱肋高約為跨徑的1/44～1/75； 在拱腳處，拱肋高約為跨徑的1/29～1/75.

(a) 2007年前

(b) 2007年后圖7 拱肋高與跨徑的關(guān)系Fig.7 Relationship between arch rib depth and bridge span

統(tǒng)計分析表明，上承式拱橋拱肋寬與跨徑的關(guān)系，無論是2007年前還是2007年后修建的，拱肋寬一般為跨徑的1/10～1/25，且對于特大跨徑拱橋，隨著跨徑的增加，寬跨比呈減小的趨勢，這時只要拱橋的橫向穩(wěn)定性得到保證即可. 上承式拱橋拱肋寬一般為橋?qū)挼?/5～1. 對于肋拱橋，則肋寬一般小于4 m，拱肋寬度與橋?qū)挼谋戎悼赡苄∮?/5. 另外，拱橋肋寬與公路的車道數(shù)或者鐵路線路有一定的關(guān)系.

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的主要由卷積層、池化層和全連接層組成，如圖1如示。卷積層使用卷積核對圖像進行卷積操作，用來計算圖像特征。在卷積層后面一般緊跟著一個池化層，負責提取圖像的主要特征并對圖像特征進行壓縮。池化層的主要作用是減少數(shù)據(jù)的規(guī)模和計算負荷、降低算法的復雜度。全連接層則負責將前面步驟提取到的特征映射到樣本空間進行輸出。

統(tǒng)計結(jié)果表明，對于箱形拱而言，邊腹板厚度取值集中在15～60 cm，中腹板厚度取值集中在10～40 cm(統(tǒng)計橋例共33座，其中2007年以后的橋例為23座). 而頂?shù)装搴穸葎t以20～60 cm居多(統(tǒng)計橋例共32座，其中2007年以后的橋例為22座).

2.4 主拱材料

共統(tǒng)計到已知主拱混凝土強度的橋梁66座(采用埋置拱架法施工的拱橋其主拱強度指外包混凝土強度)，統(tǒng)計結(jié)果見表7. 由表7可知, 在2007年前有51.8%采用C40，2007年后有51.2%采用C50. 因此C50已成為近期的應用主流，更高強度的C55、 C60應用也在增加. 圖8是混凝土拱橋跨徑與主拱強度發(fā)展趨勢，由圖8可知隨著跨徑的增加，主拱所采用的混凝土強度也在逐漸提高.

表7 主拱混凝土強度統(tǒng)計Tab.7 Statistics of concrete strength of the arch

圖8 混凝土拱橋跨徑與主拱強度發(fā)展趨勢Fig.8 Development trends of span and arch strength of concrete arch bridges

此外，此次統(tǒng)計中主拱采用C55及C60的橋梁中有90%以上是采用埋置拱架法進行施工的. 針對此類拱橋，圖9進行了專門的材料強度統(tǒng)計. 從圖9中可見，隨著跨徑的增長，鋼管內(nèi)混凝土和外包混凝土強度也在逐漸提高. 相對而言，管內(nèi)混凝土的強度要大于外包混凝土的強度，最高的管內(nèi)混凝土強度已達C100，應用于敘古高速磨刀溪大橋和廣安官盛渠江大橋之中.

圖9 混凝土材料強度與跨徑的關(guān)系Fig.9 Relationship between concrete strength and span

總體而言，對于以受壓為主的大跨徑混凝土拱橋來說，主拱材料以強度為主的性能越高越好[9]. 隨著混凝土材料的技術(shù)進步，國外大跨徑混凝土拱橋所用材料的強度在不斷提高，如323 m的美國胡佛大壩大橋采用了C70混凝土，384 m的西班牙Almonte大橋采用了C80/C95混凝土[23]. 我國的混凝土強度還沒用到這么高，但發(fā)展趨勢與國外是相同的. 相對而言，國外的大跨徑混凝土拱橋基本以懸臂澆筑法施工，對主拱的自重控制需求高，采用高強混凝土的迫切性大； 而我國以埋置CFST拱架法為主，對后期外包混凝土的自重敏感性略低，反而是對最先施工的埋置CFST拱架的自重控制有較高的要求，這造成了我國外包混凝土的強度不高而管內(nèi)混凝土強度很高的現(xiàn)象.

值得指出的是，混凝土拱橋的材料向更高強度發(fā)展是一種必然的趨勢. 自20世紀90年代以來，超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)的研究與應用在土木工程中不斷推進[26-27]. 作為一種新技術(shù)混凝土材料，它在拱橋中具有明顯的應用優(yōu)勢[28]. 國外已建成2座UHPC拱橋，即主跨120 m的韓國仙游人行橋[29]和主跨70 m的奧地利威爾德公路橋[30]，我國也已建成福州大學校園人行橋等多座UHPC拱橋[31]，另有云南八丘田車行天橋UHPC拱橋在建，計算跨徑34 m. 由于跨徑均不大于100 m，均未在本文的調(diào)查范圍內(nèi). 有關(guān)UHPC在大跨徑拱橋中的應用，我國和克羅地亞等國已開展了跨徑從160 m至1 000 m的試設(shè)計[32-36]和模型拱受力性能研究[37-38]. 結(jié)果表明，UHPC拱的自重比普通混凝土拱可減輕30%～40%，結(jié)構(gòu)開裂彎矩、 極限承載力等提高明顯，不僅減小了上部結(jié)構(gòu)的工程量，還減小了結(jié)構(gòu)靜力和動力呼應，也可減小下部與基礎(chǔ)的工程量，方便施工，具有相當?shù)募夹g(shù)可行性. 這些研究，為更大跨徑混凝土拱橋的建設(shè)提供了技術(shù)儲備.

3 施工

混凝土拱橋的施工方法，主要有支架法、 埋置拱架法、 懸臂法和轉(zhuǎn)體法等4種[39]，統(tǒng)計分析結(jié)果見圖10，分析中未計入輕型拱.

(a)2007年前(統(tǒng)計橋例73座)

(b)2007年后(統(tǒng)計橋例89座)圖10 混凝土拱橋施工方法統(tǒng)計Fig.10 Statistics on construction methods of concrete arch bridges

對比可知，2007年后懸臂法應用比例雖有所下降，但仍是最主要的施工方法. 懸臂法一般分為斜拉懸臂法和懸臂桁架法. 在我國，后者過去主要用于預應力桁式組合拱(一種輕型拱)，由于這種橋型已無新建，這種方法也沒有新的應用.

斜拉懸臂法又可分為懸臂拼裝法和懸臂澆筑法，后者2007年才在我國首次使用，此前我國只用懸臂拼裝法. 采用懸臂澆筑法修建的第一座橋為跨徑150 m的白沙溝1#橋，之后采用該法陸續(xù)修建了10余座，跨徑主要分布在150～200 m. 這種方法能適用于場地狹窄等情況，但當跨徑超過200 m后，其經(jīng)濟性下降，宜與其他方法比較[9, 40].

近十幾年來埋置拱架法的應用相比于2007年前提高了近10%. 埋置拱架法，源于19世紀末奧地利工程師Josef Melan提出的專利，也稱為Melan法，在我國又稱為勁性骨架法[41-42]. 2007年后，所采用的埋置拱架均為鋼管混凝土拱架，先施工剛度大的空鋼管拱，后用經(jīng)濟的混凝土來補充剛度和強度，因此較之型鋼拱架，用材省、 施工方便、 經(jīng)濟性好[42]. 自1995年在主跨160 m的倮果金沙江大橋中應用后[43]，采用該法施工的橋已達34座. 從表2可知，2007年以來，跨徑大于250 m的混凝土拱橋均采用了這一施工方法. 這一方法的應用，也是我國大跨徑混凝土拱橋得以大量發(fā)展的重要原因[42-45]. 近年來，為簡化主拱的施工工序，開展了鋼管混凝土“強勁骨架”的研究，并在數(shù)座大跨徑混凝土拱橋中得到應用，它有望使得混凝土拱橋往更大跨徑突破[43]. 此外，我國采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)為埋置拱架的施工方法也引起國外同行的興趣，巴西計劃修建的Santos-Guaruja大橋，主跨達400 m，考慮采用這一方法[46].

支架法的應用比例在2007年后提高了近10%，這主要得益于懸拼拱架技術(shù)的發(fā)展. 懸拼拱架技術(shù)具有穩(wěn)定性好、 強度高、 對地形適應力強等優(yōu)點，因此近年來在西南地區(qū)大跨徑拱橋建設(shè)中不適于使用大型起吊設(shè)備吊裝或落地式支架現(xiàn)澆時，采用纜索吊裝貝雷梁架設(shè)拱架后澆筑混凝土的方法得到了較廣泛的應用[47-48]，其主要適用跨徑在200 m以下.

轉(zhuǎn)體施工技術(shù)按轉(zhuǎn)體方向分為平轉(zhuǎn)、 豎轉(zhuǎn)及平轉(zhuǎn)和豎轉(zhuǎn)相結(jié)合3種，2007年后在大跨徑混凝土拱橋中應用不多，僅7座，占7.9%. 采用豎轉(zhuǎn)法的僅有凈跨120 m的貴州務川自治縣的珍珠大橋1座[49]，其余6座采用平轉(zhuǎn)法.

施工方法的選擇與拱橋的跨徑有一定的關(guān)系, 見圖11. 從圖11可知，埋置拱架法的適用跨徑范圍最廣. 而懸臂法大都應用于跨徑250m以下的拱橋，支架法及轉(zhuǎn)體法大都應用于跨徑小于200 m的拱橋.

圖11 混凝土拱橋跨徑與施工方法關(guān)系Fig.11 Relationship between the span and construction method for concrete arch bridges

4 展望

混凝土拱橋在我國具有較長的應用歷史，曾經(jīng)是主導的橋型. 2007年以來，隨著材料、 施工技術(shù)的發(fā)展，混凝土拱橋的技術(shù)不斷創(chuàng)新進步，在橋型不斷豐富的今天，應用仍在不斷增加. 預計混凝土拱橋仍會是我國一種重要的橋型而得到更多的應用，尤其是在西部山區(qū)的公路與鐵路建設(shè)中.

我國大跨徑混凝土拱橋的技術(shù)與應用處于國際領(lǐng)先水平，在建的廣西天峨龍灘特大橋計算跨徑將達600 m. 更大跨徑的突破有賴于主拱結(jié)構(gòu)與材料、 設(shè)計理論、 施工方法等方面的不斷進步. 盡管超高性能混凝土近期在我國的研究極為熱門，在國內(nèi)外橋梁中也有所應用[31, 50-52]，然而在拱橋方面的應用還處于探索階段，試設(shè)計及其相關(guān)研究雖早已展開[32-38]，但我國實際修建的最大跨徑還未突破百米. 鋼腹板(桿)-混凝土組合拱等創(chuàng)新結(jié)構(gòu)也已展開了較多的研究[53-55]，作為拱橋創(chuàng)新結(jié)構(gòu)而被文獻[56]介紹，但這種新橋型迄今未見實際應用. 近期在貴州山區(qū)中有一座260 m的拱橋擬采用這種結(jié)構(gòu)，有望使這方面的工程應用得到突破.

在施工方法上，我國以斜拉懸臂拼裝為主，跨徑超過250 m后則以埋置拱架法為主，較之國外以懸臂澆筑為主，經(jīng)濟性能好. 為增強預埋拱架的強勁性，鋼管混凝土拱架的管內(nèi)混凝土強度已用到C100-C120[57]. 更大跨徑時，可能需要更高強度的混凝土，如超高強度混凝土，這方面已開展了前期的研究[58]，但根據(jù)其自收縮大[59]等特點進行制備以及灌注到鋼管內(nèi)的受力性能，今后還需不斷深入研究.

我國混凝土拱橋修建數(shù)量多，跨徑大，施工技術(shù)先進，已取得令人矚目的成就. 但我們還應加大對混凝土拱橋的研究，除了新建拱橋技術(shù)外，還應開展既有混凝土拱橋的維修、 加固和改造等方面的研究[23]，使其更好地服務于我國的社會經(jīng)濟發(fā)展，引領(lǐng)國際混凝土拱橋技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展.