钢管混凝土拱桥施工技术综述

钢管混凝土拱桥施工技术综述

王道斌,李　华,武兰河

(石家庄铁道学院交通工程系,河北石家庄050043)

摘　要:对钢管混凝土拱桥施工技术进行了综述,较详细地介绍了钢管拱肋架设常用的几种施工方法———有支架施工法、缆索吊装法、平转法和竖转法,并对各种施工方法的适用条件及技术要点进行了分析,供今后同类桥梁施工中参考和应用。

关键词:钢管混凝土;拱桥;施工技术;综述中图分类号:U448.22;U445.4　　　文献标识码:A

文章编号:1003-4714(2001)01-0071-03

1　概　述

钢管混凝土就是将混凝土填充到钢管内形成的一种组合结构材料。试验证明,这种材料具有强度高、塑性和韧性好、耐疲劳、抗冲击等优点。同时,在施工中钢管既可作为劲性骨架,又可起到混凝土模板的作用,使得施工非常方便、快捷,从而可以大大缩短工期,节约工程造价,因此被广泛应用于工业厂房、地铁立柱、建筑构件、桥梁等工程中。钢管混凝土在我国的研究和应用已有30多年的历史,但真正用在桥梁建设中是在90年代初期。1990年我国在四川旺苍建成第一座钢管混凝土拱桥———净跨115m的下承式公路拱桥。此后的几年中,钢管混凝土拱桥发展迅速,据不完全统计,目前国内已建和在建的钢管混凝土拱桥已达70多座。这些桥梁中结构形式多种多样,跨度从几十米到几百米,最大者为四川万县长江大桥,已达420m,为目前世界上钢管混凝土公路拱桥跨度之最。拟建中的贵州水柏铁路北盘江大桥为我国第一座大跨度钢管混凝土铁路拱桥,跨度达236m,也为世界上同类铁路桥梁的最大跨度。目前,我国对钢管混凝土结构的研究,无论从理论上还是应用上,均处于世界领先地位。

2　钢管混凝土拱桥主要构造及截面形式

图1　常用的几种截面形式

　　钢管混凝土拱桥施工的主要环节包括:钢管拱肋的

加工制作;钢管拱肋的架设;钢管混凝土的灌注等。现分述如下。3.1　钢管拱肋的加工制作

为了保证加工质量,钢管拱肋通常在工厂制作。首先由定尺的钢板卷制成长150～180cm(分段长度视运输条件而定)的单节直管,再根据设计拱轴线形、预留拱度等进行放样,组焊成拱肋。出厂前在刚性平台上进行1∶1大样总拼装,验收合格后进行初级防腐,然后分段

目前,钢管混凝土拱桥所采用的主要构造形式在承

式上有上承式、中承式、下承式;拱轴线形上有抛物线形和悬链线形。主拱截面有板拱、肋拱、箱拱、桁架拱、刚架拱、联合拱等,其常用的几种截面形式如图1所示。

出厂。

钢管焊接采用坡口焊,钢管对接的纵缝及上下钢管的环缝均需错开。焊接时及时对焊缝收缩及日照温差引起的误差进行修正,以防止误差积累。对每条焊缝要进行严格的探伤检查,发现问题及时处理,确保拱肋加工质量。3.2　钢管拱肋的架设

钢管混凝土拱桥通常是先架设空钢管形成裸拱,再在其内灌注混凝土形成钢管混凝土拱,或再将其作为劲

3　钢管混凝土拱桥主要施工方法及技术要点

收稿日期:1999-05-31

作者简介:王道斌(1956-),男,副教授,1982年毕业于石家庄铁道学院桥梁系,工学学士;1987年毕业于长沙铁道学院计算力学专业,工学硕士。从事计算力学、桥梁结构分析和施工技术、施工控制等研究。

72国外桥梁　　2001年第1期

性骨架,在其外部包上钢筋混凝土形成复合形拱肋。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,主要有有支架施工法、缆索吊装法、平转法、竖转法,以及几种方法综合应用的施工方法。3.2.1　有支架施工法有支架施工法就是在桥位处先按钢管拱肋的设计线形和预留拱度值,拼装好膺架,于膺架上就位拼装、焊接成拱的施工方法[见图2(a)]。膺架可以采用满堂式或分离式,或者两种方式相结合。如三峡莲沱大桥的两边跨、天津彩虹大桥等,均采用有支架施工法。采用有支架施工时,膺架的基础沉降、弹性和非弹性变形等应事先算出,并预留拱度,膺架顶部设置微调装置,如千斤顶、丝杠等,以便对拱肋的标高和平面位置进行调整。在拱肋吊装过程中,应不断观测各支撑点的沉降,发现问题及时调整。有支架施工法通常在拱肋离地面不高、桥下无水或水位不深、施工条件较好的情况下采用。这种方法的优点是:拱肋分段长度不大,无需大型吊装设备;横斜撑容易安装;拱轴线形容易控制。不足之处是:拱肋接头较多,焊接工作量大,工期较长;对桥下地形、地基等条件要求较高。3.2.2　缆索吊装施工法

缆索吊装施工法就是根据缆索吊机的吊装能力,将拱肋分段预制,由缆索吊机先将两拱脚段吊装就位,并用扣索将其固定,再依次吊装其余各段并与先吊段对接,直至吊装完毕[(见图2(b)]。

吊装时应跟踪监控,要求对位准确、焊接可靠、拱轴线形满足设计要求。

对于净跨100m左右的拱肋,一般分成3～5段吊装,跨度较大时,根据缆索的吊重能力适当增加分段数。

如广东高明大桥,主桥为两孔100m中承式拱桥,每孔分3段吊装,每段长39m、重约39t;广东三山西大桥,主跨为200m的中承式钢管混凝土拱桥,分7段吊装,每段重约50t;四川万县长江大桥为主跨420m的箱拱,钢管拱肋分11段吊装,每段长40m、重约50t。缆索吊装法特别适合于跨越峡谷的大跨度拱桥的施工,拱肋及材料运输较为方便,索塔塔身也不需太高,较为经济。这种方法的不足之处是拱肋空中对接精度较难控制,拱轴线形控制有一定难度,分段越多,质量和工期控制难度越大。因此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,尽快合龙。3.2.3　平转施工法平转施工法就是将拱圈分为两个半拱,分别在两岸偏离桥位的位置,利用山体、岸坡或引桥的桥墩设置膺架,拼装拱肋和拱上立柱,形成半拱,然后水平转体就位,再拼装合龙段成拱[见图2(c)]。

近几年,平转施工法在钢管混凝土拱桥施工中应用较多,如三峡的黄柏河大桥、下牢溪大桥、安阳文峰路立交桥、江西德兴太白桥,以及拟建中的贵州北盘江大桥等。转体重量最大者为北盘江大桥,重达8100t,为钢管混凝土拱桥转体重量世界之最。由于通常利用两岸山体设置拱肋膺架,因此转体角度大都在100°左右。如北盘江大桥两侧分别为121°和113°;黄柏河大桥的南侧和下牢溪大桥的北侧分别为74°和104°。当两岸坡度较平缓时,可以利用引桥桥墩作为膺架。如黄柏河、下牢溪大桥的另两侧、安阳文峰路立交桥等,均转体180°。

水平转体法施工的技术关键为球铰系统、转动牵引系统、平衡防倾系统等。球铰一般采用高标号混凝土,铰面视转体重量可以采用混凝土表面(如太白桥)或经旋压处理的钢板铰面(如黄柏河大桥)。上下转盘要经

图2　钢管拱肋架设的几种方法

钢管混凝土拱桥施工技术综述　　王道斌,李　华,武兰河73

过严格地配对研磨,铰面之间涂以黄油和四氟粉,以减少摩擦阻力。转动牵引系统主要包括上转盘和张拉千斤顶等。以采用ZLD自动连续牵引系统为好。平衡防倾系统主要包括保险支腿和平衡重等。在转体过程中,整个转体重量落在球铰之上。转体到位后,及时吊装合龙段,封固上下转盘,使体系转变为无铰拱。

平转法施工主要适合于单跨拱桥。该法的主要优点在于它可以充分利用两岸的山体和岸坡的地形条件,拱肋膺架不高,吊装、拼焊容易,焊接质量有保证,施工中不影响桥下通航,施工安全,速度快。不足之处为球铰加工质量要求高,对多跨拱桥不适用。3.2.4　竖转施工法

竖转施工法就是先在拱顶附近将主拱圈一分为二,并以拱趾为旋转中心,将设计拱轴线垂直向下旋转一定角度,将拱顶合龙端置于地面或浮船上,这样即可在较低的膺架上拼装两个半拱。待两半拱拼装完成后,由两副墩顶扒杆分别将其拉起,在空中对接合龙[见图2(d)]。如新安江望江大桥、三峡莲沱大桥等均采用了竖转吊装施工技术。

竖转吊装的技术关键为旋转系统、起吊平衡系统和扒杆地锚系统等。望江大桥和莲沱大桥的旋转系统均采用了所谓的旋转角和靠山角,二者均用钢板在工厂配对旋压而成。旋转角和靠山角相当于水平转体中的球铰,是转体的关键,加工和安装精度均要求较高。起吊平衡系统主要包括吊攀、平衡梁、慢速卷扬机等。吊攀的安装位置和角度均需根据拱肋的受力、变形和转动角度而定。平衡梁主要是保证竖转过程中,两拱肋同步上升,不发生扭转。扒杆应有足够的强度和刚度,后缆风应受力均匀,防止扒杆扭转。为了确保合龙顺利,可在一个半拱的合龙端设置一锥形导管,以实现自动对位。在拱肋合龙后,应及时焊接接头,封固拱脚,使其变为无铰拱。

竖转吊装的主要优点是:拱肋的拼装膺架较低,节省材料,吊装容易;只有一个合龙接头,合龙容易,精度高;扒杆钢管可以用作拱上立柱,节省工程造价。不足之处是:要求桥下具有一定的拼装场地;若必须使用浮船时,水流不能太急,否则将增加施工难度。3.3　灌注钢管混凝土

钢管混凝土的灌注通常采用泵送法,对于跨度不大的拱桥,有时也采用吊斗法灌注,但以泵送法混凝土的密实度为好,其质量容易保证。

混凝土从4个拱脚开始分管对称灌注。对于小跨度拱桥,可以不设隔仓板,从拱脚一次灌注到拱顶。为了防止冒顶,在灌注过程中,可在拱顶加上配重(如莲沱大桥),配重的大小随灌注的高度而定,事先由计算机算出,并跟踪控制。对于跨度较大的拱桥,可以利用隔仓板分段灌注,以控制拱肋的应力和变形。泵送混凝土要求和易性好,为了减少混凝土收缩,可以加入适量的减水剂,并采用微膨胀混凝土,微膨剂的掺量以能补偿混凝土的收缩为宜。

泵送一般采用顶升法,辅以附着式振动器振动,以保证混凝土密实。在每个钢管的最高部位安装排气管,排气管的直径不能太小,以与泵管相当为宜。当灌注到拱顶附近时,严格控制两端的泵送速度,使管内气体充分排净,直到排气管内流出混凝土为止。当灌注的混凝土强度达到75%设计强度后,检查钢管混凝土的密实度,对于不饱满的部位进行压浆处理。4　结束语

钢管混凝土结构由于具有许多特点和优点,已经成为建造大型拱桥具有较强竞争力的结构。因此,对钢管混凝土结构施工技术的研究具有实际意义。本文综述了几种常用的施工方法,并对各种方法的使用条件和技术要点进行了分析,供今后同类桥梁施工中参考。参　考　文　献:

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