浅谈大跨度钢管混凝土拱桥的施工方法袁勇军

浅谈大跨度钢管混凝土拱桥的施工方法袁勇军

袁勇军

关键词：大跨度钢管混凝土拱桥、施工方法

引言

大跨径拱桥施工中，由于环境、施工荷载、施工方法、施工精度以及一些小确定因素的影响，主拱的变形和应力与预定的理想状态相比总会产生或多或少的偏移，为使主拱行为尽量向理想状态逼近，控制就成了不可缺少的手段。目前，常采用的两类控制方法是外力平衡法和多点均衡法(亦称无外力控制法)。顾名思义，前者是对需要调整的结构施加外力，凭借外力的作用来改变结构行为的方法，后者则是利用结构自身荷载，通过适当的加载方法来达到结构调整的目的。外力平衡法是用得较多的一种方法，它主要包括锚索加载法、水箱加载法和斜拉扣挂法。

1锚索加载法

锚索加载法是利用钢索把加载点和地锚相连，中间设置拉力紧固器，按计算加载量加载的方法。这种方法最早在1980年修建辽宁省的蚂蚁桥时采用，其原理是利用拉力紧固器预加荷载于拱顶，使拱顶在混凝土浇注前产生向下的位移，避免混凝土从拱脚向拱顶浇注时拱顶上挠。具体方法是在钢骨架反弯点以上部分设置拉索，系于河床的地锚上，施土时对锚索施加拉力，大小为拱肋相应节段重量的60%到90%,箱肋截而分为底板、腹板和顶板三环进行混凝上浇注，最后拆索成拱。

这种利用地锚加载的办法优缺点并存，优点是加载量控制方便，缺点是仅适用于旱地和干涸的河床。

2水箱加载法

水箱加载法是在浇注拱箱混凝土时，在拱肋顶部布置水箱，随着混凝土浇注而的推进，根据拱箱特征，变形观测值，结合应力(应变)监测情况，通过对水箱加水加载和排水卸载实现对拱轴线竖向变形的控制和应力的调整，宜宾南门金沙江大桥施工中就运用了这种控制方法。

3斜拉扣挂法

斜拉扣挂法在国外较早用于大跨径钢筋混凝土拱桥的无支架施工。几年前，修建广西岂宁岂江大桥时，首次成功运用斜拉扣挂法作为拱桥主拱应力和变形的调整方法，其思路是借助钢骨架阶段吊装的扣索来调整混凝土浇注阶段内力，通过对扣索的张放，给拱肋施加一定量的拉力，以减少各浇注阶段混凝土产生的弯矩，从而达到减小应力、控制变形的目的。此法与前面提到的两种外力平衡法反其道而行之，锚索加载法和水箱加载法都是通过外力，给主拱施加方向向下的荷载，斜拉扣挂法则通过扣索给主拱施加方向为斜上的荷载。

4多点均衡浇注法

多点均衡浇注法，即混凝土的浇注分多个工作步进行，它是我国传统的双曲拱桥拱板混凝土的浇注方法。在大跨径劲性骨架拱桥中，万县长江大桥首次采用这种方法。这种方法是采用横向分环纵向分段的方法来浇注主拱圈外包混凝土，在主拱拱箱混凝土，尤其是底板混凝土的浇注过程中，多个工作步作业，使劲性骨架受力相对均匀，从而使劲性骨架应力分配均匀，变形和顺。在超大跨劲性骨架混凝土拱桥中，拱圈混凝土的数量往往都很大(如万县长江大桥为11054m3)，依靠外力荷载进行拱圈的调整是很小经济的，一是所需的外荷载数量惊人，设备投入大；二是过大的外荷载，尤其是锚索、水箱等自重方向的外荷载在拱圈得到调整的同时也大大增加了骨架的负担。

以上四种拱桥的控制方法各具特色，锚索加载法和水箱加载法荷载大小容易控制，可以大方量连续浇注混凝土，工期可在一定程度上得到缩短，但外荷载增加了主拱的负担。斜拉扣挂法，从力学原理来说是较好的一种变形和应力调整方法，扣索斜向拉力的竖向分量可部分抵消混凝土的自重，减轻主拱的负担。在倾角很大时，扣索拉力产生的劲性骨架轴向分量与竖向分量相比是微小足道的。斜拉扣挂法扣索的一端一般都通过高塔架固定在地锚上，以使扣索的倾角足够大，产生的竖向分力远大于水平分力。但是，扣索拉力大小的控制是相当困难的，并且必须具各高塔架条件。多点均衡浇注法的优势在于它不需要外加设各，依靠多工作而浇注的混凝土保持自身的平衡，劲性骨架无须承担额外的荷载，稳定性得到保证，变形和应力变化也比较均匀。但这种方法对施工的要求相当严格，各工作进度严格控制，一次浇注的混凝土方量少，工序转换多，工期长。相对而言，锚索加载法和水箱加载法以及斜拉扣挂法比较适合运用于大中跨径的拱桥施工控制，而多点均衡浇注法则更适合于特大跨劲性骨架混凝土拱桥的施工控制。外力平衡法中的锚索加载法和水箱加载法都可以与斜拉扣挂法联合使用，具体作法是从拱脚到L/4采用斜拉扣挂法，L/4到拱顶采用锚索加载法或水箱加载法，这样，无论是扣索、锚索的拉力还是水箱的重量都可以大幅减小，使得拱圈的应力和变形更易控制。此外，多点均衡浇注法也可与斜拉扣挂法联合使用，这种方法可以在靠近拱脚段的拱肋上适当位置选取扣点，用钢缆作为扣索，通过塔架固定在地锚上，这样做的好处是可以使拱脚段的混凝土一次浇注量大为增加，同时又可以减轻拱脚的负担，远离拱脚段仍采用多点均衡浇注法。这种方法尤适用于大跨径劲性骨架混凝土拱桥，它可充分利用缆索吊装施工的塔架。

5结语

钢管混凝土拱桥是我国近年来桥梁建筑发展的新技术，具有自重轻、强度大、抗变形能力强的优点。它较好地综合满足了修建桥梁所需求的用料省、安装重量轻、施工简便、承重能力大的诸多要求，是大跨度拱桥的一种比较理想的结构形式。由于钢管混凝土能适应现代土程结构向大跨、高耸、重载发展和承受恶劣条件的需要，符合现代施工技术的土业化要求，因此被广泛地应用于工程中。本文所述的拱肋架设技术能给以后的钢管混凝土拱桥施工提供很好的参考意见。