悬臂浇筑法在国外大跨度混凝土拱桥施工中的应用发展

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悬臂浇筑法在国外大跨度混凝土
拱桥施工中的应用发展
高玉峰1,蒲黔辉1,李晓斌1,胡秋贵2
(1.西南交通大学土木工程学院,四川成都610031; 2.中铁大桥勘测设计院有限公司,湖北武汉430050)
摘 要:介绍近年来国外几座大跨度拱桥悬臂浇筑施工的情况,它们各具特点、各有创新,其所采用的先进的设计理念、施工和监控技术对我国今后采用悬臂浇筑法修建拱桥提供了很好的参考价值。

关键词:拱桥;悬臂灌筑架桥;桥梁施工中图分类号:U 448.22;U 445.466
文献标识码:A
文章编号:1671-7767(2008)01-0018-04
收稿日期:2007-06-25
作者简介:高玉峰(1980-),男,博士生,2004年毕业于中南大学土木建筑专业,工学学士,2007年毕业于西南交通大学土木工程专业,工学
硕士。

1 拱桥施工方法概述
拱桥受力合理,外形美观,是我国公路上广泛采用的一种桥梁体系。

拱桥的主要结构形式为钢筋混凝土箱形拱桥、肋拱桥、预应力混凝土桁式组合拱桥、钢管混凝土拱桥。

这些拱桥均可以采用无支架施工,如缆索吊装、转体施工、劲性骨架法、悬臂浇筑及悬臂安装等方法。

其中缆索吊装、转体施工、劲性骨架施工法在我国大跨度拱桥施工中都已有较为成熟的应用,而悬臂浇筑法在国外拱桥施工中应用较多。

2 悬浇法在拱桥施工中的应用
在拱桥就地浇筑施工中,国外多采用悬臂浇筑法。

常采用的有2种方式即塔架斜拉索法和斜吊式悬浇法。

塔架斜拉索法是国外采用最早、最多的大跨径钢筋混凝土拱桥无支架施工的方法[1]。

此法的施工要点是:在拱脚墩、台处安装临时的钢或钢筋混凝土塔架,用斜拉索一端拉住拱圈节段,另一端绕向台后并锚固在岩盘上,这样逐节向河中悬臂架设,直至拱顶合龙。

我国在建西部交通建设项目、跨径达150m 的四川省西昌-攀枝花高速公路白沙沟1号桥正是采用临时塔架斜拉索悬臂浇筑施工方法。

斜吊式悬浇法,也称悬臂桁架法,此法的施工要点是:拱圈、拱上立柱和桥面板等齐头并进,边浇筑边构成变高度的悬臂桁架。

悬臂浇筑施工拱桥适用于诸如陡峭的峡谷和湍急的河流等十分险峻的场地,并且具有减少施工费用、缩短工期、易于控制施工变形、结构整体性好以及减小对环境的破坏等优点,从而提高了拱桥的竞
争力,推动了拱桥的发展。

3 近年国外几座悬臂浇筑施工的大跨度拱桥3.1 西班牙的蒂洛斯(T ilo s)桥
2004年西班牙采用悬臂桁架法建成了跨度255
m 的蒂洛斯桥[2],为西班牙混凝土拱桥跨度之最。

该桥主拱圈为钢筋混凝土结构,桥面为钢-混凝土组合结构。

全桥总体布置如图1所示,其标准横截面如图2所示。

为了在主拱施工期间尽可能地减小自重,主拱
图1 蒂洛斯桥总体布置
图2 蒂洛斯桥标准横截面
采用高强混凝土单箱双室箱形截面,截面宽6m、高3m,顶、底板和腹板都非常薄,分别只有20cm和25cm厚,在应力较大的拱脚段各增厚至30cm和40cm。

全桥墩柱均采用箱形截面,拱座墩和边跨桥墩采用普通混凝土,拱上立柱则采用高强混凝土。

桥面为钢-混凝土组合结构,总宽12m,双向2车道,两边设有人行道。

所有这些设计使得结构自重减为最小,全桥显得很轻巧纤细。

全桥采用临时斜拉索悬臂桁架法浇筑施工,即在成拱前,两岸的主拱、拱上立柱、桥面板和临时斜拉索各形成一个变高的悬臂桁架(Pratt桁架),如图3所示。

由于作为下弦杆的主拱和竖向腹杆的拱上立柱均受压,故采用高强混凝土有利于受力;而作为上弦杆的桥面板和斜向腹杆均受拉,故分别采用抗拉强度高的钢梁和钢绞线。

图3 蒂洛斯桥悬臂桁架施工
全桥的施工顺序为: 先浇筑桥台基础,然后打锚杆用拉索把桥台拉住,以平衡主拱悬臂施工期间桥面板对桥台的拉力;桥台施工完毕后,接着施工两边跨的桥墩、拱座和拱座墩;!拱座浇筑完后,安装挂篮开始主拱的悬臂桁架施工。

主拱每相邻两立柱之间的拱段施工为1个循环,每个循环包括4个典型的阶段。

(1)拱段的悬臂施工。

每个拱段分成4个节段,每节段长约6m,利用挂篮悬臂浇筑,每节段的施工过程包括以下几个步骤:当前一节段混凝土达到强度后,依靠挂篮自身的机械装置使其向前移动6m到下一节段的位置并张拉前一节段的临时拉索,接着支模、布置钢筋,最后浇筑整个节段,如此循环直至拱段的最后一节段,也就是立柱下的节段。

临时拉索只经历短暂的几个阶段后就被拆除,起临时辅助作用。

(2)拱段临时对角拉索的布置。

当拱段的4个节段都施工完毕后,张拉临时对角拉索。

每个拱段有4根拉索,拱两侧各2根,每根拉索由数根直径为0.6in(1in=0.0254m)的预应力钢绞线所组成。

充当桁架斜腹杆的对角拉索在主拱合龙后才逐一被拆除。

(3)拱上立柱爬模施工。

当对角拉索安装并张拉后,开始进行相应立柱的爬模施工,以4m为一节段,当模板内的节段混凝土达到强度后,提升模板,布置下一节段的钢筋并浇筑混凝土,如此循环直至立柱顶部。

(4)架设拱段上的钢桥面板。

拱上立柱施工完后架设相应拱段上桥面板的钢结构部分。

利用吊机把待架设的钢桥面板从已架设好的钢桥面板一端吊起,并在水平面上旋转180∀后就位安装。

所有连接都采用高强预应力螺栓栓接,以简化并加快安装的进程。

除以上4个阶段外,每个循环还必须主动调整对角拉索的应力。

本桥每个循环分2次调整拉索的应力,通过2次张拉拉索提高其刚度,使其在随后的施工过程中的累积伸长量尽量小。

这样,调整后的拉索、主拱和立柱的刚度都很大,因此可以通过适当地减小材料的截面尺寸并无需施加预应力而使桥面钢梁相对较柔以节约成本。

建成后的蒂洛斯桥如图4所示。

图4 建成后的蒂洛斯桥
3.2 克罗地亚的马斯利尼察桥和斯克拉丁河桥
在克罗地亚新建的沿亚得里亚海公路上,先后于1997年和2005年建成了跨度200m和204m的马斯利尼察(Maslenica)桥[3]和斯克拉丁(Skr adin)河桥[4],两桥主拱矢高分别为65m和52m,均采用单箱双室箱形截面,截面外部尺寸为:前者宽9m、高4m,后者宽10m、高3m。

两桥最大的不同在于上部结构,前者由支承在帽梁上的8片预制预应力混凝土T梁组成,后者采用钢-混凝土组合结构,直接支承在墩柱上。

马斯利尼察桥的总体布置示意如图5所示。

两桥主拱和下部结构的施工方法基本相同,均采用塔架斜拉索悬臂浇筑施工,其施工顺序为: 施工下部结构;桥台施工完毕后,利用移动挂篮以
图5 马斯利尼察桥总体布置示意
5.25m 的节段长从两拱脚开始对称分段悬臂施工前半段主拱,同时在两边跨架设好上部结构;#在拱座墩上架设临时辅助钢塔架;∃施工后半段主拱;%施工拱顶合龙段;&主拱合龙后,拆除临时扣索和背索,随后完成拱上立柱和桥面板的施工。

主拱施工阶段示意如图6所示,建成后的斯克拉丁河桥全景如图7
所示。

图6
主拱施工阶段示意
图7 建成后的斯克拉丁河桥
3.3 瑞典∋挪威的斯维讷松德桥
2005年瑞典和挪威联合在两国交界的爱德海湾(Ide Fjor d)上新建了跨度247m 的斯维讷松德(Svinesund)桥
[5]。

该桥为中承式钢筋混凝土拱桥,
全桥长704m,桥面结构采用钢箱梁,主拱采用高强钢筋混凝土,下部结构采用普通钢筋混凝土。

主跨247m,由一变截面的钢筋混凝土空心矩形主拱和
主拱两侧各2车道的钢箱梁桥面板组成,主拱中间
段188m 长的桥面板通过横梁连接并相应由固定在主拱上的6对间距25.5m 的吊杆支承。

主拱截面尺寸从拱脚至拱顶逐渐变小,拱脚处宽6.2m 、高4.2m ;拱顶处宽4m 、高2.7m 。

桥面结构被主拱一分为二,各由一单箱双室的钢箱梁组成,每一室上为1车道,从而形成双向4车道。

大桥主拱采用临时塔架斜拉索悬臂施工,主要分为4个阶段: 施工拱座; 浇筑拱脚的第1个节段S1和N1(S 、N 分别表示瑞典方和挪威方);!浇筑中间48个节段(两边对称各24个节段,分别为S2~S25和N2~N25);#浇筑拱顶合龙段(N26)。

全桥建成后如图8所示。

图8 建成后的斯维讷松德桥
不同于大多数拱桥把拱座墩作为永久性支承结构,本桥拱座墩只是在主拱施工期间起临时辅助支承作用,主拱合龙后将逐渐被拆除。

在两边各前12个节段中,从3号节段开始每隔1个节段安装1对拉索,此后除拱顶合龙段外的每个节段都安装1对拉索。

为了增强主拱施工期间的横向稳定性,在两边的15号节段两侧各安装1根拉索,拉索的另一端锚固在拱座两旁的岩层中,当主拱合龙和桥面架设
完后,将其拆除。

整个施工过程中利用监测设备测量主拱的变形和索力,并与计算值比较,采取相应的调整措施,以使主拱合龙后得到设计的拱轴线形。

4 结 语
从20世纪50年代法国著名工程师弗莱西奈创造性地将悬臂施工的思想应用到拱桥的修建中,到60年代前南斯拉夫(现克罗地亚)率先完全采用悬臂浇筑法成功修建了2座大跨度拱桥,到70~80年代南非和欧洲等国相继采用悬臂浇筑法修建了不少大跨度拱桥,再到近年来国外广泛采用悬臂浇筑法修建了多座结构新颖、技术先进的大跨度拱桥,其中多座创造了本国甚至世界同类拱桥的跨度记录,说明拱桥的悬臂浇筑施工在国外得到了迅速发展,并取得了很好的经济和社会效益。

近年来国外几座悬臂浇筑施工的大跨度拱桥所采用的先进的设计理
念、施工和监控技术对我国今后采用悬臂浇筑法修建拱桥具有很好的参考价值。

参 考 文 献:
[1]黄绳武.桥梁施工及组织管理(上册)[M].北京:人民
交通出版社,1999.
[2]Santiago P rez F ad n,Jo s Emilio H errer o Ben itez,
Juan Jo s S nchez.L os T ilos A rch o n L a P alma Island (Cana ry Islands)[J].H or mig ny A cero,2005.[3]V andr lif,J R adif,Z avor,et al.Desig n and Co nstr uc
tio n o f the M aslenica H ig hw ay Br idge[A].Pr oceeding s o f X III F IP Congr ess[C].A mster dam:Croat ian N atio nal R epo rt,1998.3-16.
[4]Z avo r,M M ujkanov ic(,G Hr elja.Design o f the M o
to rw ay Br idg e over t he K rka at Skr adin[J].Ceste I M ostov i,2004,50(3):27-33.
[5]G James,R K aroumi.M onito ring o f t he N ew Svinesund
Bridg e(Repor t1)[R].Sw eden:K T H,2003.
Application and Development of Cantilever Casting Method for Construction of Long Span Concrete Arch Bridges Abroad
GAO Yu f eng1,P UQian hui1,LI Xiao bin1,HUQiu gui2
(1.Scho ol o f Civil Engineering,So uthw est Jiao tong U niversit y,Chengdu610031,China; 2.China
Zho ng tie M ajor Br idg e Reconnaissance&Desig n Institute Co.,L td.,W uhan430050,China)
Abstract:In this paper,the recent cantilever casting co nstr uctio n of several long span con crete ar ch bridg es abroad is presented.Each of these bridges is of its ow n characteristics and in novation,and the advanced design conceptio n,construction and co nstr uctio n m onitoring and con tro l techniques applied to the br idges pro vide very goo d r efer ence for the concrete arch bridges to be constructed by the cantilever casting m ethod in China in the futur e.
Key words:arch bridge;bridge erection by cantilever casting method;bridg e construction
(上接第7页)
(1.China Zhongtie M ajor Br idge Reconnaissance&Desig n Institute Co.,L td.,Wuhan430050,China;
2.Jiang su P ro vincial Co mmunicatio n Planning and D esign Inst itute,N anjing210005,China)
Abstract:This paper br iefly describes the selection of bifurcation height and leg opening am ount for the interm ediate tow er of the thr ee tow er suspension bridge of T aizhou Changjiang River H ig hw ay Br idge as w ell as the schematic design of sectio nal type,seg ment connectio n and base fix ity of the tow er.
Key words:suspension bridg e;tow er;steel structur e;bridg e design。

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