大跨径钢管混凝土劲性骨架拱桥的施工及控制

１ 工程简介
香溪河大桥位于湖北 三 峡 库区 内 ， 跨 越河 宽 约 １ ５０ ｍ， 河 床 标 高 １ ３７．４０ ｍ， 三 峡 水 库 蓄 水 后 ， 最 高 水 位 将 达 １ ７５．００ ｍ， 桥位处最大水深 ３７．６０ ｍ。依桥位地形、地质状况， 大桥最终确定采用上承式钢筋混凝土劲性骨架箱形拱单孔
图 １ 香溪河大桥总体图立面
图 ２ 大桥拱肋断面（ 单位： ｃｍ） 大桥采用钢筋混凝土 等 截 面箱 形 拱 桥， 净 跨 径 １ ８０ ｍ， 矢 跨 比 １ ／８， 拱 轴 系 数 ｍ＝１ ．５４３； 主 拱 圈 为 由 钢 管 混 凝 土 劲 性 骨 架 组 成 的 单 箱 三 室 截 面 ， 拱 箱 高 ３．０ ｍ， 宽 ９．０ ｍ， 拱 圈 截面尺寸见图 ２。拱上建筑采用 １ ０ ｍ 的预应力钢筋混凝土 空 心 板 梁 、双 柱 式 钢 筋 混 凝 土 腹 孔 墩 、Ｕ 形 桥 台 。
□ 张征文 １ 王 巍 １ 江根明 ２
（ １．浙江交通职业技术学院 杭州 ３１１１１２； ２．上海建工集团海外部 上海 ２０００５０）
【摘 要】劲性骨架拱桥先制作骨架、合龙骨架， 再以骨架为支架进行混凝 土的 内填 和外 包施工 ， 而劲 性骨 架进 行外包 后又
可作为主拱圈一部分参与受力， 是跨越江河、峡谷等障碍的大跨径拱桥优选施工方法之一。以香溪河大桥为对象， 介绍大跨径
钢管混凝土劲性骨架拱肋的骨架制作、拼装， 内填、外包混凝土施工过程以及控制要点。
【关键词】拱形桥 钢管混凝土劲性骨架 拱肋 ３
／ 文献标识码 Ｂ
【文章编号】１００４－ １００１（ ２００７） ０４－ ０２８４－ ０３
利 用 大 口 径 钢 管 作 为 弦 杆 ， 以 槽 钢 、角 钢 等 作 为 腹 杆 组 成空间桁架结构， 先分段制作成钢骨架， 然后吊装合龙成拱， 再利用钢骨架作支架， 浇注钢管内混凝土， 待混凝土达到一 定强度后， 形成钢管混凝土劲性骨架， 然后在其上悬挂模板， 按一定的浇筑程序分环分段浇筑拱圈混凝土直至形成整个 拱圈截面， 即为劲性骨架拱桥施工。
对观测的数据进行分析， 得出弹性变形量及非弹性变形 量， 确定预拱度。下横梁预拱度沿跨度方向变化的曲线， 按二 次抛 物 线 处 理 ， 取 左 支 点（ 图 ４ 中 的 Ｏ点） 为 坐 标 原 点 ， 跨 长 为 Ｌ， 跨中预拱度为 ｆ 拱， 则预拱度曲线方程为：
拱度。 ４．１０ 安全施工要点
（ １） 遵守常规的钢铰线张拉安全操作规程。 （ ２） 在桥正下方作业， 要设置专门的可 移 动 防 护 棚 ， 并尽可能停止桥上作业， 防止坠物伤人。 （ ３） 下锚 固 点 施工 结 束 ， 安 装 完 钢 铰 线 后 ， 再 统 一 进 行 张拉， 不得边锚固边张拉。 （ ４） 张拉 前 ， 桥 的正 下 方 锚固 区 设 置 警 戒 线 ， 禁 止 人 员 进入。 （ ５） 张拉及卸载均分级进行。
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（ 上接第 ２８５ 页） 抽检按设计要求制作的钢管劲性骨架的构件单元尺寸，
抽 检量 不 少 于构 件 单 元的 ５％， 对 不 合格 的 构 件单 元 ， 要 求 修 正或重新制作， 并适当增加抽检率。
检测以钢管劲性骨架线形（ 无应力 状 态） 制作 的 １∶１ 放 样台座为基准， 验收劲性骨架形态。
在拱箱混凝土浇筑过程中， 依然要随时采集各控制截面 （ Ｌ／８、Ｌ／４、３Ｌ／８、Ｌ／２、５Ｌ／８、３Ｌ／４、７Ｌ／８ 截面） 应力、拱 轴 线 形变 化 信息， 供施工决策， 尤其是在拱箱开始形成时， 拱腹线形必须 严格控制在容许范围内。 ２．３ 拱上建筑施工
拱上建筑按对称、均衡施工加载， 先完成腹 空 墩 ， 再逐 块 将桥面板纵向安装， 且对称地进行横向扩宽完成全桥安装工 作。
测 点 布 置 ： 在 每 个 吊 装 节 点 及 关 键 控 制 点（ Ｌ／８， Ｌ／４， ３Ｌ／８， Ｌ／２， ５Ｌ／８， ３Ｌ／４， ７Ｌ／８ 和拱脚） 上端法兰盘或 拱 背 等通 视 良好的部位设立测量标志。
测试方法： 用精密水准仪或全站仪测量各测点标高。 ３．３ 主拱圈混凝土浇注阶段
测试内容： 各吊装节点及关键控制点标高， 控制拱轴线 横向和竖向线形， 以保证该阶段施工完成后达到设计拱轴线 线形； 各控制截面应力应变， 以保证在该阶段施工中应力符 合 设 计 、规 范 要 求 。
５ 结语
图 ４ 预拱度设置曲线图
计算的 ｙ 值为横向贝雷梁的预留拱度， 其数值再统一加 上支点处牛腿支架的弹性变形值就是下横梁最终的确定预
反支点预压法是一种较新颖的高墩大跨桥梁支架施工 预压 方 法 ， 它 可 以 广 泛 应 用 于 各 种 大 吨 位 的 支 架 预 压 、托 架 预 压 、挂 篮 预 压 等 。该 方 法 可 明 显 促 进 施 工 进 度 、加 快 材 料 的 周转速度， 节约施工成本， 产生明显的经济效益和社会效益。 与通常的水箱预压法、砂袋预压法、钢材预压法相比， 反 支 点 预压法在预压工艺、安全程度、模拟加载效果、节约成 本 方 面 有很大的优越性。我们相信 ， 通过不断的摸索优化完善， 反支 点预压法一定会在高墩大跨桥梁施工中得到广泛的应用。
由于钢管吊装重量较轻， 往钢管内填充混凝土后刚度 大， 钢管对混凝土的约束作用使得混凝土处于三向受压状 态， 混凝土的强度和抗变形能力提高； 另外， 先浇筑的混凝土 成型后可作为承重结构的一部分与钢管共同形成劲性骨架； 同时， 由于钢管中混凝土也参与钢骨架共同承受钢骨架外包 混凝土的重力， 从而降低了钢骨架的用钢量， 造价相对较低； 就整个结构体系而言， 钢管混凝土劲性骨架拱桥受力合理， 施工中不需要大量支架， 跨越能力大， 桥形美观， 造价也不 高。上述种种优点， 使钢管混凝土劲性骨架拱桥成为近些年 来大跨径拱桥常采用的结构型式及施工方法之一。
检测钢管劲性骨架试拼情况， 包括横联与钢管劲性骨架 拱 肋 、钢 管 劲 性 骨 架 间 吊 装 节 点 、拱 座 与 钢 管 劲 性 骨 架 拱 肋 等（ 由监理单位完成， 监控单位协助） 。 ３．２ 钢管劲性骨架安装阶段
测试内容： 各吊装节点及关键控制点标高， 控制拱轴线 横向和竖向线形， 以保证钢管劲性骨架安装完成后达到该阶 段设计拱轴线线形。
往钢管内充填混凝土时， 先灌注上弦管钢管混凝土， 再 灌注下弦管， 横向先浇外侧管， 再浇内侧管； 每根管均由拱脚 到 Ｌ／４ 再到拱顶分两次灌注， 在 Ｌ／４ 及拱顶设排气孔， 在浇筑 过程 中 严格 检 查 混凝 土 密 实度 、各 控 制截 面（ 拱 顶截 面 、Ｌ／４、 ３Ｌ／４、Ｌ／８、３Ｌ／８、５Ｌ／８、７Ｌ／８ 截 面） 应 力 、拱 轴 线 形 变 化 ； 待 上 弦 管 内 混 凝 土 强 度 达 到 ９０％以 上 后 ， 再 灌 注 下 弦 管 ； 管 内 混 凝 土成形后便形成了两铰劲性骨架。 ２．２ 拱圈浇筑施工
及抗风缆设置见图 ３、图 ４。 图 ３ 钢管骨架缆索吊装示意
完成第①环混凝土的浇筑， 结构仍为两铰拱； 第②环浇筑拱 箱腹板混凝土、横隔板及拱脚实腹段、封闭拱脚， 使拱 圈 形 成 无铰拱； 第③环浇筑拱肋间底板混凝土； 第④环浇筑拱箱顶 板混凝土， 进而完成拱箱浇筑。施工中遵循的原则是： 在上一 环混 凝 土强 度 达 到 ９０％ 以 上 的设 计 强 度 后 ， 方 能 进 行 下 一 环浇 筑 。根 据 桥 梁 所 处 年 度 气 温 条 件 （ 最 低 － ９．３℃； 最 高 ４１ ．１ ℃） ， 为 防 止 因 温 差 产 生 过 大 应 力 ， 各 环 混 凝 土 浇 注 成 拱时的气温差值应在±３℃之内， 每环混凝土的合 拢 温 度均 为 １ ５℃。
图 ４ 抗风缆示意
２．１ 劲性骨架施工 劲性钢骨架预先在工厂分段制作， 待运输到工地后再拼
焊成吊装段长度， 然后按从拱脚段至拱顶段的顺序进行安 装。施工时在劲性钢骨架段与段间接头外部设置法兰块， 以 便吊装就位后迅速形成铰连接， 最后再精确调整到施工拱轴 线要求的位置。劲性钢骨架安装精度要求为： 面内竖向偏差 小 于±８ ｍｍ， 面 外 水 平 偏 差 小 于±１ ３ ｍｍ， 劲 性 钢 骨 架 间 相 对偏差小于±１ １ ｍｍ， 跨径偏差小于±７ ｍｍ。
２ 工程施工技术
本工程因桥梁跨径大， 跨越河谷深， 若采用传统支架或 吊装施工法难以实现。经多种方案比选， 决定利用两岸岩体 搭设缆索， 采用缆索吊装施工劲性骨架及桥面系。缆索吊装
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《建筑施工》第 ２９ 卷
４／２００７
张征文、王 巍、江根明： 大跨径钢管混凝土劲性骨架拱桥的施工及控制
第４期
具体施工工艺为： 将劲性骨架拱脚段①吊装就位， 用扣 索和浪风固定形成基肋； 吊装②， 用扣索和横撑与①基肋形 成整体固定； 将劲性骨架拱脚段③吊装就位， 用扣索和浪风 固定形成基肋； 吊装④， 用扣索和横撑与③基肋形成整体固 定； 再将劲性骨架拱顶段⑤吊装就位， 调整劲性骨架， 在放松 起重索的同时， 亦相应地放松①和③的扣索，待其各控制点 高程和拱轴线均满足要求后， 用钢板楔楔紧接头； 接着吊装 劲性骨架拱顶段⑥， 调整劲性骨架， 在放松起重索的同时， 亦 相 应 地 放 松②和④的 扣 索，使 其 各 控 制 点 高 程 和 拱 轴 线 均 满 足设计要求， 再用钢板楔楔紧接头， 用横撑连接， 检查各控制 标高和拱轴线， 使其满足安装精度要求； 最后从拱顶向拱脚 对称施焊接头， 成形两铰钢管拱肋。
【作者简介】张征文（ １９７４－ ） ， 男， 硕士研究生， 工程师。联系地址： 杭 州 市 莫 干 山 路 金 家 渡 浙 江 交 通 职 业 技 术 学 院 路 桥 系（３１１１１２），电 话 （ ０５７１） ８８４８１６７５。
【收稿日期】２００７－ ０３－ ２８
跨越方案。桥梁总体图见图 １ 。
３ 施工控制要点
劲性骨架法施工的拱桥施工控制是一个施工→测试→ 识 别 → 修 正→ 预 告 →施 工 的 循 环 过 程 。施 工 控 制 的 目 的 就 是 保证结构在施工过程中的安全以及外形与内力符合设计要 求。本桥主要施工阶段监控内容及采集参数如下： ３．１ 钢管劲性骨架制作阶段