拱桥施工介绍

❖ 劲性骨架混凝土拱桥：劲性骨架拱桥与钢筋 混凝土拱桥的区别在于前者以钢骨拱桁架作 为受力筋，它可以是型钢，也可以是钢管， 采用钢管作劲性骨架的又称为内填外包型钢 管混凝土拱。
四川万县长江大桥
拱轴线的选择
❖ 选择拱轴线的原则：尽可能降低由于荷载产生的弯 矩数值。
❖ 合理拱轴线：能与拱上各种荷载作用下的压力线相 吻合，这时的拱圈截面只承受轴向压力，无弯矩作 用。但是实际上由于受活载、温度变化和材料收缩 等因素的作用，一般不可能获得。公路桥梁一般还 是以恒载压力线作为设计拱轴线。因为一般桥梁中， 恒载占有很大的比重。
❖ 缆索吊装设备：主索、工作索、塔架和 锚固装置等四个基本组成部分。
缆索吊装布置示例
(1-主索张紧绳；2-2号起重索；3-后浪风；4-塔架；5-I号起重索；6-扣索； 7-平滚；8-主索；9-塔顶索鞍；10-塔顶索鞍；11-地垄；12-手摇绞车； 13-扣塔；14-待吊肋段；15-单排立柱浪风；16-法兰螺丝；17-牵引索； 18-侧向浪风；19-浪风)
常用的拱轴线形
❖ 圆弧线：均布径向荷载的压力线，线形简单， 施工方便，但与恒载压力线偏离较大，各截 面受力不均。适用：常用于20m以下的小跨径 拱桥或较大跨径的预制装配式钢筋混凝土拱 桥
❖ 悬链线：恒载集度自拱顶向拱脚均匀增加时 的压力线。用于实腹式拱桥，不计弹性压缩， 与恒载压力线重合； 用于空腹式拱桥，与 恒载压力线有偏离，但有利。适用：大、中 跨径普遍采用
❖ a.按拱圈顺序对称砌筑：跨径16m以下的拱 圈，采用满布式拱架施工时，从拱脚至拱顶 依顺序对称砌筑，在拱顶合龙；采用拱式拱 架时，对跨径10m以下的拱圈，应该在砌筑 拱脚的同时，预压拱顶以及拱跨1/4部位。
1-拱顶预压拱石；2-拱顶变形线
b.拱圈三分法砌筑
❖ （1）分段砌筑：对16~25m满布式拱架与10~25m的 拱式拱架，每半跨分为三段分段对称砌筑。
梁式钢拱架
１-三角形垫木；2-模板；3-弓形木；4-工字钢
拱式钢拱架
1-梁;2-焊接
钢桁架拱架
合适的砌筑方法与顺序
❖ 必要性：在拱架上砌筑拱圈时，拱架的变形 会导致已砌部分产生裂缝，为保证整个砌筑 过程拱架受力均匀，变形最小，必须选择适 当的砌筑方法与顺序。
❖ 注意：多跨连拱桥，应考虑邻孔的对称均衡 问题；满布式拱架，还应考虑孔的卸落顺序。
拱桥缺点：
❖ 是有推力的结构，而且自重较大，因而水平 推力也较大，增加了下部结构的工程量，对 地基要求也高；
❖ 由于水平推力较大，在连续多孔的大、中桥 中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需 要采取较复杂的措施，或设置单向推力墩， 增加了造价；
❖ 上承式拱桥的建筑高度较高。
拱桥的基本组成
❖ 上部结构： （1）主拱圈：主要承重构件 （2）拱上建筑：桥面系和传力构件或填充物 ❖ 下部结构：桥墩、桥台、基础
❖ 抛物线：竖向均布荷载的压力线。二次抛物线 适用：钢筋混凝土桁架拱和刚架拱等轻型拱桥， 矢跨比较小的空腹式钢筋混凝土拱桥；高次抛 物线适用：大跨径拱桥。
通常：
❖ 小跨径拱桥可采用实腹式圆弧拱或实腹式悬 链线拱；
❖ 大、中跨径拱桥可采用空腹式悬链线拱； ❖ 轻型拱桥或比失跨比较小的大跨径钢筋混凝
❖ （3）调整拱上建筑的恒载质量。当必须使相邻拱 脚在同一高程时，大跨径采用空腹或轻质拱上填 料，小跨径采用实腹式或重质填料。
❖ （4）采用不同类型的拱跨结构。大跨径采用薄壁 箱拱或分离式肋拱。
❖ （5）加大桥墩与基础尺寸，或将其做成不对称形 式。
拱桥施工
（一）有支架施工 ❖ 适用范围：砖石、混凝土块及混凝土拱
土拱桥可以采用抛物线拱。
拱上建筑形式
❖ 实腹式拱上建筑：组成：侧墙、拱腹填料、 护拱、变形缝、防水层、泄水管及桥面等；
❖ 空腹式拱上建筑：除与实腹式相同者外，还 有腹孔和腹孔墩。
实腹式
空腹式
腹孔墩
腹孔
纵梁
横梁
立柱（腹孔 墩）
腹孔 横系梁
拱肋
拱桥的总体布置
❖ 确定桥梁长度及分孔 ❖ 确定桥梁的设计标高和矢跨比
❖ 双曲拱桥：主拱圈横截面由一个或多个横 向小拱单元组成，由于主拱圈的纵向及横 向均呈曲线形。截面抵抗矩比板拱大，可 节省材料，但是施工工序多、组合截面整 体性差、易开裂，一般用于中小跨径。
❖ 湘江一桥，全长1250米，主桥21跨，其中正桥17跨双曲拱桥、 最大宽径76米，桥面净宽20米，其中车行道14米，两边人行 道各3 米。共有18个台墩，在橘洲上有支桥，支桥长282米， 宽8米。大桥的墩身为混凝土浇筑，小桥的墩身用块片石嵌 砌。
拱桥分类
❖ 材料：圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥。 ❖ 结构受力体系：简单体系（三铰拱，两铰拱，无
铰拱）；组合体系（无推力拱，有推力拱）；拱 片桥。 ❖ 主拱圈截面形式：板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱， 钢管混凝土拱，劲性骨架混凝土拱。 ❖ 拱轴线型式：圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥。 ❖ 桥面位置：上承式，中承式，下承式。 ❖ 拱上建筑形式：实腹式拱桥，空腹式拱桥。
❖ 满布式拱架的中小跨径拱桥，可从拱顶开始， 逐渐向拱脚对称卸落。
❖ 大跨径拱圈，为了避免拱圈发生“M”形的变 形，也有从两边1/4L处逐次对称地向拱脚和 拱顶均匀地卸落。
❖ 卸架时宜在白天气温较高时进行。
（二）预制安装法
❖ 分类：整体安装，缆索吊装。 ❖ 三点验算： （1）拱肋从平卧到竖立的翻转过程中，应将此两个
拱上建筑砌筑
❖ 砌筑时机：砌筑在卸架前，拱圈合龙后进行（砂 浆强度达30%，若为分环砌筑的拱圈，应该在拱 圈封顶砂浆强度达70%）。
❖ 砌筑方法：分成几部分，由拱脚向拱顶对称、作 台阶式砌筑。
❖ 空腹式：卸架前施工腹孔墩，卸架后再施工其他 拱上建筑。
拱架的卸落
❖ 卸架时间必须待拱圈混凝土达到一定强度后 才能进行 ，并按照一定的卸架程序。
❖ 矢跨比越小，拱圈受力更有利，但基础附加 内力越大；
❖ 矢跨比一般取值：板拱、双曲拱： 1/6 ~ 1/4， 不超过1/8；箱形： 1/8 ~ 1/6；钢筋混凝土 拱桥： 1/10 ~ 1/6，且≥1/12。
不等跨连续拱桥的处理方法
❖ 不等跨拱桥，由于相邻孔的恒载推力不相等， 使桥墩与基础增加了恒载的不平衡推力。
❖ 在采用连续墩的多孔连续拱桥中，需考虑连 拱作用。
❖ 为减小不平衡推力，改善桥墩与基础的受力， 节省材料与造价，应采取相应措施。
措施
❖ （1）采用不同的矢跨比。利用矢跨比与推力成反 比的关系，邻孔不平衡推力尽量减小。
❖ （2）采用不同的拱脚高程。降低大跨径孔的孔脚， 增加小跨径孔的孔脚高程。
拱桥的标高主要有四个： ❖ 桥面高程：由两岸线路的纵断面设计控制； ❖ 拱顶底面高程：桥面高程减去拱顶的建筑高度（拱顶
填料厚度与主拱圈厚度）； ❖ 起拱线高程：由矢跨比要求确定； ❖ 基础底面高程：根据冲刷深度、地基承载力等确定。
矢跨比
❖ 拱桥的水平推力与垂直反力的比值，随矢跨 比的减小而增大；
要点：
❖ 每段长度不宜超过6m，分段位置一般在拱跨1/4点 及拱顶附近。当为满布式拱架时，宜设置在拱架节 点上。
❖ 应在拱脚、 1/4点、拱顶及满布式拱架的节点处设 置空缝。
❖ （2）分环砌筑：较大跨径石拱桥的拱圈，由三层 以上拱石组成时，将全部拱圈分为几环砌筑，砌一 环合龙一环。
要点：
❖ 下环砌完养护几天后，当砌缝砂浆达到一定强度， 再砌筑上环。
拱背
拱顶
拱腹 起拱线
拱脚
拱桥的几个主要技术名称
❖ 净跨径：起拱线之间的水平距离。 ❖ 计算跨径：拱轴线两端的水平距离。 ❖ 净矢高：拱顶截面下缘至起拱线连线的垂直距离。 ❖ 计算矢高：拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心连
线的垂直距离。 ❖ 矢跨比：净矢高与净跨径之比或计算矢高与计算跨
径之比，矢跨比大于或等于1/5为陡拱，否则为坦 拱。
起吊点视为作用于其上的垂直集中力，来验算此曲 梁的强度和刚度； （2）在竖向吊运过程中，需验算吊点截面的强度； （3）当两吊点间距较近时，需验算系杆是否出现轴 向压力及其面外的稳定性。
缆索吊装
❖ 拱箱(肋)的预制：拱箱的预制一般多采 用立式预制；而桁架拱桥的桁架预制段 或肋拱桥的拱肋这种面积大、宽度小的 构件，必须采用卧式预制。
❖ 箱型拱：外形与板拱相似，闭口箱型截面， 抗扭刚度大，横向整体性与结构稳定性都比 双曲拱好，特别适应无支架施工。但箱型截 面制作复杂，所以大跨径拱桥采用箱型拱才 是合适的。
1979四川省宜宾市金沙江大桥 （L=150m） 中国采用缆索吊装施工、跨径最大的钢筋混凝土箱形拱。 主拱圈箱高2.0m，箱宽7.60m，矢跨比1/7，全拱圈横向 分5个箱室；纵向5段预制，吊装就位后再组合成整体箱。
简单体系拱
❖ 组合体系拱桥：梁和拱组合起来，共同承受 桥面荷载和水平推力。
无推力组合拱桥
有推力组合拱桥
❖ 拱片拱——有推力拱 仅用于上承式拱桥,行车道系与拱肋刚性
连成一整体，上边缘与桥面纵向平行，下边缘是 拱形的有推力结构。
沿拱轴线：（1）等截面 （2）变截面
❖ 板拱桥：主拱圈采用矩形实体截面的拱桥。 构造简单，施工方便，但在相同截面面积的 条件下，实体矩形截面比其他形式截面抵抗 矩小。通常只用于地基条件好的中小跨径圬 工拱桥。
拱圈合龙
❖ 砌筑拱圈时，常在拱顶预留一龙口，在各拱 段砌筑完成后安砌拱顶石合龙。
❖ 分段较多的拱圈和分环砌筑的拱圈，为使拱 架受力对称均匀，可在拱圈两半跨的1/4处或 在几处同时砌筑合龙。
❖ 拱圈合龙应在设计规定的温度下进行。设计 无规定时，一般选择10~15摄氏度。
❖ 小跨径拱圈，可采用刹尖封顶完成拱圈合龙。
桥。 ❖ 主要施工工序：材料的准备、拱圈放样
（包括石拱桥拱石的放样）、拱架制作 与安装、拱圈及拱上建筑的砌筑等。
拱架的结构类型
❖ 按使用材料：木拱架、钢拱架、扣件式钢管 拱架、斜拉式贝雷平梁拱架、竹拱架、竹木 混合拱架、钢木组合拱架等多种形式；
❖ 按结构形式：排架式、撑架式、扇形式、桁 架式、组合式、叠桁式、斜拉式。
❖ 混凝土肋拱桥：将板拱划分成两条或多条的、 高度较大的拱肋，肋与肋间用横系梁相连， 这样用较小的截面面积获得较大的截面抵抗 矩，从而节省材料、减小自重，因此多用于 大、中跨径的桥。
1990 四川宜宾小南门桥
(=240m) 主桥系中承式钢筋 混凝土肋拱桥，矢 度1/5，是当时国 内跨径最大的钢筋 混凝土拱桥。
满布立柱式拱架
1-弓形木；2-立柱；3-斜撑；4-卸架设备；5-水平拉杆； 6-斜夹木；7-水平夹木；8-桥墩(台)；9-桩木
撑架式拱架
三角桁式拱架
1-垫块;2-上弦;3-横梁;4-模板;5-下弦;6-竖杆; 7-斜杆;8-腹杆(压);9-腹杆(拉)
❖ 工字梁钢拱架：中间木支架的钢木组合拱架和无中间木支架的 活用钢拱架。构造简单，拼装方便，且可以重复使用。适用于 施工期间需保持通航、墩台较高、河水较深或地质条件较差的 桥孔。
❖ 钢管混凝土拱桥：借助内填混凝土增强钢管 壁的稳定性，利用钢管对核心混凝土的套箍 作用，使核心混凝土处于三向受压状态，具 有更高的抗压强度与抗变形能力。
❖ 总体性能：承载能力大，外表不存在混凝土 裂缝问题，因此可以使主拱圈截面以及宽度 相对减小，提高了中、下承式拱桥的桥面宽 度使用效率。
❖ 施工方面：钢管相当于混凝土外模，强度高， 质量轻，易于吊装或转体。可先将空管拱肋 合拢，再压注砼，从而降低大跨拱桥施工难 度，省去支模、拆模工序，并适应先进的混 凝土泵送工艺。
拱桥
❖ 拱桥与梁桥的区别，不仅在于外形的不同， 更重要的是两者受力性能有较大区别。拱结 构在竖向荷载作用下，两端将产生水平推力， 使拱内产生轴向压力，从而大大减小拱圈的 截面弯矩，使之成为偏心受压构件，与梁相 比截面上应力分布也更均匀。
拱桥优点：
❖ 跨越能力大； ❖ 能充分做到就地取材； ❖ 耐久性好，养护、维修费用小； ❖ 外形美观； ❖ 构造较简单，有利于广泛采用。
❖ 各环的分段方法、砌筑程序以及空缝的设置，与一 次砌筑时完全相同，但上下环之间应犬牙相接。
❖ （3）分阶段砌筑：为争取时间和使拱架荷载 均匀，变形正常，有时在砌完一段或一环拱 圈后的养护期间，工作不间歇，而是根据拱 架荷载平衡的需要，紧接着将下一拱段或下 环砌筑一部分，这种前后拱段和上下环层分 阶段交叉进行的砌筑方法，称为分阶段砌筑 法。