关于钢管混凝土拱桥施工技术的文献综述

关于钢管混凝土拱桥施工技术综述
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（**大学土木建筑学院，重庆 400041）
摘要：本文对钢管混凝土拱桥的发展进行了综述, 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、转体法，并对各种施工方法的适用条件及技术要点进行了分析，最后用实际例子详细介绍了钢管混凝土拱桥的施工技术问题，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
Summarize of the construction technology of the Concrete
filled steel tube arch bridge
Nie Chang Yong
(School of Civil Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China) Abstract：This paper summarized the development of Concrete filled steel tube arch bridge,and detailed introduction some construction method of the erection of arch rib.For example,scaffold construction method,the cables method,and the swivel construction method.And analyzed applicable the conditions of various construction methods and technical points.In the end,with practical example in detail the construction technical problems,and For future similar bridge construction in the reference and application.
Key words：Concrete filled steel tube; Arch;Construction technology;Summarize
1 概述
我国的拱桥始建于东汉中后期，已有一千八百余年的历史。

由于其结构形式多样、造型美观、刚度较大等特点，长期以来是中国主要桥型之一，即使在桥型选择日益丰富的近30年大建设时期，拱桥在中国仍有大量的修建，并在设计、施工等方面取得了举世瞩目的成绩。

拱桥按拱圈（肋）结构的材料分：石拱桥、钢拱桥、混凝土拱桥、钢筋混凝土拱桥；按拱圈（肋）的静力图式分：有铰拱、双铰拱、三铰拱。

钢管混凝土, 英文简称CFST，它是将高强混凝土灌入薄壁圆钢管内而形成的组合结构材料,利用在一般的工作状态下, 两种不同力学性能的材料产生相互作用, 即紧箍力来协调工作。

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。

我国在拱桥建造中最早使用钢管混凝土的时间是20世纪9O年代初，四川旺苍县在1990年第一次选择无支架施工以及缆索吊装方式建造的东河大桥，是我国首座钢筋混凝土拱桥，其跨度达到了115m，从此以后钢管混凝土结构在我国的桥梁建造中得到了使用并不断深入。

2 钢管混凝土拱桥的主要施工方法
2.1 钢管拱肋的加工制作
大跨度钢管混凝土拱桥钢管拱肋一般由专业钢结构厂家制作，施工单位给予配合。

钢管拱肋一般采用有缝钢管，其中对桁式钢管拱中直径较小的腹杆。

横联管可直接采用无缝钢管。

有缝钢管的焊接分为纵向直焊缝和螺旋焊缝两种，螺旋焊缝钢管适用于加工，有利于钢管与混凝土的共同左右。

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150-180 cm( 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, 然后分段出厂。

分段拱肋运至工地后，再在工地进行放样，将几段拱肋拼成安装的长度。

焊接是钢管混凝上拱桥施工最重要的一环。

施焊工艺必须符合设计要求，并需按要求进行外观、超声探伤和x光拍片检查等。

拱肋钢管各管节的纵向焊缝应互相错开，而且将纵向焊缝全部置于两肋板中间，以免外表面焊缝影响美观。

在拱肋一面焊接完
成后，对其进行翻身，以便焊接另一面，从而避免仰焊，确保焊接牢固。

由于拱肋翻身是在未完全焊接情况下进行，很容易造成拱肋结构杆件接头处的损坏，所以，必须正确设置吊点和严格按设计方案要求进行翻身。

2.2 拱肋架设
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、转体法等。

2.2.1 有支架施工
有支架的施工方法，要求预先根据钢管拱肋的具体拱度数值和线形组装成膺架，然后在此基础上进行焊接、组装。

膺架的结构可以是分离式，也可以是满堂式，也可两者结合。

具体施工时，要预先得出膺架的弹性和沉降现状，并留出一定的拱度，通过丝杠和千斤顶来调整拱肋高度的实际平面方位，了解支撑点是否沉降，从而及时调节好拱肋在吊装时出现的问题。

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。

2.2.2 缆索吊装施工
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。

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。

2.2.3 转体施工
根据地形情况和经济技术比较，钢管拱可采用转体施工方案。

转体施工方案有平转施工、竖转施工和平竖转施工；钢管桁架拱肋宜采用外锚扣体系，扣索可选用预应力高强钢丝和钢铰线等高强材料，其直径大小和根数应根据扣力计算决定，安全系数应大于2；转体施工体系和施工过程应严格按照设计要求进行；拱肋转体到位，调整好标高、轴线、焊接好嵌填段后，应严格按转体设计程序松索成拱；钢管拱肋转体施工的其它要求可参照《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）。

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。

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。

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。

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 工程实例
3.1 四川广元嘉陵江双线特大桥
以连续梁合龙为初始状态，本桥钢管拱肋现场安装施工步骤主要包括: 边跨在设计配重基础上再压重→支墩1 安装→…→支墩4 安装→拱肋1 安装→…→拱肋4 安装→横撑安装→支墩拆除→拆除边跨再压重→浇筑上、下弦管内混凝土→缀板内混凝土浇筑。

其中，钢管支墩和拱肋安装及拆除均由2台吊车上桥作业。

同一截面处上、下游两钢管支墩除采用横向连接外，还将边柱缆风绳固定在特殊连接座上并收紧固定。

本桥原设计采用塔架缆索吊装法和竖向转体施工法。

塔架缆索吊装法需要拼装主缆塔架和扣索塔架，同时要在塔架后方设置重力式锚碇，该方案在桥轴线方向特别是桥台后方需要很大的施工场地。

但靠锚在边跨锚碇实现竖向转体不利于施工安全，且不经济。

因大桥跨江，不宜在梁下搭临时墩支撑梁体，采用梁上搭设支墩的方案进行拱肋安装，安装过程中，在吊车、钢管支墩和拱肋自重及施工荷载作用下，跨中底部无临时墩支撑的连续梁，其自身的结构安全尤为重要，另外钢管支墩自身的稳定性和应力状态也须有安全保障。

3.2 福建天池特大桥
天池特大桥预制拱段最大吊重达118t，长16.01m，采用130t 缆索吊机作为吊装施工机械。

缆索吊机系统主要由主塔、承重主索、后锚碇、牵引系统、起重系统、通风缆、锚固系统等组成。

吊机布置为：120+228+84m，塔高42m。

天池特大桥受场地限制，拱段预制场沿河滩垂直桥轴线布置，架设时存在掉头问题。

为了解决起吊转向时起重绳不与架好的拱段发生交叉碰撞，施工中在两个运梁平车上设置转向盘，并在上、下吊装扁担间用尼龙吊装绳单点连接，仅由尼龙绳扭转而起重绳不动，以实现转向。

天池特大桥的成功建设是钢筋混凝土箱形拱桥采用缆索吊装、斜拉扣挂施工的又一座里程碑，其主拱净跨达到204.959m，是目前国内采用斜拉扣锚索架设钢筋混凝土箱形拱桥的第一跨度，居世界第二位。

该桥节段拼装接头腹板采用大剪力键、底板采用剪力槽并用环氧树脂胶拼均是一种新的尝试，对大跨度钢筋混凝土箱形拱桥的设计与施工具有借鉴意义，可为今后同类型桥梁提供有益参考。

4 结语
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。

本文根据以往钢管混凝土拱桥的情况，提出了以下几个尚未解决的问题，以供大家参考：1）如何处理混凝土与钢管间的缝隙？
2）横向受力时，结构受力不是以受压为主，这时钢管混凝土的抗压强度高的特点没能充分发挥，这是否有点浪费？
3）目前还没有较新的关于钢管混凝土拱桥设计施工的规范。

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