鋼管混凝土拱析施工工藝研究
摘要：橋梁作為跨越障礙物的架空結構，其施工過程所用的時間比起成橋使用周期來說要短暫的多，但是施工過程中的結構行為并不比成橋后的簡單。大跨度橋梁的施工技術是橋梁技術的重要組成部分，而且往往是大橋建設的關鍵技術。
關鍵詞：鋼管混凝土；拱橋；安裝
1概述
鋼管混凝土拱橋的施工方法，盡管可人為地從內(nèi)容上進行抽象概括，從而達到理解上的區(qū)分，但在具體使用過程中其彼此的界限并不那么清楚。許多工程施工建設過程中，各種施工方法大多靈活地綜合在一起進行使用，所以施工方法之間并沒有簡單意義上的優(yōu)劣之分，橋梁建設過程中的具體工程狀況才是施工方法選擇和在施工過程中進行方法組合的關鍵因素。因此，橋梁工作者們需要在總結現(xiàn)有經(jīng)驗的基礎上，進一步在更深的層面實現(xiàn)技術創(chuàng)新，從理論上實現(xiàn)新的突破，推動大跨度鋼管混凝土拱橋新的發(fā)展。
不同跨徑、結構形式及施工設備、現(xiàn)場環(huán)境條件，可以選擇不同的施工方法。其他橋型的施工方法也可以用來借鑒。目前常用的鋼管混凝土拱
橋的施工方法可分為如下幾種。
2支架施工法
支架，也叫贗架。而用于建造拱橋的支架，又叫拱架。對于石拱橋，曾廣泛采用木支架。在我國鐵路界，曾讓支架采用常備式拱形的鋼結構。對于木支架，在砌造石拱橋時，石拱的重量完全由支架負擔，而石拱圈則并不受力;隨后，在石拱圈已砌好的情況下，應該拆卸支架，在這過程中，石拱從其不受力變?yōu)槌袚灾�，將發(fā)生彈性下沉，而支架從其受力狀態(tài)變?yōu)椴皇芰Γ瑢l(fā)生彈性的升高。因此，在安排支架頂面高程時，一則要考慮砌拱的要求，再則要考慮落架要求，并采取落架措施，以保證石拱圈逐步地安全承受自重。對于常備式鋼拱架，也可以采用落架措施，但更好的辦法是用千斤頂升拱;這可以使拱的受力狀態(tài)得到明確并優(yōu)化。
對于小跨徑的鋼管混凝土拱橋，支架法仍是可以考慮采用的一種施工方法，它操作簡單，安全可靠，適合于規(guī)模較小的施工隊伍。但對于大跨徑的鋼管混凝土拱橋，采用此法基本上是不現(xiàn)實的。但是支架施工法從一定程度上講是纜索吊裝法、轉體施工法的實現(xiàn)基礎和理論源泉，纜索吊裝法施工中必不可少的塔架、轉體施工中的組拼支架和三大段吊裝法中的贗架都可以說是支架施工法中的拱架在其應用過程中的轉型和具體應用。因此對支架施工法加以分析研究，也是大跨度鋼管混凝土拱橋主拱肋施工方法研究中一個不可欠缺的內(nèi)容。隨著支架材料在選擇范圍上的擴大、支架設計與施工經(jīng)驗的積累以及大跨徑鋼管混凝土拱橋在結構上的創(chuàng)新和變化，支架施工法本身固有的優(yōu)越性和適用性特點也會在施工過程中的具體應用上得到進一步的體現(xiàn)。
支架施工方法可分為三種:
(一)先梁后拱法
即采取先搭設少量支架跨越河道，然后在支架上拼裝或現(xiàn)澆加勁梁，而后架設鋼管拱肋及澆筑拱肋混凝土。這種方法適合于具有強大加勁梁的中、小跨徑鋼管混凝土拱橋，先梁后拱的施工方法既安全又方便。浙江一帶的許多鋼管混凝土拱橋就用此法修建，如抖港橋、伊山橋等。
(二)先拱后梁法
此法先搭設少量支架，在支架上拼裝拱肋和橫撐，然后拆除支架，利用加勁肋為承重結構，澆筑或拼裝加勁梁。如福建安溪銘選大橋，浙江菜花徑橋。
(三)滿堂支架法
搭設滿堂支架，并在其上現(xiàn)澆系梁、橫梁混凝土，待混凝土達到設計強度后，張拉系梁第一批預應力束，在支架上架設鋼管拱肋、安裝橫撐，灌注鋼管拱內(nèi)混凝土;然后安裝吊桿，并按設計初始應力張拉吊桿，拆除滿堂支架，最后安裝預制橋面板。紹興覽湖橋、順德馬崗大橋就采用了這種施工方法。
3轉體施工法
轉體施工法應用于鋼管混凝土拱橋的架設過程，促進了拱橋的發(fā)展，相應的也促進了自身在施工工藝、施工方法等方面的完善和突破。轉體施工法是一種較新的施工方法，正越來越多地被橋梁工作者們所考慮并采用。轉體施工法是將拱橋主拱圈大致分為兩個對稱的半跨在兩岸制作，通過轉體合龍的一種施工方法。大跨橋梁采用轉體施工方法，可不搭設或少搭設費用較高的支架，減少安裝架設程序，把復雜的、技術性強的高空作業(yè)和水上作業(yè)變?yōu)榘哆叺年懮献鳂I(yè)，不但施工安全、質(zhì)量可靠，有利于施工控制，而且在通航河道或跨線橋的施工中可不干擾或少干擾交通，具有良好的技術經(jīng)濟效益和社會效益。
轉體施工根據(jù)主拱圈繞拱座的轉動方向可分為三種:豎向轉體施工法、平面轉體施工法、豎轉和平轉組合法。
3.1豎向轉體施工法
豎向轉體施工法一般是將拱圈從跨中分為兩半，在橋軸線上利用地形搭設簡單支架，在支架上組拼或現(xiàn)澆拱肋。在拱腳處安裝轉動鉸，利用扣索的牽引將結構豎向轉至設計標高，跨中合龍完成結構的安裝。20世紀50年代意大利曾用此種方法修建了跨徑70m的多姆斯河橋。此后歐美的一些國家及日本相繼運用此法修建了一些橋梁，形成了一套系統(tǒng)的施工技術。我國也應用此種施工工藝修建了多座鋼管混凝土拱橋，如京杭運河橋(主跨235m)等。
在施工工藝上，豎轉鉸的構造與安裝精度、索鞍與牽轉動力裝置、索塔和錨固系統(tǒng)是保證豎轉質(zhì)量、轉動順利和安全的關鍵所在。豎轉鉸跨徑較小時，可采用插銷式，跨徑較大時可采用滾軸。拉索的牽引系統(tǒng)當跨徑較小時，可采用卷揚機牽引;跨徑較大，要求牽引力較大，牽引索也較多時，則應采用千斤頂液壓同步系統(tǒng)。
3.2平面轉體施工法
平面轉體施工法是我國首創(chuàng)的施工方法。自1977年在四川省遂寧市采用該法建成1孔70m鋼筋混凝土肋拱橋后，該法得到迅速推廣。平面轉體施工法在其發(fā)展初期，多為平衡重轉體，它需利用橋臺或配置平衡重來平衡懸臂主拱肋。隨著橋跨的增大，因平衡重而大大增加了轉動體系總重量，給轉盤的設計、制造和轉動、控制都帶來很大困難，而且增加了工程材料的費用，使這種施工方法失去了一定的優(yōu)越性。為解決大跨徑拱橋轉體施工的問題，橋梁工作者們于1984年在巫山縣龍門峽峽口進行了“拱橋無平衡重轉體施工工藝”的研究。在此基礎上于1988年進一步提出了“無平衡重雙肋對稱同步轉體施工”的新工藝，并成功修建了跨徑200m的四川涪陵烏江大橋。2001年在(六盤)水柏(果)鐵路的北盤江鋼管混凝土拱橋建成，這是上承拱橋，用平轉法合攏，轉體重量為10200噸。平面轉體施工具體可分為帶平衡重轉體和無平衡重轉體。平衡重轉體又可分為需專門配置平衡重轉體和利用對稱性實現(xiàn)平面轉體。除去以上兩種平面轉體類型外，在實際工程實踐中，有時為了橋孔布置和地形的需要，有意識地把轉動體系的重心與下盤磨心設計為有較大的偏心，即所謂偏心轉體。這樣可以取得更好的技術經(jīng)濟效益。
3.3豎轉與平轉相結合的施工方法
豎轉與平轉相結合的施工方法是在前述兩種轉體施工方法的基礎上產(chǎn)生的，它有效地利用了地形，既通過豎轉將組拼拱肋的高空作業(yè)變?yōu)樵诘桶Ъ苌掀囱b拱肋的低空作業(yè)，又通過平轉完成障礙物的跨越。這種方法的成功應用，增加了轉體施工工藝的應用范圍，標志著轉體施工工藝的成熟，和支架施工法、纜索吊裝法一起成為橋梁施工的常用方法。
4纜索吊裝法
纜索吊裝施工法是大跨度拱橋實現(xiàn)自架設施工的主要方法之一。在峽谷或水深流急的河段上，或在通航的河流上需要滿足船只的順利通行，纜索吊裝由于具有跨越能力大，水平和垂直運輸機動靈活，適應性廣，施工比較穩(wěn)妥方便等優(yōu)點，而在拱橋施工中被廣泛采用。纜索吊裝施工是在20世紀60年代應用于雙曲拱橋施工的基礎上發(fā)展起來的。在廣泛的工程實踐過程中，這種方法得到了很大的發(fā)展并積累了豐富的施工經(jīng)驗。
雖然纜索吊裝法施工工藝己經(jīng)成熟，但主要適用于5段及以下的拱橋吊裝中。由于纜索吊裝的吊裝能力有限，一般在30-40t，最大的吊裝能力在70t左右，且隨纜索跨徑的增大，吊裝能力的提高越顯困難;另外，纜索作為施工設備，其設備費用也大;而鋼管混凝土拱橋跨徑都比較大，一般分段都在9段以上，常規(guī)的扣索變形量大，扣索力也很大，采用纜索吊裝對拱肋拱曲線型控制難度大，控制目標難以實現(xiàn)。因此，目前大都結合斜拉扣掛法，纜索則兼作運輸手段使用。
我國首座跨徑躍上200m大關的鋼管混凝土拱橋—廣東南海三山西大橋，鋼管拱肋采用纜索吊裝法架設。除兩岸靠拱腳的4段用斜拉扣索固定外，其余13段均采用吊橋式纜索吊裝就位，單段最大吊重為49噸。為增大鋼管拱肋吊裝和灌注管內(nèi)混凝土時的剛度，纜索系統(tǒng)設置了懸掛鋼管拱肋的主纜。每段鋼管拱肋吊裝后，按先后順序懸掛在承重主纜上，因此，每一段拱肋的吊裝，對己經(jīng)懸掛在主纜上的拱肋段的坐標值都有影響，施工計算時，應考慮各節(jié)段拱肋和懸掛系統(tǒng)受幾何非線性的影響。
這種施工方法需在施工時對主纜受力和垂度進行精確控制，一般在施工控制計算時采用前進法確定主纜最終的受力狀態(tài)，以及各段拱肋吊點位置的坐標;然后再用倒退分析法確定各段拱肋在吊裝時的吊點抬高量，目的是使最后一段拱肋吊裝到位時，其它各拱肋段均在設計坐標值的位置附近，以便使拱肋合龍時，調(diào)整各段坐標值的工作量最小，并使成橋后的拱軸線與設計拱軸線相吻合。
參考文獻
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