拱桥的施工方法

第八章桥梁主梁施工第四节拱桥施工方法、程序和施工要点拱桥的概述：拱桥－以拱为承重结构的桥梁反力－在竖向荷载作用下，拱的两端支承处除有竖向反力外，还有水平推力受力性能－拱主要承受压力，而弯矩、剪力较小圬工拱桥－可以利用抗拉性能较差而抗压性能较好的圬工材料（石料、混凝土、砖等）来建造拱桥其他材料建造的拱桥－钢筋混凝土拱桥，钢管混凝土拱桥和钢拱桥关键技术－施工(拱架施工法，缆索吊装施工、无支架施工、转体施工以及劲性骨架施工等技术)主要优点：拱肋截面受压，可以充分发挥全截面材料的性能，从而能较大地高跨越能力。相对于梁式和索式结构，拱桥的变形较小，行车条件好。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。主要缺点：1）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；2）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；3）上承式拱桥的建筑高度较高。拱桥的缺点正在逐步得到改善和克服：200~600m范围内，拱桥仍然是悬索桥和斜拉桥的竞争对手。钢筋混凝土肋拱桥钢筋混凝土箱拱桥2000年10月合龙的上海卢浦大桥，为钢箱作为拱肋的提篮拱桥，跨度550m，为世界第一大拱桥，投资22亿，用钢近4万吨。德国费马恩（Femarnsund）桥日本泉大津桥西班牙LaBarouema桥西班牙BachdeRoda-FelipeII桥英国世纪眼（MillenniumEye)桥位于广州环城高速公路上•中承式钢管混凝土系杆拱，主跨360m•转体施工，2000年完工2001年11月7日，世界铁路第一高桥、最大跨度的上承式推力转体铁路拱桥——贵州水（城）柏（果）铁路北盘江大桥拱上梁架设完工。这标志着这座拱跨236米、高达280米的创世界奇迹的转体铁路钢管拱桥建造成功。•桥跨布置：3×24m预应力混凝土梁＋236m提篮上承式钢管混凝土拱＋5×24m预应力混凝土梁。桥长468.20米，桥高280米。每侧拱桁管中心高为4.4米，宽为1.5米，由4根Φ1000×16mm的Q345d钢管及H腹杆、腹板以栓焊连接而成；上下游拱肋之间则以Φ800×14及Φ600×14钢管组成Ж字型构件，管管相贯焊接；拱肋拱顶中心距6.16米，拱趾中心距19.6米。拱肋钢管内灌注500#微膨胀混凝土。•大桥施工方案：236米主跨钢管桁架拱采用工厂内分单元制造，铁路、公路运输，在大桥南北两岸陡峭峡谷的工地支架上进行栓焊连接成两个半拱，单铰水平转体合拢（南岸水平逆转180度，北岸水平逆转135度），钢管内混凝土以泵送顶升法施工；拱上结构用吊重60吨、跨度为480米的缆索吊机施工。巫山长江大桥中承式钢管混凝土拱桥，主跨460m。目前世界第一大跨度的钢管混凝土拱桥。贵州江界河桥跨度330米，最大的桁架式混凝土拱桥澳大利亚悉尼港大桥一、拱桥施工概述拱桥的施工方法，大体上可分为有支架施工和无支架施工两大类。石拱桥和混凝土预制块拱桥基本上采用有支架施工；其他拱桥则有采用无支架施工。如图满膛支架、拱架(圬工拱桥)就地砌筑简易排架+吊装设备预制安装就地浇筑拱架梁式支架(组合体系拱)满膛支架劲性骨架法有支架施工斜吊式悬浇法劲性骨架与塔架斜拉联合法悬臂桁架法塔架斜拉索法悬拼法悬浇法悬臂法缆索吊装法有平衡重无平衡重平转竖转竖转和平转的组合转体施工法无支架施工拱桥的施工方法国内早期在拱桥无支架施工中主要采用缆索吊装法，但缆索吊机的吊装能力有限。为利用缆索设备实现拱桥跨度的增大，我国在20世纪70年代修建了大量的双曲拱桥。20世纪七八十年代，我国修建的拱桥主要是箱拱桥。1979年建成的四川宜宾马鸣溪大桥，跨径为150m，采用缆索吊装施工，吊装重量达70t，基本上是我国缆索吊装设备的最大吨位。1980年建成的四川涪陵乌江大桥，采用我国首创的平面转体施工法，使跨径跃上200m的大关。平转法的应用为拱桥无支架施工开辟了新的道路，但当跨径增大后，转体重量很大，转体施工工艺复杂，转盘圬工量大，因此也无法实现更大跨径的突破。日本的外津桥（跨径170m）采用悬臂浇筑法。南非的Bloukrans桥（跨径272m）采用悬臂扣挂法等。悬臂施工法解决了大跨径拱桥无支架施工的问题，但由于需要较多的临时设施，施工费用较高，在我国未能得到推广应用。劲性骨架施工法是国外早期采用的无支架施工方法之一。劲性骨架具有较大的强度和刚度，在施工中起施工支架的作用，承担现浇混凝土的自重，但骨架埋设于混凝土之中，施工后不予拆除，国内又称为埋置拱架法，国外也称其为米兰法。拱圈混凝土成为型钢混凝土结构，或劲性钢筋混凝土，英文为SteelReinforcedConcrete，简称SRC。用劲性骨架建成的跨径最大的拱桥是西班牙的Esla桥，跨径达210m。由于劲性骨架方法耗用钢材多，为此我国探索应用半劲性骨架施工方法。该方法中钢骨架用钢量较少，不足以单独程度主拱圈的混凝土自重，因此施工过程中采用分环浇筑混凝土的方法。1980年辽宁省建成了跨度60m的蚂蚁沙桥为首座采用半劲性骨架的施工方法。目前采用此法建成的拱桥有十余座，其中跨径较大的有辽宁丹东沙河口大桥（跨径156m）和四川宜宾小南门金沙江大桥（跨径240m）。随跨径增大，半劲性骨架施工难度也越突出。直到采用钢管作为劲性骨架，才使得这一方法得到真正的发展。1990年以来，钢管混凝土在拱桥上的应用在我国发展很快。有以下两大类型：①钢管外露，钢管以参与结构受力为主，同时也是施工过程中的支架和浇筑管内混凝土的模板，成桥过程先合龙钢管骨架，再浇筑管内混凝土形成主拱圈；②钢管以施工受力为主，当然也参与成桥的受力，成桥过程先合龙钢管骨架，然后浇筑管内混凝土形成埋置式钢管混凝土劲性骨架，再浇筑外包混凝土，形成主拱圈。钢管混凝土拱桥的施工方法本质上是劲性骨架方法，但跨径增大后，钢管骨架本身的架设也具有很大难度。对于100以下的跨径，钢管骨架一般分为三段，采用浮吊等进行吊装，边段用扣索扣住进行合龙，也可采用少支架支撑。当跨径超过百米后，常用的架设方法，主要是缆索吊装和转体施工方法。二、拱桥就地浇筑施工在事先设置的拱架上进行拱体的砌筑、浇注、安装，最后落架并完成余部分施工。适用情况：砖石、混凝土块、混凝土拱桥二、拱桥就地浇筑施工当拱桥的跨径不大、拱圈净高较小或孔数不多时，可以采用就地浇筑方法来进行拱圈施工。拱桥的就地浇筑施工方法的主要施工工序：有：材料的准备、拱圈放样（包括石拱桥拱石的放样）、拱架制作、安装与试压、拱圈及拱上建筑的砌筑、拱架卸落等。p396二、拱桥就地浇筑施工当拱桥的跨径不大、拱圈净高较小或孔数不多时，可以采用就地浇筑方法来进行拱圈施工。拱桥的就地浇筑施工方法的主要施工工序：有：材料的准备、拱圈放样（包括石拱桥拱石的放样）、拱架制作、安装与试压、拱圈及拱上建筑的砌筑、拱架卸落等。p396拱架是有支架施工法中最主要的临时设施，它要支承全部或部分拱圈和拱上建筑的重量，因此要具备足够的强度和刚度，同时拱架又是一种施工临时结构，故要求构造简单，装拆方便并能重复使用。多孔连续拱桥施工时，还应考虑相邻孔间的影响，若桥墩设计容许承受单孔施工盒载，就可以单孔卸架。否则应多孔同时卸落拱架，以避免桥墩不能承受单向推力而产生过大的位移。1.拱架施工1）拱架的形式按使用材料分：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、钢木组合拱架以及土牛胎拱架等多种形式；按照构造分：满堂式拱架、少支架拱架以及混合拱架等类型（1）满堂式拱架采用木材或者钢管脚手架搭设，通常由拱盔、卸落设备和拱架下部组成。适用于跨度不大、高度较小和基础较好的拱桥。基础不满足条件时，均应进行基础处理。满堂式拱架的构造（2）少支架拱架（少支架）撑架式拱架的构造（3）拱式拱架临时的拱圈，多采用三铰拱。工字梁拱式拱架桁架拱式拱架2）拱架施工的要点（1）拱架要求：结构简单，稳定性好，可重复使用。拱架在各种施工荷载作用下，其内力须经计算确定。拱架安装时，应预先设置预拱度，以抵抗施工过程中的各种变形和下沉。预拱度值采用二次抛物线分配。拱架的卸落时间应严格掌握，卸落设备应简单可靠。支架基础必须稳固，承重后应能保持均匀沉降且沉降值不得超过预计范围。（2）拱架的计算荷载拱圈的圬工重量。不分环浇筑时，按拱圈全部厚度计入。分环砌筑时，按实际作用于拱架的环层计算，一般计入拱圈总重的60～75%；对于大跨径拱桥，分环数多，拱架高，相对刚度较小，应根据施工工序进行整体分析。模板、垫木、拱架与拱圈之间各种材料的重量。拱架自重。排架式木拱架包括铁件可按6.5kN/m３估算。三铰木拱架可按2.5～3.5kN/m估算。人员、机具重量。一般可按2.0kN/m2估计。其他可能产生的荷载，如横向风力、水、雪等。验算拱架稳定性时应考虑横向风力。横向风力可参考《公路桥涵设计规范》计算，也可假定为1.0kN/m2。（3）预拱度的设置为保证桥梁的成桥立面线形符合设计要求，使上部构造在卸架后能获得满意的外形，需要在施工时对结构预设一定的，以克服支架的下沉、梁体自身的挠度等变形。该反向拱度即预拱度。拱圈施工时和卸架后会产生下列弹性挠度及下沉变形：1．拱架和支架承受施工荷载引起的弹性变形；2．超静定结构由温度变化、混凝土的收缩徐变所产生的挠度；3．承受推力的墩台，由于墩台水平位移产生的拱圈挠度；4．由于结构重力产生的拱圈的弹性挠度以及1/2汽车荷载引起的拱圈挠度；5．受荷后由于杆件接头的挤压和卸拱设备的非弹性压缩所产生的非弹性下沉；6．拱架基础在受载后的非弹性变形（沉陷）;拱架在拱顶的总预拱度除按上列方法进行计算外，对一般砖石混凝土拱桥并可按经验取为进行校核或估算。对于大跨径拱桥，总预拱度值宜根据施工工序进行整体结构分析后得出。设置预拱度时，应按在拱顶处为全部变形值，在拱脚处为零设置；其余各点可按拱轴纵坐标高度比例或按二次抛物线分配。x—距离拱顶的距离L——计算跨径800~400LL2241Lxx（3）拱架的放样和制作按照设计的拱轴线加上个点的预拱度值，计算出拱轴线各点的实际高度值，然后找一处开阔的区域，通过相对坐标，算出拱架的轴线，并根据计算结果，进行拱架制作。（4）拱架的试压应根据拱圈施工的顺序以及施工工艺对结构进行试压一般采用砂袋进行试压（5）拱架的卸落和拆除浇筑的混凝土应达到设计强度的75%时，方可卸落拱架为了拱由支承状态逐渐地转变为受力状态，拱架必须逐渐均匀地脱离拱圈。拱圈骤然受力，可能发生裂缝。卸架设备松降时，拱圈将下沉，而拱架因解除荷载恢复弹性变形反而上升；因此：拱顶卸落量等于自身重力引起的拱圈弹性下沉量、墩台水平位移引起的拱困下沉量和拱架的弹性下沉量之和；拱脚处的卸落量等于拱架的弹性下沉量；其它各点的卸落量按直线比例内插求出。拱架卸落应按设计进行，无设计则应拟定的卸落程序，分几个循环卸完，卸落量开始宜小，以后逐渐增大。在纵向应对称均衡卸落，在横向应同时一起卸落。在卸落前应在卸架设备上画好每次卸落量的标记；满布式拱架卸落时，可从拱顶向拱脚依次循环卸落；拱式拱架可在两支座处同时均匀卸落；多孔拱桥卸架时，若桥墩允许承受单孔施工荷载，可单孔卸落，否则应多孔同时卸落，或各连续孔分阶段卸落；卸落拱架时，应设专人用仪器观测拱圈挠度和墩台变化情况，并详细记录。另设专人观察是否有裂缝现象。2.拱桥就地浇筑施工1）浇筑顺序的选择拱桥与梁桥的区别？拱架的受力（1）浇筑程序浇筑拱圈及拱上立柱垫墙；拱上立柱、联结系及横墙等；桥面系等；（2）浇筑顺序要求：对称平衡；拱架应力、变形最小；桥墩偏心应力最小；尽量减少拱架变形对于拱肋的影响；接缝避开应力集中部位；温度选择最低。（3）规范要求连续浇筑：16米跨径以内砼拱桥，从拱脚至拱顶对称连续浇筑；分段浇筑：跨径在16m