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不同种类的拱式桥梁介绍及浇筑方案

发布时间:2017-09-19        发稿:南京桥梁隧道技术研究会

拱桥作为一种传统桥型,应用非常广泛。拱桥结构型式很多,各自的施工(架设)方法也不一样。

(一)石拱桥主拱圈施工

对于石拱桥这种砌体结构,一般采用拱架法施工。拱架形式有满堂式、撑架式等。在有条件的地方也可采用土牛拱胎。采用拱架施工石拱本身并不复杂,但其施工过程中拱架的安全是必须引起重视的。据统计,拱桥的垮塌事故大多发生在施工中,所以,对石拱桥,特别是大跨径石拱桥施工过程中拱架的受力,变形及稳定必须进行监控。另外,在大跨径拱桥施工中,其拱圈一般系分环、分段逐渐形成的,所以,拱圈内的应力也是逐渐形成的,施工中必须对拱圈应力,特别是先期形成的拱环应力进行全程监控,避免结构在施工过程中出现过大的应力。

(二)普通型钢筋混凝土拱桥施工

1、主拱施工

普通型钢筋混凝土拱桥指除桁架拱桥、刚架拱桥、系杆拱桥以外的所有拱桥,普通型拱桥的共同特点是以主拱圈为主要承重结构,并且有外部水平推力。普通型拱桥中,不论是板拱、箱型拱还是箱助拱,也不论是上承式、中承式还是下承式,在有条件的地方以及采用其他施工方法受限的地方,都可以采用在拱架上浇注、拼装的方法施工主拱圈。拱架形式可以是满堂式、撑架式,也可以是斜拉式、拱式等。

对拱式拱架又分为外置式拱架和埋置式拱架,其中,埋置式拱架又称为劲性骨架,劲性骨架法是特大跨径拱桥的主要施工方法。不论哪种拱架都是非刚性的,施工过程中拱架以及分环分层分段浇注中先期形成的拱环(段)的受力、变形是在不断变化的,为保证施工过程中拱架与拱圈的安全和拱轴线型对称,必须对施工中拱架与拱圈受力、变形、稳定进行监控。对采用劲性骨架浇筑施工时,往往其桥梁跨径特大(如420米的重庆万县长江大桥),要在不太强大的骨架上经过很多工序和较长时间外包混凝土形成拱圈,其施工中的安全更为重要,实施施工控制就显得格外重要。


除上述有支架施工外,天支架缆索吊装施工法应用更为广泛。缆索吊装法是通过设置吊运天线来完成预制拱段(构件)的纵向与竖向运输,从而完成拱圈拼装。缆索吊装也是有支架施工中外置式钢拱架、埋置式拱架(劲性骨架)以及钢管混凝土拱中钢管拱的架设手段。缆索吊装施工的关键在于吊运系统(包括锚碇、塔架、天线)的可靠性以及吊装与扣挂的过程控制。

根据两岸地形情况,在两岸制作半拱,然后绕拱座作水平或竖直转动至合拢成拱的转体施工法也时有采用。转体施工的成败在于转动系统的可靠性和转动过程中悬扣系统、拱圈等的受力、稳定控制,标高监控。

钢筋混凝土拱也可采用悬臂施工法施工。拱的悬臂施工主要有两种方式:一是斜拉扣挂方式,即在拱桥墩台处设立临时塔架,用斜拉索系吊已通过挂蓝浇成的拱圈段,这样,浇一段就系吊一段,直至合拢。二是桁架式,即借用专用挂蓝,结合使用斜吊钢筋将拱圈、拱上立柱和预应力混凝土桥面板齐头并进,边浇注拱圈边构成桁架,直至、合拢。采用前者施工时,需特别注意对斜拉索力、拱圈受力、标高的监测与控制;采用后者施工时,鉴于其属于自架设施工方式,除需注意施工中结构的受力、稳定监控外,特别要加强施工标高的控制。

另外,普通型拱桥中还有一种是钢管混凝土拱。钢管混凝土拱通常是采用缆索吊装法架设钢管拱,然后再灌注管内混凝土,相当于在较柔的钢管拱架上施加非常大的荷载,该施加可以是一次性的,也可以是分步进行的,不论是哪种方式,施工中钢管(或已先期形成的部分管内混凝土)的受力、变形以及稳定系数都是在不断变化的,必须加以监测、调控、以保证施工安全。

2、拱上结构施工

这里所指的拱上结构包括上承式拱桥的拱上建筑、中、下承式拱桥的悬吊结构(桥道梁)。对前者可采用支架现浇,更多的是预制拼(吊)装;对后者既可在支架上现浇或拼装,也可采用吊装。拱桥施工中拱圈安全形成并非全桥就已无问题,若拱上结构施工不当,极易使主拱受力不利,严重者还会导致垮塌,所以,必须对拱上结构施工过程中主拱的受力,变形以及稳定进行监控。

(三)系杆拱桥施工

系杆拱桥属于无外部推力体系,拱圈所产生的推力由系杆承担,而系杆所受拉力是随着拱圈和桥道梁的形成而逐渐形成的,所以,其施工工艺较为复杂。

对钢筋混凝土系杆拱桥,最简便的施工方法是支架法。当采用钢筋混凝土吊杆和系杆时,通常在拱肋混凝土强度达到要求后,先在桥跨上加临时荷载,使吊杆和系杆中的钢筋内产生额外的拉力后再浇注其混凝土,最后在卸去临时荷载后使吊杆、系杆内产生一定预应力,避免混凝土裂缝。当采用预应力系杆时,则需特别控制好预应力施加的时间、大小、使之与拱圈的形成协调,保证拱肋或系杆受力、变形符合要求。必要时也可采用预制拼装,以加快施工进行。

对目前出现的大跨径系杆拱桥大多采用钢筋混凝土结构,除单跨外,更多的识三跨飞燕式。一般先利用缆索吊装或转体(对飞燕式)架设钢管拱圈,此时,对单跨拱由于钢管拱本身产生的推力不大,可利用墩台抵抗或设置临时拉索来平衡推力,对三跨飞燕式则利用中跨半拱和边跨半拱互相平衡。待拱形成后,再浇注管内混凝土和吊装桥道梁,与此同时,同步施加相应的系杆拉力。该类桥梁施工中关键是要控制好系杆拉力的施加和桥道梁的施工加载。

(四)整体型上承式拱桥施工

整体型上承式拱桥包括桁架拱桥、刚架桥。对普通中小跨径桁架拱桥可采用支架安装、无支架吊装、转体和悬臂安装等,对于大跨径桁式组合拱桥,通常采用悬臂安装施工。在无支架吊装中,要特别注意桁架拱片在施工过程中的稳定性,在悬臂施工中则要作好施工过程中各杆件的受力情况观测和节段安装标高控制。


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