钢筋混凝土拱桥施工综述

钢筋混凝土拱桥施工综述

广西建设学院 铁道1001班 马日春

摘要：本文在简述了我国钢筋混凝土拱桥的发展及一些施工方法，如悬臂浇筑

法、装配式施工、转体施工，在这之前，还有拱桥的一些桥型。

1. 前言

新中国成立以后，桥梁建设得到了较迅速的发展。就拱桥而言，上世纪

50年代开始，石拱桥得到了发展，60年代初跨径即突破了百米，

上世纪60年代起，钢筋混凝土拱桥得到了发展，并且从上世纪90年代开始，修建了钢管混凝土拱，目前我国跨径较大的拱桥是主跨长达460米的巫山长江大桥，这道美丽的风景源于重庆交通大学牵头完成的“钢管混凝土拱桥建设成套技术”。钢管混凝土拱桥修建技术得到发展后，跨径为530 m的四川泸州合江长江一桥已修建完成，

从21世纪起，钢拱桥得到了较迅速的发展，目前最大的是跨径552m的重庆朝天门长江大桥。

以下，就钢筋混凝土拱桥的桥型和施工方法做一个简单的介绍。

2. 钢筋混凝土拱桥的桥型

钢筋混凝土拱桥的桥型，内容丰富，现在讨论如下。 2.1 箱形拱，箱肋拱

箱型拱桥是大跨径拱桥中用得最多的桥型。拱圈往往由若干个箱所组成。吊装完成后，各个箱型腹板间及顶板上浇筑整体混凝土，形成整体拱圈。为了减轻吊装重量，预制腹板往往搞得很薄，甚至以开口箱进行吊装。目前我国最大的箱形拱是跨径420m的重庆万县长江大桥，居钢筋混凝土拱桥跨径前列，如下图：

但是，由于腹板间浇筑的混凝土量较大，而这部分混凝土对拱承载能力的贡献相对较小。于是近年来出现了一种趋势，就是向箱肋拱发展，以减少腹板的总厚度。在较小跨径的钢筋混凝土拱桥中，也有采用工字形的拱肋，甚至是矩形肋和圆管形拱肋的，如盐源金河雅砻河大桥，跨径170m，采用工字形肋；跨径60m的成渝高速公路黑水函大桥，采用矩形拱肋；跨径35m的内蒙赤峰各各召桥，采用四条管形拱肋。

2.2 双曲拱

上世纪60年代无锡从改造农桥而提出双曲拱，其拱圈由拱肋、拱波、拱板及横系梁所组成，在当时缺乏钢材及吊装设备的历史背景下，对农桥改造起了很大的推动作用。后来又发展用于公路桥梁甚至曾用于铁路桥梁。最大的双曲拱是河南前河大桥，跨径150m。跨径超过100m的有12座①。最长的双曲拱是湖南长沙湘江大桥，一座１７孔双曲拱桥，大孔跨径为６０米，小孔跨径为５０米，总长１２５０米，至今仍在完好地运营。但是，由于双曲拱拱圈是由肋、波、板所组成，组合截面的整体性差，界面易开裂，耐久性也较差，随着钢材的丰富及吊装能力的加强，现该桥型已趋向不用，基本完成了其历史使命。

2.3 桁架拱，桁式组合拱

一种轻型的拱桥，主拱圈由桁架拱片及横向连接杆件组成，上设桥面而成桥。后来也将桁架中的斜拉杆搞成预应力杆件。

在上世纪80年代，又将桁架拱桥发展为桁式组合拱，以适应大跨径的要求。桁片上下弦均为箱形截面，上弦分段张拉预应力束悬臂拼装桁片节段后，即安装上下弦杆的中室顶底板，形成三室箱，直至合龙。然后在约四分点附近的设计位置，解除上弦杆的预应力连接器，转换体系而成拱结构。但是，由于桁架节点较多，节点较易开裂，耐久性及动力性能较差。尤其在跨径很大时，施工阶段内力很大。目前已趋向于少用。

2.4 刚架拱

一种轻型拱桥，主拱圈由包括拱腿、实腹段、斜撑与上弦的刚架拱片及横向

连接件组成，上设桥面而成桥。与桁架拱比，杆件较少，较简洁，而适用跨径也相应减少。但是，刚架拱的上弦大小节点也较易出现裂缝，必须谨慎设计，加强

节点。

但不得不说的是，福州尤溪洲闽江大桥采用了空腹式刚架拱，，跨径80+120+80m。与一般刚架拱比，取消了斜撑及墩上立柱，减少了节点；同时因空腹距离较大，布置了预应力。采用的施工方法，是设临时支墩，首先形成三角区，再悬臂施工，这种新的尝试也获得了成功，如下图。

福州尤溪洲闽江大桥

2.5 系杆拱

在拱上设系杆，平衡推力，形成无推力的拱。其基本形式有两种：一是下承式拱，带系杆，设支座，放在墩上；二是中承式飞燕式拱，边跨近似半跨拱，两边跨端部间以系杆拉住。前者如广东罗浮山大桥，跨径60+100+60m，后者如福建南平玉屏山大桥，跨径55+100+55m。

3.0桩基础施工

桩基础按承受的工作原理不同分为摩擦桩、柱桩和嵌岩桩。按施工的方法不

同又可分为钻孔灌注桩、挖孔灌注桩及打入桩，现在就两种桩作一个介绍。

3.1钻孔灌注桩

3.1.1 施工前的准备工作 1）认真进行施工放样 2）设备准备 3）埋置护筒 4）制备泥浆

5）钢筋笼的制作

特别注意的是，护筒内径应比桩径稍大20～30cm，采用反循环钻时应使护筒顶高程高出地下水位2.0m；采用正循环钻时应使护筒顶高程高出地下水位1.0～1.5m。钢筋笼制作时，注意主筋在50cm范围内接头数量不能超过截面主筋根数总数的50%。

3.1.2 钻孔施工方法 1)冲抓锥钻进

一种最简单的钻孔机械，由三角立架、锥头、卷扬机三部分组成，适用于砂砾

石和沙土地层。 2）冲击钻进

其设备由冲击钻头、三角立架、锥头、卷扬机三部分组成，适用于砂砾石和岩石地层。

3)正循环钻进法 如下图所示，用钻头旋转切削土体钻进，泥浆泵将泥浆压进钻杆顶部泥浆笼头，通过钻杆中心从钻头喷入钻孔内，然后泥浆携带钻渣沿钻孔上升，从护筒顶部排浆孔排至沉淀池，钻渣在沉淀池沉淀，而泥浆循环利用：

4) 反循环钻进法

与正循环法不同的是泥浆输入钻孔内，然后从钻头的钻杆下口吸进，通过钻杆中心排至沉淀池内，详细如下图：

3.1.3 组合式基础施工

1）双壁围堰加钻孔灌注桩施工

双壁围堰加钻孔灌注桩基础不仅能起到深水基础工程的围水与施工平台作

用，而且可以参与部分受力，既增加了深水基础工程结构的整体性能，又提高了下部结构的防撞能力，方便施工，降低了工程造价。

2）浮式沉井加管柱(钻孔桩)基础 南京长江大桥2号、3号墩，水深30m，覆盖层厚约40m，基岩强度为7～9MPa，河床最大冲刷深度可达23m，采用钢沉井加管柱基础。钢沉井采用矩形，平面尺寸为16.19m*25.01m，井内分成15个方格，内插13根直径3m的预应力混凝土管柱。管柱下沉到岩面后钻孔，孔径2.4m，孔深7～9m，钻孔内放置钢筋骨架，然后灌注水下混凝土，一直填充至管柱顶面。管柱下端嵌入基岩，上端嵌固在承台混凝土中，沉井的封底封顶混凝土将管柱群联结成整体。本方案的特点是：钢沉井能减少管柱所要穿过的覆盖层厚度，兼做下沉管柱的导向架，灌注上下封底、封顶混凝土及承台混凝土时作防水围堰；同时又是永久结构的组成部分，可增强桥墩基础的刚度。

4. 桥梁墩台施工

4.1墩台模板

模板可采用一般用钢材、胶合板、塑料和其他符合设计要求的材料制成，重复使用的模板应经常检查、维修。常见的模板类型有拼装式模板、整体吊装模板、组合型钢模板、滑动钢模板。

4.2混凝土浇筑

墩台混凝土施工前，应将基础顶面清洗干净，凿除表面浮浆，整修连接钢筋。灌注混凝土时，应经常检查模板、钢筋及预埋件的位置和保护层的尺寸，确保位置正确，不发生变形。其他的各项指标均满足规范要求，混凝土灌注的速度应符

合规范的计算要求。

4.3墩台帽施工

1）墩、台帽放样 2）墩、台帽模板

3）钢筋和支座垫板的安设

5．悬臂浇筑法

悬臂浇筑的主要设备是一对能行走的挂篮。

5.1浇筑段落

悬浇梁体一般应分四大部分浇筑：

1）墩顶梁段（0号块）；

2）墩顶梁段（0号块）两侧对称悬浇梁段； 3）边孔支架现浇梁段； 4）主梁跨中合龙段。

5.2悬浇顺序

1）在墩顶托架或膺架上浇筑。号段并实施墩梁临时固结；

2）在0号块段上安装悬臂挂篮，向两侧依次对称分段浇筑主梁至合龙前段；3）在支架上浇筑边跨主梁合龙段； 4）最后浇筑中跨合龙段形成连续梁体系。

6. 悬臂拼装法

6.1梁段预制方法

梁段预制方法分长线法及短线法。

1）长线法，组成梁体的所有梁段均在固定台座上的活动模板内浇筑且相邻段的拼合面应相互贴合浇筑，缝面浇筑前涂抹隔离剂，以利脱模。优点是由于台座固定可靠，成桥后梁体线性较好，缺点是占地较大，地基要求坚实，混凝土的浇筑和养护移动分散。

长线法施工工序：预制场、存梁区布置→梁段浇筑台座准备 梁段浇筑→梁段吊运存放、修整→梁段外运→梁段吊拼施工挠度的控制及观测

2）短线法，梁段在固定台位能纵移的模内浇筑。待浇梁段一端设固定模架，另一端为已浇梁段（配筑梁段），浇毕达到强度后原配筑梁段，达到要求强度为下待浇段配筑，如此周而复始，台座仅需3个梁段长。优点是场地较小，浇筑模板及设备基本不需要移机，可调的底、侧模便于平竖曲线梁段的预制，缺点是精度要求高，施工要求严，施工周期相对较长。

6.2梁段的拼接施工

1）0号块：为了确保连续梁分段悬拼施工的平衡和稳定，与悬浇方法相同，将T构支座临时固结，必要时在墩两侧加设临时支架以满足悬拼的施工需要。 2）1号块：1号块是紧邻0号块两侧的第一箱梁节段，也是悬拼T构的基准梁段，是全跨安装质量的关键，一般采用湿接缝连接。湿接缝拼装梁段施工程序：吊机就位→提升、起吊1号梁段→安设薄钢板管→中线测量→丈量湿接缝的宽度→调整薄钢板管→高程测量→检查中线→固定1号梁段→安装湿接缝的模板→浇筑湿接缝混凝土→湿接缝养护、拆模→张拉预应力筋→下一梁段拼装。

3）其他梁段拼装：采用胶接缝拼装，拼装施工程序：吊机就位→起吊梁段→初

步定位试拼→检查并处理管道接头→移开梁段→穿临时预应力筋入孔→接缝面上涂胶接材料→正式定位、贴紧梁段→张拉临时预应力筋→放松起吊索→穿永久预应力筋→张拉预应力筋后移挂篮下→梁段拼装。如图所示：

7. 钢管混凝土拱桥施工（上部结构）

7.1中承式、下承式钢管混凝土拱桥施工工序

1）首先分段制作钢管及加工腹杆、横撑等

2）然后在样台上拼接钢管拱肋，应先端段，后顶段逐段进行

3）接着吊装钢管拱肋就位，合龙，从拱顶向拱脚对称施焊，封拱脚使钢管拱肋转为无铰拱，同时，从拱顶向拱脚对称安装肋间横梁、X撑及K撑等结构。 4）按设计程序浇筑钢管内混凝土

5）安装吊杆、拱上立柱及纵横梁和桥面板，浇筑桥面混凝土。

7.2中承式和下承式系杆施工工序

1）搭架浇筑两边跨半拱 2）梁肋制作，吊装 3）杆安装

4）浇筑拱肋钢筋混凝土，安装桥面系（吊杆、横梁、纵梁及桥面板）并同步张拉系杆。

5）拆除边跨支架，安装边跨支座

7.3拱桥转体施工

7.3.1 基本原理

转体施工法一般适用于单孔或三孔拱桥的施工，其基本原理是将拱圈或整个上部结构分为两个半跨，分别在河流两岸利用地形或简单支架现浇或预制装配半拱，然后利用一些机具设备和动力装置将其两半跨拱体转动至桥轴线位置(或设计标高)合龙成拱。 7.3.2 转体施工法分类 1）平面转体

平面转体可分为有平衡重转体和无平衡重转体。有平衡重转体一般以桥台背墙作为平衡重，并作为桥体上部结构转体用拉杆的锚碇反力墙，用以稳定转动体

系和调整重心位置。为此，平衡重部分不仅在桥体转动时作为平衡重量，而且也要承受桥梁转体重量的锚固力。无平衡重转体不需要有一个作为平衡重的结构、而是以两岸山体岩土锚洞作为锚碇来锚固半跨桥梁悬臂状态时产生的拉力，并在立柱上端做转轴，下端设转盘，通过转动体系进行平面转体。 2）竖向转体

适用于桥址地势平坦，桥孔下无水或浅水，在一孔中的两端桥墩、台从拱座开始顺桥向搭设半孔拱架，在其上现浇或组拼拱箱（肋或钢管肋），利用敷设在两岸侨台上的扣索，先收紧一端扣索，拱箱（肋）即以拱座铰为中心，竖向旋转，使拱顶到达设计高程，同法收紧另一端扣索，合龙。 3）平竖结合转体

在一些平原区的中承式拱桥，单独地使用平面转体或平面转体不能使预制桥拱达到设计地位置，因此，有必要使用平竖相结合转体施工法，施工方法与前述的相似，只是在转轴构造方面较为复杂。当条件适合时，混凝土肋拱、刚架拱、钢管混凝土拱可选用此工法。

8. 结语

钢管混凝土拱桥桩基基础施工可采用钻孔灌注法，钻孔方法有冲抓锥钻进、

冲击钻进、正循环钻进、反循环钻进。主梁施工可采用悬臂浇筑法和悬臂拼装法，转体施工有平面转体、竖向转体和平竖结合转体法，希望能为以后的钢管混凝土拱桥的施工提供一些资料。

9. 参考文献

1.我国钢管混凝土拱桥的发展 2.组合基础简介 3.桥涵施工技术

4.大跨度钢管混凝土拱桥竖向转体施工技术