王　曦

摘要：本文首先對(duì)鋼管混凝土拱橋進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概述，介紹了國內(nèi)外鋼管混凝土拱橋的研究現(xiàn)狀；其次在鋼管混凝土拱橋施工中鋼管可作為勁性骨架，又可以起到混凝土模板的作用．施工非常方便、快捷，從而可以縮短工期，降低工程造價(jià)，并論述了鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)施工方法、技術(shù)要點(diǎn)廈存在問題。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土

拱橋

施工工藝

拱橋是我國公路上使用廣泛且歷史悠久的一種橋梁結(jié)構(gòu)型式。它外形宏偉壯現(xiàn)．且經(jīng)久耐用。拱橋作為壓彎結(jié)構(gòu)隨著跨徑的增大，高強(qiáng)材料的應(yīng)用受到穩(wěn)定問題的制約：而鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土拱橋由于自重較大．施工架設(shè)問題突出。高強(qiáng)材料的應(yīng)用和無支架施工的困難制約了拱橋的發(fā)展。將鋼管混凝土應(yīng)用于拱橋能同時(shí)解決了拱橋材料高強(qiáng)化和拱圈施工輕型化的兩大問題。

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)自20世紀(jì)60年代初就已引入我國，最近幾年我國在鋼管拱應(yīng)用方面發(fā)展較快，許多大跨度的橋梁設(shè)計(jì)采用了鋼管拱技術(shù)。因其具有以下優(yōu)點(diǎn)：形態(tài)優(yōu)美．跨度大．施工簡(jiǎn)便．抗震、抗壓、抗裂性能顯著提高。鋼管拱混凝土充分利用了鋼管的套箍作用，采用了微應(yīng)力混凝土，其抗壓、抗裂性能顯著提高。三向應(yīng)力混凝土的主要特性是強(qiáng)度高，變形性好．在外荷載作用下，由于鋼管約束其內(nèi)部核心混凝土的橫向變形，使在三向應(yīng)力作用下的核心混凝土的強(qiáng)度比普通澆注的混凝土提高了2—3倍。普通混凝土受壓的壓縮應(yīng)變>0．002時(shí)，出現(xiàn)縱向裂縫而破壞。三向應(yīng)力作用下的混凝土可看作彈塑性材料，當(dāng)壓縮應(yīng)變達(dá)0．002時(shí)，不但仍有承載能力，而且表面不發(fā)生裂縫它是一種很好的抗震材料。

1國內(nèi)外鋼管混凝土拱橋的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)鋼管混凝土拱橋在橋梁工程中開始得到研究和應(yīng)用是在20世紀(jì)80年代。自1990年10月在四川省旺蒼縣首先采用纜索吊裝、無支架拖工法建成跨度115m的我國第一座鋼管混凝土拱橋以來，短短10多年間，鋼管混凝土拱橋如雨后春筍，在各地破土而出。鋼管混凝土在國外橋梁工程中的應(yīng)用已有100多年的歷史。鋼管混凝土應(yīng)用于拱橋結(jié)構(gòu)，始于20世紀(jì)30年代末期，前蘇聯(lián)著名橋梁專家Perededy教授用鋼管混凝土建造了跨越列寧格勒涅瓦河跨度101m的拱一梁組合體系。與此同時(shí)．1939年IRaenovekiy教授在西伯利亞也用鋼管混凝土建造了一座跨度達(dá)140m的鐵路拱橋。法國已建的凱澤萊爾橋．主跨為220m的下承式拱橋?？偟膩碚f．國外修建鋼管混凝土拱橋的跨徑較小．?dāng)?shù)量也不多，相關(guān)報(bào)道較少。

2鋼管混凝土拱橋的發(fā)展及其優(yōu)缺點(diǎn)

隨著現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)缺陷的突顯和投入橋梁建設(shè)及維修費(fèi)用的增加，促使人們不斷探索構(gòu)造成本低，施工方便及耐久性良好的新型橋梁。

于是鋼管混凝土拱橋應(yīng)運(yùn)而生。拱橋是一種極具美學(xué)價(jià)值的橋梁形式．在我國有深厚的文化基礎(chǔ)。其結(jié)構(gòu)輕巧．表現(xiàn)力豐富，形式多樣。在我國的云貴川渝桂地區(qū)．多山丘溝壑．地形復(fù)雜，地質(zhì)良好，適合修建拱橋。隨著交通的迅速發(fā)展，對(duì)拱橋的性能提出了新的要求。在高科技發(fā)展的今天，新材料，新技術(shù)的運(yùn)用使得拱橋煥發(fā)出新的光彩。

蘇聯(lián)最早建設(shè)了鋼管混凝土拱橋。自我國1990年建成第一座鋼管混凝土拱橋一四川旺蒼大橋以來，現(xiàn)已建成上百座。鋼管混凝土拱橋在短短的幾十年時(shí)間里，能得以飛速的發(fā)展．就其本身而言．鋼管混凝土拱橋具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)跨越能力強(qiáng)，承載能力大。

已建橋結(jié)構(gòu)形式以中下承式為主，跨徑在100m左右．最大跨徑360m。

2)承載能力大．施工快捷

鋼管混凝土利用內(nèi)填混凝土增強(qiáng)管壁的穩(wěn)定性，又利用鋼管對(duì)核心混凝土的套箍作用，使鋼管混凝土的優(yōu)越性能得到充分發(fā)揮，具有很高的抗壓強(qiáng)度和抗變形能力，非常適合以偏心受壓為主的拱橋。施工時(shí)．鋼管充當(dāng)很好的模板．無需額外的腳手架和模板，又起到勁性骨架的作用。

3)對(duì)地基的適應(yīng)能力強(qiáng)，可做成有推力的鋼管混凝土拱橋．也可做成無推力的系桿拱。

4)振動(dòng)小，建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用低，適合我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)要求。

5)造型優(yōu)美

3鋼管混凝土拱橋主要施工方法

鋼管混凝土拱橋的主要施工環(huán)節(jié)包括：鋼管拱肋的加工制作，鋼管拱肋的吊裝架設(shè)及鋼管混凝土的灌注等。

3．1鋼管拱肋的加工制作

鋼管拱肋的加工質(zhì)量對(duì)于全橋來說是至關(guān)重要的．為了保證加工質(zhì)量，鋼管拱肋通常在工廠制作。首先應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求．先由定尺的鋼板卷制成長(zhǎng)150～180cm(分段長(zhǎng)度視材料、工藝：運(yùn)輸、吊裝條件而定)的單節(jié)直管，再根據(jù)設(shè)計(jì)拱軸線形，預(yù)留拱度等進(jìn)行放樣，組焊成拱肋。出廠前在剛平臺(tái)上進(jìn)行1：1的精確放樣．然后進(jìn)行大樣總拼裝．驗(yàn)收合格后進(jìn)行初級(jí)防腐．然后分段出廠。

31 1鋼管拱肋的架設(shè)

鋼管混凝土拱橋通常是先架設(shè)空鋼管形成裸拱．再在其內(nèi)以泵送頂升壓注混凝土，形成鋼管混凝土拱，或再將其作為勁性骨架．在其外部包上鋼筋混凝土形成復(fù)合拱肋。鋼管拱肋的架設(shè)可以根據(jù)不同的施工條件采用不同的施工方法，主要有支架施工法，纜索吊裝法，平轉(zhuǎn)法．豎轉(zhuǎn)法以及豎、平轉(zhuǎn)結(jié)合幾種方法綜合應(yīng)用的施工方法。

31 2支架施工法

支架施工法就是在橋位處先按鋼管拱肋的設(shè)計(jì)拱軸線形和預(yù)留拱度值，拼裝好膺架，在膺架上就位拼裝，焊接成拱的施工方法．膺架可以采用滿堂式或分離式．或兩種方式相結(jié)合。采用有支架施工時(shí)，膺架的基礎(chǔ)沉降，彈性和非彈性變形等應(yīng)事先計(jì)算出．并預(yù)留拱度．膺架頂部設(shè)置微調(diào)裝置，如千斤頂、絲杠等．以便對(duì)拱肋的標(biāo)高和平面位置進(jìn)行調(diào)整。在拱肋吊裝過程中，應(yīng)不斷觀測(cè)各支撐點(diǎn)的沉降．發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整。有支架施工法通常在拱肋離地面不高、橋下無水或水不深及施工條件較好的情況下采用，是比較經(jīng)濟(jì)和合理的。

3．1．3纜索吊裝施工法

纜索吊裝施工法就是根據(jù)纜索吊機(jī)的吊裝能力，先將拱肋分段預(yù)制，纜索吊機(jī)再吊裝兩拱腳段就位，并用扣索固定，再依次吊裝其余各段并與先吊段對(duì)接．直至吊裝完畢。吊裝時(shí)應(yīng)跟蹤監(jiān)控．要求對(duì)位準(zhǔn)確．焊接可靠，拱軸線形滿足設(shè)計(jì)要求。分段原則按照跨度大?。鶕?jù)纜索的吊裝能力確定適當(dāng)分段數(shù)。纜索吊裝法特別適用于跨越峽谷、深水河槽的大跨度拱橋的施工，拱肋及材料運(yùn)輸較為方便，索塔塔身無需太高，較為經(jīng)濟(jì)，不足之處是拱肋空中對(duì)接精度較難控制，拱軸線形難以精確控制，分段越多，質(zhì)量和工期控制難度越大．因此根據(jù)條件應(yīng)盡量提高纜索吊機(jī)的吊重能力，減少分段數(shù)，加快施工進(jìn)度，盡快合攏拱肋。

3．1 4平轉(zhuǎn)施工法

這是1979年我國首創(chuàng)成功的一種新型施工方法，其施工要點(diǎn)是：將拱圈分為兩個(gè)半拱，分別在兩岸偏離橋位的位置，利用岸坡或引橋的橋墩設(shè)置膺架，拼裝拱肋和拱上立柱．形成半拱．然后水平轉(zhuǎn)體就位(其轉(zhuǎn)體角度小于或等于1800)，再拼裝合攏段成拱。轉(zhuǎn)動(dòng)牽引系統(tǒng)主要包括上轉(zhuǎn)盤和張拉千斤頂，以采用ZLD自動(dòng)連續(xù)牽引系統(tǒng)為好。平衡防傾系統(tǒng)主要包括保險(xiǎn)支腿和平衡重(一般可用低標(biāo)號(hào)砂漿的漿砌片石)，在轉(zhuǎn)體過程中，必須使轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重心恰好。

與轉(zhuǎn)盤軸心重臺(tái)，以便啟動(dòng)時(shí)環(huán)道受力均衡，避免其偏心受壓，為此

需要利用橋臺(tái)自重及臨時(shí)除拱頂外，不宜在其余部位設(shè)置隔倉。泵送混凝土要求和易性好，坍落度宜在18～20cm．為了減少混凝土收縮，可以加人適量的減水劑(具有早強(qiáng)和緩凝作用)。摻量由試驗(yàn)確定，并采用微膨脹混凝土，摻墨以能補(bǔ)償混凝土收縮為宜。

3．2不足之處及存在問題

3．2 1管內(nèi)混凝土難以保證密實(shí)．尤其是小直徑鋼管特別不便于施工，一般僅在大直徑管混凝土中使用。

3 2．2混凝土澆灌方面，質(zhì)量的保證難度大．相對(duì)普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工管理要求更高，更難操作。

3．2．3鋼管混凝土拱橋受到應(yīng)用限制的主要因素是鋼管加工困難，構(gòu)件運(yùn)輸?shù)淖匀画h(huán)境條件差，大型預(yù)制構(gòu)件不易到達(dá)橋位處，加之某些區(qū)域的環(huán)境因素影響．使鋼管混凝土養(yǎng)護(hù)維修成為主要問題，從而限制了鋼管混凝土在山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中的發(fā)展。

4施工工藝及技術(shù)要點(diǎn)

4．1施TT藝

4．1 1二級(jí)壓注．一次成型

由于鋼管為扁形，加勁肋布置較遠(yuǎn)，且矢高較大，根據(jù)混凝土所能產(chǎn)生的壓力及扁鋼管的抗變形能力計(jì)算(采用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件分析計(jì)算)，若混凝土從拱腳一直壓到拱頂，則混凝土的壓力將把扁鋼管的直線部分壓彎．所以采取“二級(jí)壓注，一次成型“的方法，即除原有拱腳底預(yù)留焊接的泵管接頭外，在拱高1，2處(拱高含拱頂排氣管1 5m)，兩邊對(duì)稱．增設(shè)型號(hào)一致泵管接頭，在緊靠拱項(xiàng)吊桿位置兩側(cè)設(shè)兩根中20cm，高1．5m的排氣增壓鋼管。

4．1．2施工中鋼管拱的觀測(cè)

為了獲得較完整的測(cè)量數(shù)據(jù)，混凝土壓注過程要進(jìn)行全程觀測(cè)?；炷翂褐撩恳粋€(gè)控制點(diǎn)，都對(duì)拱軸線及標(biāo)高施測(cè)一次，并將測(cè)量結(jié)果繪制成隨時(shí)間或工況變化曲線圖，根據(jù)這一曲線，可以較直觀地了解鋼管拱在泵送混凝土各階段變化情況。

4 1 3壓注頂升旌工程序

灌注前認(rèn)真檢查泵管及輸送泵的各個(gè)接頭．接頭之間應(yīng)墊像皮圈防止漏氣、漏漿。開啟止回閘潤K1、K2，用與混凝土相同品種及標(biāo)號(hào)的水泥攪拌的砂漿潤滑泵車與泵管，以減小混凝土泵送時(shí)的摩阻力．砂漿必須在鋼管拱外排出。對(duì)稱進(jìn)行灌注混凝土，同時(shí)有專人觀察拱內(nèi)混凝土的泵送情況，兩臺(tái)泵灌注的速度盡量保持一致，如有不對(duì)稱現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)調(diào)整。最簡(jiǎn)單而實(shí)用的觀察辦法就是“錘擊法”，即用鐵錘敲擊鋼管拱，聽到清脆的聲音和沉悶的聲音交界處就是混凝土已壓注到的位置。這一觀測(cè)能確?；炷恋膶?duì)稱同步澆注。如果發(fā)現(xiàn)兩側(cè)的壓注速度不一致，應(yīng)及時(shí)與泵車指揮人員聯(lián)系，進(jìn)行調(diào)整。小部分偏載造成的鋼管拱彈性變形可以完全恢復(fù)，有效的保證了拱軸線符合設(shè)計(jì)耍求。當(dāng)混凝土灌注至超過K3、K4壓注7L時(shí)，停止泵送，立即關(guān)閉K1、K2閘板閥．已最快的速度將泵管接至K3、K4壓注孔，打開K3、K4閘板閥．開始第二級(jí)混凝土的壓注。當(dāng)混凝土從排氣孔冒出時(shí)，控制灌注速度．改兩臺(tái)泵同步對(duì)稱泵送為交替泵送，繼續(xù)壓注1—2m3混凝土，確保鋼管拱內(nèi)混凝土壓注密實(shí)。然后關(guān)閉止回閘閥，避免混凝土倒流，清洗泵管、泵車。灌注完成后要做好鋼管混凝土的保溫工作。

4．2技術(shù)要點(diǎn)

4．2．1混凝土配合比的優(yōu)化

該混凝土要求早強(qiáng)、高流態(tài)、緩凝、自密性及可泵性非常好。最為關(guān)鍵的問題是該鋼管混土為微應(yīng)力混凝土?；炷羶?nèi)摻膨脹劑，滿足補(bǔ)償收縮耍求，坍落度要求到達(dá)作業(yè)面18—20cm，初凝時(shí)間根據(jù)壓注速度計(jì)算，要求控制在6h以上。設(shè)置微應(yīng)力．可提高構(gòu)件的承載力及改變普通混凝土灌注造成的混凝土和鋼管問有間隙的現(xiàn)象。在配合比設(shè)計(jì)中確定微膨脹率是關(guān)鍵因素i鋼管內(nèi)部混凝土質(zhì)量對(duì)工程結(jié)構(gòu)安全影響很大，稍有不慎，就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)置事故．造成泵送困難、內(nèi)有空氣、不飽滿、混凝土和鋼管間有收縮空隙等現(xiàn)象。因此，對(duì)此種混凝土的配合比要多做實(shí)驗(yàn)，控制好膨脹率。

4．2 2混凝土的壓注要兩側(cè)對(duì)稱同步進(jìn)行

對(duì)混凝土的壓注過程中進(jìn)行全程觀測(cè)，結(jié)果顯示：拱下半部混凝土灌注時(shí)第一至三段標(biāo)高明下降，第五段至拱頂段標(biāo)高明顯上升。相反。當(dāng)拱頂部分泵送完混凝土后，拱頂標(biāo)高明顯下降，而第一段至第三節(jié)段標(biāo)高自動(dòng)得到回升。

混凝土的自重對(duì)鋼管拱線形影響比較明顯。所以壓注毖須對(duì)稱同步進(jìn)行。如果在澆注前因拼裝、焊接等原因，造成一側(cè)的控制點(diǎn)偏高而另一側(cè)的偏低，則可以用非對(duì)稱方式澆注進(jìn)行調(diào)整．即先從偏高的一側(cè)進(jìn)行壓注混凝土．同時(shí)密切觀察拱的變形，當(dāng)拱兩側(cè)的控制點(diǎn)標(biāo)高基本恢復(fù)至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，兩側(cè)開始同步澆注，逐步調(diào)整兩側(cè)混凝土的壓注量，最后同時(shí)壓至拱頂?；炷翂褐凉绊敃r(shí)．要繼續(xù)壓注，讓混凝土從排氣增壓孔中排出1—2m3．排氣孔不冒氣泡時(shí)停止壓注．關(guān)閉混凝土止回閥。

4 2．3二級(jí)壓注，一次成型

設(shè)計(jì)要求混凝土的壓注必須連續(xù)進(jìn)行，而本橋扁拱的結(jié)構(gòu)抗變形能力又決定了混凝土必須分兩級(jí)壓注。所以我們采取了“二級(jí)壓注，一次成型”的壓注方案。方案的關(guān)鍵在于二級(jí)混凝土之間的連續(xù)性。第二級(jí)混凝土必須在第一級(jí)混凝土的初凝時(shí)間內(nèi)盡早開始，要求工人在兩級(jí)混凝土壓注間拼接泵管的速度要快，必須安排熟練工人進(jìn)行。

4 2．4鋼管混凝土的保溫工作

混凝土和鋼管之間如果產(chǎn)生空隙，微膨脹混凝土的優(yōu)勢(shì)將失去，直接影響拱的承載力。鋼管混凝土的保溫工作不到位是空隙產(chǎn)生的原因。因此，采取將鋼管拱用麻袋包起等措施，盡量減小內(nèi)外溫差。

5材料要求

5 1水泥，細(xì)集料，粗集料，水和附加劑．砼拌和．輸送．養(yǎng)護(hù)符合《結(jié)構(gòu)砼工程規(guī)范》的規(guī)定

5．2導(dǎo)管灌注水下砼還應(yīng)符合下列要求：

①水泥標(biāo)號(hào)不低于425i初凝時(shí)間不低于2．5h

②粗骨料宣選優(yōu)質(zhì)級(jí)配良好的碎石

③骨料粒徑不得太于導(dǎo)管1，8和鋼筋最小凈距的1／4，同時(shí)不得大于40mm．

④砂子選用級(jí)配良好的中砂．

⑤坍落度宜為180～220mm．

⑥水灰比在0．5—0 6，水泥用量不少于350kg／m3．

6鋼管混凝土拱橋的施工技術(shù)

鋼管混凝土拱橋也有很多施工方法，如轉(zhuǎn)體施工、纜索吊裝施工、門式膺架吊裝施工等。競(jìng)論采用哪一種施工方法．在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的過程中，都將受到許多確定和不確定因素(誤差)的影響，包括施工設(shè)計(jì)計(jì)算、橋用材料性能、施工精度、荷載大小、大氣溫度等諸多方面在理想狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)之間存在的差異。在施

工過程中要從各種受誤差影響而失真的參數(shù)中找出相對(duì)真實(shí)之值．對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別(監(jiān)測(cè))、調(diào)整(糾偏)、預(yù)測(cè)，即橋梁施工控制技術(shù)．它可保證施工過程中其結(jié)構(gòu)處在絕對(duì)安全的控制之中，并且成橋狀態(tài)的線型以及受力情況滿足設(shè)計(jì)要求。橋梁施工控制技術(shù)不僅是橋梁施工的重要組成部分，也是實(shí)施難度相對(duì)較大的部分。對(duì)不同體系、不同施工方法、不同材料等的橋梁，其施工控制技術(shù)要求也不一樣。施工控制技術(shù)的內(nèi)容包括施工控制前期計(jì)算l應(yīng)力控制，幾何變形控制，穩(wěn)定控制．安壘控制等。

結(jié)語

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)由于具有許多特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為建造大型拱橋具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的結(jié)構(gòu)，但由于鋼管混凝土理論研究滯后于工程實(shí)踐及施工技術(shù)，工程中出現(xiàn)不少問題。因此，對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的研究具有實(shí)際意義。隨著設(shè)計(jì)理念和施工技術(shù)的發(fā)展，各種新型橋梁不斷產(chǎn)生，鋼管與鋼管混凝土復(fù)合拱橋是一種很具有發(fā)展前景的橋型結(jié)構(gòu)。國外現(xiàn)在研究的鋼管混凝土拱橋主梁采用鋼管，在受剪或受壓大的區(qū)域鋼管內(nèi)填充混凝土，其他部分填充氣泡砂漿，這樣使得整個(gè)結(jié)構(gòu)更加合理。采用氣泡砂漿或輕質(zhì)混凝土填充和采用鋼管套管混凝土．能增加空鋼管段的剛度，提高鋼管內(nèi)壁的防腐能力并改善剛度急劇變化處的受力情況，增加橋的橫向穩(wěn)定性，增大跨徑。