低扣塔架设桥宽较大的钢管混凝土拱桥的施工方法

摘要

本发明公开了一种低扣塔架设桥宽较大的钢管混凝土拱桥的施工方法，为了解决大跨度钢管混凝土拱桥低扣塔斜拉扣挂施工过程中存在的结构安全和弦管内混凝土开裂风险的问题，本发明在斜拉扣挂架设钢管拱肋过程中，拱肋靠近拱脚区段的1/2～3/5长度的拱肋节段前端控制点就位采用标高向下的容许偏差小于向上的容许偏差；在钢管拱肋合拢后，向拱肋弦管管内进行混凝土浇筑前，放松、并拆除扣索和锚索；拱桥的拱上建筑施工分类分条从拱顶向两岸对称进行。本发明不仅有效地降低了施工过程结构的安全风险，高质量高精度达到拱桥线形和内力的成桥目标，而且减少了扣锚索调索工作量，有序合理地进行拱上建筑的施工组织，节约了施工成本。

权利要求

1. 一种低扣塔架设桥宽较大的钢管混凝土拱桥的施工方法，所述桥宽大于15m，采用斜拉扣挂架设钢管拱肋，其特征是，所述拱肋靠近拱脚区段的1/2～3/5长度的拱肋节段前端控制点就位采用标高向下的容许偏差小于向上的容许偏差，拱肋的其余各节段采用向下的容许偏差等于向上的容许偏差，在斜拉扣挂施工的钢管拱肋合拢后，向拱肋弦管管内进行混凝土浇筑前，放松、并拆除扣索（5）和锚索（6）；然后向拱肋弦管管内浇筑混凝土；拱桥的拱上建筑施工分类分条从拱顶向两岸对称进行。

2. 根据权利要求1所述的低扣塔架设桥宽较大的钢管混凝土拱桥的施工方法，其特征是，所述低扣塔是指扣塔（2）最高扣点标高高于主拱最高扣点标高，且对应扣索（5）的水平倾角小于7°的扣塔。

3. 根据权利要求1所述的低扣塔架设桥宽较大的钢管混凝土拱桥的施工方法，其特征是，所述拱肋弦管混凝土灌注顺序为先上拱肋弦管后下拱肋弦管，每组拱肋弦管混凝土采用从两拱脚向拱顶对称泵送顶升压注，待上拱肋弦管混凝土达到行业规定的强度后再压注下一组拱肋弦管内混凝土。

4. 根据权利要求1所述的低扣塔架设桥宽较大的钢管混凝土拱桥的施工方法，其特征是，所述拱上建筑施工按立柱、盖梁、行车道板、桥面铺装、防撞栏进行分类。

5. 根据权利要求1所述的低扣塔架设桥宽较大的钢管混凝土拱桥的施工方法，其特征是，所述拱上建筑施工分2～4条进行。

说明书

低扣塔架设桥宽较大的钢管混凝土拱桥的施工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及大跨径钢管混凝土拱桥施工方法领域，具体为一种低扣塔架设桥宽较大的钢管混凝土拱桥的施工方法。

背景技术

[0002] 用钢绞线作为扣索和锚索(或称背索、平衡索)，用千斤顶进行张拉控制的斜拉扣挂施工方法，自1995年在邕宁邕江大桥首次使用以来，已在缆索吊装施工的拱桥架设中得[1-5]到了广泛应用 。

[0003] 起初，为了避免扣塔和吊塔受力及受力计算上的相互干扰，吊塔和扣塔均为分离设置。随着计算分析技术的进步，为了充分发挥临时塔的材料性能和节省材料，节约施工场地，扩大了缆索吊装和斜拉扣挂方法的适应性，吊塔、扣塔分离设置的情形逐渐被“吊扣合[6][7]一”，即吊塔和扣塔合二为一的方法所取代 。但“吊扣合一”设置合理经济的前提条件是：如图1所示，缆索吊装起吊拱肋节段的起吊点便于放在两拱脚之间。显然，大江大河上的桥梁，由于可以利用船舶运输拱肋构件到拱桥两拱脚之间的缆索吊装以下，因而可以采用“吊扣合一”的方法；山区跨越大沟谷的桥梁则往往不具备该条件，其经济合理的方案是将吊扣分离。

[0004] 在吊扣分离的山区大跨径钢管混凝土拱桥的缆索吊装和斜拉扣挂施工中，由于地形条件限制和桥下缺乏水运条件，钢管桁架拱肋节段的起吊点往往布置在两扣塔(拱脚)之外，否则，可“吊扣合一”。在这种情况下，缆索吊装的钢管桁架拱肋节段的吊装需从扣塔的上方经过，并在高度上须保持一定的安全距离。为了降低吊塔的高度，节省吊塔和扣塔的材料，往往需采用低扣塔方案。但低扣塔必然使得拱顶附近节段的扣索水平倾角小，对施工各阶段结构的受力带来较大影响。当桥宽较小，单位拱肋面积承担的拱上建筑重量较小时，满足大跨度钢管混凝土拱桥施工过程及成桥状态安全的上部结构施工工序的要求无需过[8]分严格 。随着桥宽的加大，单位拱肋面积承担的拱上建筑重量增大，为保证桥梁施工过程与成桥状态的安全，对斜拉扣挂施工的大跨度钢管混凝土拱桥的扣锚索松拆时机、上下弦管管内混凝土灌注顺序、拱上建筑施工工序等的要求随之趋于严格，并须有科学合理的施工工序与方法。

发明内容

[0005] 为了克服桥宽较大(桥宽大于15m)的钢管混凝土拱桥低扣塔斜拉扣挂施工过程中存在的结构安全和弦管内混凝土开裂的风险，合拢口达不到目标标高或者水平倾角小的长索安全系数要求高，难以适应山区跨越大沟谷桥梁的施工的不足，本发明旨在提供一种低扣塔架设桥宽较大的钢管混凝土拱桥的施工方法，该施工方法采用斜拉扣挂施工、适时放松与拆除钢管拱肋合拢后的扣锚索、按照特定的上、下弦管混凝土总体压注顺序、按照特定的拱上建筑施工方案实现山区大跨度钢管混凝土拱桥的施工。

[0006] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种低扣塔架设桥宽较大的钢管混凝土拱桥的施工方法，所述桥宽大于15m，采用斜拉扣挂架设钢管拱肋，其特点是，所述拱肋靠近拱脚区段的1/2～3/5长度的拱肋节段前端控制点就位采用标高向下的容许偏差小于向上的容许偏差，拱肋的其余各节段采用向下的容许偏差等于向上的容许偏差，在斜拉扣挂施工的钢管拱肋合拢后，向拱肋弦管管内进行混凝土浇筑前，放松、并拆除扣索和锚索；然后向拱肋弦管管内浇筑混凝土；拱桥的拱上建筑施工分类分条从拱顶向两岸对称进行。

[0007] 本发明所述低扣塔是指扣塔最高扣点标高高于主拱最高扣点标高，且对应扣索的水平倾角小于7°的扣塔。

[0008] 所述拱肋弦管混凝土灌注采用先上弦管后下弦管，每组弦管混凝土采用从两拱脚向拱顶对称泵送顶升压注，待上弦管混凝土达到行业规定的强度后再压注下一组弦管内混凝土，即前一组管内混凝土未达到规定强度前不得灌注下一组管内混凝土。

[0009] 所述拱上建筑施工按立柱、盖梁、行车道板、桥面铺装、防撞栏进行分类。所述拱上建筑施工的分条数量视分类拱上建筑单位桥长的重量(与桥宽关系较大)通过有限元计算确定，行车道板较重，一般需分2～4条进行。

[0010] 藉由上述结构，在施工过程中，斜拉扣挂架设钢管拱肋阶段，扣锚索张拉等同高扣塔一样，需对称成比例施加；但前1/2～3/5节段前端控制点就位采用标高按“宁高勿低，但不超标”，即向下的容许偏差小于容许向上的容许偏差的原则控制，而不是按通常的“向上向下容许偏差相等”的原则控制，以克服水平倾角小的长扣索调整误差效率较低，要求其安全储备高(浪费材料)的问题或合拢口难以调整到目标标高的问题。

[0011] 在斜拉扣挂施工的钢管桁架拱肋合拢后，上、下弦管管内混凝土浇筑前，需放松、并拆除扣锚索：在高扣塔施工方案中，扣锚索放松、拆除可放在弦管混凝土泵送压注后，但低扣塔由于拱顶附近节段扣索水平倾角小，各扣索放松拆除将在无压应力储备或者压应力储备不大的拱脚区段上弦管内混凝土上缘产生较大拉应力。同时，如果扣塔利用永久性混凝土桥墩作为支承的话，尽早解除扣锚索，可以减少作为扣塔支承的永久性混凝土桥墩的安全风险和开裂风险。

[0012] 本发明所述钢管拱肋上、下弦管的混凝土压注总体顺序为先上弦管后下弦管：弦管混凝土从两拱脚向拱顶对称泵送顶升压注，且先上弦管后下弦管，待上弦管混凝土达到规定强度后方可压注下弦管管内混凝土，如果上、下弦管混凝土压注需要分别分组，则必须上一组压注的混凝土达到规定强度后方可压注下一组管内混凝土；这样，上弦管管内混凝土在后灌注的下弦管混凝土重量作用下可产生一定的压应力储备，有利于减少后续施工过程中拱脚区段上弦管管内混凝土上缘可能出现的较大拉应力，在靠近拱脚区段的拱上立柱重量较大、靠近拱顶区段的较小；其重量和弹性压缩在拱脚区段引起负弯矩，混凝土上缘产生拉应力。

[0013] 本发明在施工过程中，拱上建筑施工顺序可按“分类、分条”、“从拱顶向两岸”、“对称”的原则进行：拱上建筑加载一般应遵循“分条、分环、均衡、对称”的加载原则，并通过计算分析确定。但为了施工方便和节省试算工作量，通过定性分析和大量的定量计算表明，大跨径钢管混凝土拱桥的拱上建筑施工按立柱、盖梁、行车道板、桥面铺装、防撞栏分类、分条从拱顶向两岸对称进行，能确保施工过程拱的受力状态合理，大幅减少施工过程中管内混凝土出现的拉应力，其中最不利位置往往为拱脚区段上弦管内混凝土上缘。

[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明合理给定拱肋节段就位标高误差，适时张拉与松拆低扣塔扣锚索、合理设计拱肋弦管混凝土灌注的顺序、拱上结构加载顺序，不仅有效地降低了施工过程结构的安全风险，高质量高精度达到拱桥线形和内力的成桥目标，而且减少了扣锚索调索工作量，有序合理地进行拱上建筑的施工组织，节约了施工成本。本发明在降低施工用吊塔和扣塔的高度和费用的条件下，显著降低拱肋管内混凝土在施工过程中出现的最大拉应力，避免管内混凝土的严重开裂，降低施工的安全风险，提高结构的耐久性，并合理节省施工步骤。

[0015] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

[0016] 图1是现有的山区大跨度拱桥缆索吊装和斜拉扣挂系统立面布置图；

[0017] 图2是本发明所述弦管管内混凝土灌注的总体顺序图；

[0018] 图3是本发明一种实施例的系统布置图。

[0019] 在图中

[0020] 1-基础； 2-扣塔； 3-吊塔； 4-背索； 5-扣索；

[0021] 6-锚索； 7-承重索； 8-地锚； 9-起吊工作平台；

[0022] 10-上弦管； 11-下弦管。

具体实施方式

[0023] 某山区上承式钢管混凝土悬链线无铰拱桥，设计拱轴系数1.65，计算跨径255m，矢跨比1/5.5，计算矢高46.364m；加工无应力拱轴线形，拱轴系数1.6，计算跨径255m，计算矢高46.864m。主拱圈由两条拱肋组成，每条拱肋结构设计均为等截面钢管混凝土四管桁式构件，桁高5m，宽4.6m。桁构上弦管为2根φ1100mm的钢管，壁厚由拱顶向拱脚分为24mm、20mm、24mm三段；下弦管为2根φ1100mm的钢管，壁厚由拱顶向拱脚分为20mm、24mm、28mm三段；上、下弦管间设竖腹杆及斜腹杆，其中立柱位置设双竖腹杆。该桥采用缆索吊装和斜拉扣挂的施工方法施工，根据桥位处的地形条件，通过方案比较与设计，确定的缆索吊装和斜拉扣挂系统的布置见图3。

[0024] 如图2所示，原有的施工顺序为“拱肋混凝土灌注方法按照拱肋混凝土灌注先下弦管11后上弦管10，扣锚索于弦管10，11混凝土灌注完成并达到强度后放松拆除，拱上建筑分类并基本上按照从拱脚向拱顶对称的施工顺序进行施工(不分条)”，则施工过程中弦管10，11混凝土出现拉应力最大值，位于拱脚区段上弦管10管内混凝土上缘，拉应力最大值达到11.60MPa。

[0025] 应用本发明的方法，采用斜拉扣挂施工的钢管桁架拱肋合拢后，上、下弦管10，11管内混凝土浇筑前，需放松、并拆除扣锚索6，该桥施工过程中弦管10，11管内混凝土最大拉应力，即位于拱脚区段上弦管10管内混凝土上缘的最大拉应力减少0.54MPa；采用钢管拱肋上、下弦管10，11的混凝土压注总体顺序为先上弦管10后下弦管11，该桥施工过程中弦管10，11管内混凝土最大拉应力，即位于拱脚区段上弦管10管内混凝土上缘，最大拉应力减少1.3MPa。采用拱上建筑施工顺序可按“分类、分条”、“从拱顶向两岸”、“对称”的原则进行后，该桥施工过程中弦管10，11管内混凝土最大拉应力，即位于拱脚区段上弦管10管内混凝土上缘，最大拉应力减少8.25MPa。同时采用本发明的第1、2、3点后，该桥上弦管10混凝土施工过程位于拱脚上缘的最不利拉应力为1.6MPa，所述不利拉应力是指承受的最大的拉应力，下弦管11混凝土施工过程位于拱顶下弦管11混凝土下缘的最不利拉应力为0.46MPa，大大改善了施工过程拱肋钢管及其管内混凝土受力，避免了管内混凝土的严重开裂，提高了结构的耐久性。

[0026] 采用靠近拱脚区段的1/2～3/5数量的钢管桁架拱肋节段斜拉扣挂就位的前端控制点标高就位按“宁高勿低，但不超标”，即采用向下的容许偏差小于容许向上的容许偏差的原则，可将水平倾角小的长扣锚索的安全系数取为2，节省了施工用材料。

[0027] 上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

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