第七章 拱桥施工 71 概述 拱桥特点：. 1.受力上：在竖向荷载作用下，主拱圈主要承受轴向压力；拱脚处产生竖向反力和水平推力 2.材料上：小跨径拱桥采用圬工材料修建，大跨径桥梁采用钢筋混凝土、钢材修建。 3.外形上：造型美观，与环境协调性较好。 拱桥发展阶段： 1.建国初期：修建石拱桥石拱桥为主； 2.60年代：修建双曲拱双曲拱桥； 3.70年代：修建桁架拱桥桁架拱桥、刚架拱桥、箱刚架拱桥、箱形拱桥形拱桥轻型拱桥； 4.80年代：修建桁式桁式组合拱桥，加大跨越能力； 5.90年代：修建钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱桥。 拱桥实例介绍我国公路桥中70%为拱桥。我国多山，石料资源丰富，拱桥取材以石料为主。1）圬工拱桥（石拱桥以及拱圈不配钢筋的混凝土拱桥，跨越能力较小）主拱圈为等截面悬链线。拱矢度为1/5，拱圈厚1.7m，拱上建筑对称布置5个空腹拱，两边设岸孔37m，拱圈厚1.1m。下部结构为重力式石砌墩台。该桥施工在主孔范围内设3个临时墩，上立钢支架、拱架等，其上砌筑主拱圈。1965广西南宁都安红渡桥（L: 100m )世界上跨径最大的石拱桥。桥宽8m，双肋石拱桥，腹拱为9孔13m，南岸引桥3孔13m，北岸引桥1孔15m。主拱圈由两条分离式矩形石肋和8条钢筋混凝土横系梁组成。拱轴线为悬链线（m=1.543） ，拱矢度1/5，拱肋为等高变宽度。1990湖南凤凰县的乌巢河桥 （ L=120m） 2）双曲拱桥（中国首创的一种拱桥型式）结构纤细轻盈，适宜于软土地基上建造。1969江苏无锡卫东桥 构思独特，充分发挥双曲拱桥构造特点，组合拼装成三叉形的双曲拱桥。1969江苏无锡民主桥上承式无铰空腹拱，是当时我国跨径最大的双曲拱桥。拱矢度1/10，拱轴线设计为悬链线。为提高横断面刚度、增强双曲拱在组合过程中裸肋的稳定性，断面设计成高低拱肋，全桥29道横隔板组成整体性好的拱肋格排，合拢后上面砌筑双层拱波。1968河南嵩县前河桥 （L=150m） 3）肋拱桥 1988广东广州流溪桥 （L=90m）钢筋混凝土箱肋中承式拱，拱矢度1/4.5，全桥采用喷塑装修工艺，建筑宏伟壮丽，已成为公园的重要景观。中承装配式铁路钢筋混凝土拱，矢高40m，两片拱肋中心距7.5m。拱轴线采用二次抛物线，拱肋为箱形截面，吊杆为预应力杆件。施工时先架设钢拱架，然后在拱架上由下而上分层施工，安装拱肋底板-腹板-顶板，使先安装的拱肋底板与钢拱架共同受力。在拱顶进行应力调整，改善了拱肋的受力状态。为保证结构的整体性，拱肋与桥面系相交处的一段拱肋在工地现浇。1966北京永定河七号桥 （L=150m）1992 广东开平三埠桥 （L=60m）单拱肋预应力混凝土系杆拱，单拱肋置于车行道中央分隔带上。1983 台湾台北关渡桥 （L=165m）中承式5孔连续系杆拱桥，中间孔跨度为165m，两侧孔跨度为143m及44m，拱圈为抛物线。 1990江苏丹阳云阳桥（L=70m） 跨越京杭大运河，无粘结预应力系杆拱，3根拱肋，矢度1/5，拱轴系数m=1.0，单箱高1.5m，行车道刚性纵梁和无粘结预应力柔性系杆分开。预制安装法施工. 4）箱 拱桥 1979四川省宜宾市金沙江大桥 （L=150m）中国采用缆索吊装施工、跨径最大的钢筋混凝土箱形拱。主拱圈箱高2.0m，箱宽7.60m，矢跨比1/7，全拱圈横向分5个箱室；纵向分5段预制，缆索吊装就位后再组合成整体箱。1989四 川涪陵乌江大桥 （L=200m）桥高84m，矢跨比1/4，主拱圈采用3室箱。 涪陵乌江大桥采用转体法施工，先在两岸上、下游组成3m宽的边箱，待转体合拢后吊装中箱顶、底板，最后组成3室箱。1997四川万县长江大桥 L=420m)劲性骨架钢筋混凝土箱形拱桥 5）刚架拱桥1989江苏无锡100米下甸桥 变截面，四分点附近截面高度最大，分别向拱脚、跨中减小。取消斜撑，拱上建筑采用23m预应力混凝土简支梁以过渡。1993江西德兴130米太白桥 采用转体施工。 1994台湾台北碧潭桥（L=160m） 桥面由预制预应力混凝土单箱组成，并配以Y型悬臂拱圈，形成主跨为160m及2x100m无推力拱桥。引桥跨度分别为85m及57m，全桥以简洁明快的弧形曲线构成，与远山近水相协调。 1990四川宜宾小南门桥 (=240m)主桥系中承式钢筋混凝土肋拱桥，矢度1/5，是当时国内跨径最大的钢筋混凝土拱桥。该桥采用劲性钢骨架施工法，缆索吊装。 6）桁架拱桥1976浙江宁海75米越溪桥 主孔为净跨75m的预应力混凝土桁架拱，拱矢度1/9；边孔为净孔40m的双曲拱，1971浙江余杭50米里仁桥 钢筋混凝土斜拉杆式桁架拱桥。拱圈矢跨比为1/8。全桥布置4片拱片，在上弦杆覆盖微弯板混凝土桥面。预制拱片卧置叠浇，分段用浮吊起吊、翻身和吊装，在三分点处设临时支托，浇筑湿接头混凝土。 7）桁式组合拱桥中国首创的一种桥型，它除保持桁式拱结构用料省、竖向刚度大等特点外，更具有桁梁的特性和可以采用悬臂法施工、施工阶段和运营阶段的受力趋于一致等优点。1990四川自贡160米牛佛沱桥 桁式组合拱为三室箱形截面，桁架片按节段分件预制，采用人字扒杆悬拼安装。主跨为组合预应力混凝土桁架拱。全宽13.4m，拱圈高2.7m，宽10.56m，矢跨比为1/6。采用起重量1200KN钢格构人字扒杆和直径32mm 40Si2MnV级钢轧丝锚碇体系悬臂拼装。1995贵州省330米江界河桥 8）钢管混凝土拱桥 1998浙江义乌80米宾王桥 单肋钢管混凝土系杆拱桥，中跨矢跨比1/5，矢高15.6m；边跨矢跨比1/4.5，矢高11.87m 。1990四川旺苍115米东河桥 下承式钢管混凝土预应力系杆拱桥，矢度1/6。两片拱肋间用直径800mm横撑连接以保持其稳定性。活载作用下拱脚的水平推力由系杆及桥墩共同承担。钢管拱肋实际上是一种复合材料，在破坏荷载作用下，钢管不仅起纵筋的作用，而且对混凝土起螺旋箍筋的作用，以提高构件的承载能力。在施工阶段，钢管起着劲性骨架的作用。360m 广州丫髻沙特大桥三跨连续自锚式中承式钢管混凝土拱桥。以高强预应力钢铰线作为系杆，拱座基础只有较小水平推力。主拱采用中承式双肋悬链线无铰拱，矢跨比为1/4.5。每片拱肋由6750钢管混凝土组成，由横向平联板、腹杆连接成为钢管混凝土桁架。边拱采用上承式双肋悬链线半拱，每片拱肋由钢筋混凝土单箱单室截面组成。转体施工法。 1932澳大利亚503m悉尼钢拱桥1977美国518.2m New River桥9）钢拱桥我国几座典型的拱桥：我国几座典型的拱桥： 湖南乌巢河大桥湖南乌巢河大桥石拱桥石拱桥 四川万县长江大桥四川万县长江大桥钢筋混凝土箱形拱钢筋混凝土箱形拱 贵州江界河大桥贵州江界河大桥桁式组合拱桥桁式组合拱桥 广东三山西大桥广东三山西大桥钢管混凝土拱桥钢管混凝土拱桥 上海卢蒲大桥上海卢蒲大桥钢箱形拱钢箱形拱 一、拱桥分类 1.按建筑材料分： 圬工拱桥（石、混凝土）、钢筋混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥、钢拱桥 2.按桥面的位置： 上承式拱桥、下承式拱桥、中承式拱桥 3.按截面型式分类： 板拱桥、肋拱桥、双曲拱桥、箱形拱桥4.按有无水平推力分类 有水平推力拱桥、无水平推力拱桥二、拱桥施工方法综述 拱桥的施工方法与拱桥的构造形式密切相关，随着拱桥的发展阶段施工技术、施工水平不断发展。 石拱桥阶段有支架施工 双曲拱桥阶段预制拱肋作为支架的一部分，减少支架用量，促进了拱桥施工技术的发展 钢筋混凝土箱形拱桥、肋拱桥、桁式组合拱桥、钢管混凝土拱桥可采用无支架施工（缆索吊装、转体施工、劲性骨架、悬臂浇注、悬臂安装）72 支架就地砌筑、浇注施工方法拱桥砌筑施工 圬工拱桥就地浇注施工大跨度拱桥 （1）钢桁架拱架，有支架就地浇注施工 （2）采用型钢或钢管混凝土劲性骨架，无支架就地浇注施工 （3）采用塔架斜拉索法和斜吊式悬浇，无支架就地浇注施工一、拱架类型及预拱度设置 （一）拱架（上承式拱桥） 支柱式、撑架式、扇形、钢木组合、土牛拱胎以及钢桁架拱架，一般采用钢桁架拱架，包括标准节、拱顶节、拱脚节、连接杆等钢销连接组成，再以纵横向连接系将几片拱架联成一体，作为浇注拱圈的支架。 拱架安装：1）拱架吊运安装 2）封拱及卸吊 3）吊装和封拱及卸吊注意事项 做好试拼； 封拱前调整好拱轴线及各节点标高，收紧侧向风缆； 卸架前拧紧风缆螺栓 （二）预拱度 由于拱轴线变化大大影响结构的受力性能，因此拱架预拱度的设置尤为重要，主要考虑以下：1、拱圈自重及车辆荷载（不及冲击力）产生的拱顶弹性下沉2、拱圈由于温度变化与混凝土收缩产生的拱顶弹性下沉3、墩台水平位移产生的拱顶下沉4、拱架在承重后的弹性和非弹性变形及拱架的跨中挠度5、拱架基础受载后的非弹性压缩拱顶总预拱度；拱脚零（三）主拱圈浇注连续浇注法L16m,避免拱架不均匀沉降引起砼开裂，拱段长度6-15m，间隔槽宽0.5-1.0m分环、分段浇注法大跨径箱形截面拱圈一般采取分环、分段浇注方法。 分两环浇注：底板肋板、隔墙、顶板 分三环浇注：底板肋板、隔墙 顶板 间隔缝浇注： 1.分环填充间隔缝，减轻拱架受力，但工期长； 2.全拱完成后一次填充间隔缝。（四）卸拱架 拱架拆除应待拱圈混凝土达到一定强度后（70以上）方可拆除。为保证拱架均匀受力，按照一定程序进行，即由挠度较大部位向较小部位分级、对称卸架。卸架方法：卸架方法： （1）砂筒法 （2）千斤顶法（五）拱上建筑浇注 大跨径拱桥的拱上建筑施工，应对称均衡施工。 二、劲性骨架施工法 施工步骤：劲性钢骨架制作、劲性钢骨架安装、拱肋浇注、横梁和吊杆安装。 （一）劲性钢骨架制作 可以采用16Mn型钢焊接制成，按照1：1大样分段冷弯成型，在大样架上拼焊加工。也可以采用常备构件焊接而成，如万能杆件、贝类片等。近年来，常采用高强、经济的钢管砼作为骨架材料（二）劲性钢骨架安装 1.吊装设施的布置 包括：吊运天线、跑马滑车、起吊滑车组、索塔、扣索、锚定。 2.钢骨架安装 骨架起吊螺栓临时连接合拢调整后焊接接头。 进行骨架的安装关键是控制施工过程中的竖向和横向稳定性。安装时需根据计算要求，设置横向联系，每段骨架采用八字风缆固定。 （三）主拱混凝土浇注 拱肋混凝土浇注的关键是保证钢骨架在浇注混凝土过程中的稳定性，需根据计算布置足够的横向连接系和横向风缆。 拱肋混凝土在浇注过程中，钢骨架会随浇注位置而发生轴线变形。因此在施工过程中要严格控制骨架的变形，防止早期浇注砼开裂。 调整时可采用水箱压载法。 为适应钢骨架变形，避免混凝土开裂，应适当设置变形缝，待混凝土浇注完成后，采用高强度混凝土填缝。（四）横梁和吊杆安装 1.横梁 横梁一般采用预制安装施工方法。 2.吊杆 一般采用钢绞线，钢管压浆保护。73 预制安装施工法 桁架拱桥、刚架拱桥、箱形拱桥、桁架组合式拱桥、钢管混凝土拱桥普遍采用装配式施工方法。 拱肋的分段预制时，分段点应在拱肋自重M最小的位置或附近。（L30m，分2段或不分段；30L80m，分5段或7段） 一、缆索吊装 施工工序：预制拱肋和拱上结构构件运输拱肋分段安装利用扣索对分段拱肋临时固定吊装合拢段拱肋调整拱轴线位置主拱圈合拢拱上结构安装。 吊装要点 1.大跨径拱桥每段拱肋较长，重量大，为保证拱肋吊装安全，应尽量采用正吊、正落位、正扣，因此索塔的宽度与桥宽相一致。 2.拱肋分段安装时，每段拱肋由扣索临时固定在扣索架上，此时需设置风缆。 3.当拱肋跨度大于80米或横向稳定安全系数小于4时，应采用双基肋合拢成拱的方式。 4.松索前校正轴线位置和标高符合设计要求。 5.送索过程采用仪器观测各接头标高，防止发生不均匀变形导致拱肋失稳或开裂。 6.松索顺序：拱脚段扣索次段扣索起重索的顺序，按比例定长、对称、均匀松索。 7.每次松索量宜小，各接头高称变化不宜超过1cm； 8.接头焊接后方可松索成拱。 二、桁架拱桥、刚架拱桥安装 安装工序： 桁架拱片预制（平卧预制） 构件运输安装合拢处理接头 安装横向连接系形成整体铺设微弯板或桥面板安装人行道挑梁和人行道板、栏杆等。 三 钢管混凝土拱桥 钢管混凝土拱桥具有吊装重量轻，安装方便，刚度大等优点，在大跨径钢筋混凝土拱桥施工中采用钢管混凝土作为拱圈施工的劲性骨架。例420米万县长江大桥。 (一)钢管混凝土构造特点 1.截面型式 钢管混凝土由于钢管的套箍作用，使混凝土处于三向受力状态，提高了混凝土的抗压强度和变形能力。 单管截面，适用于小跨径拱桥； 双管哑铃形：适用于跨径小于150米以内； 桁架式截面型式 ：适用于跨径大于150米以内； 2.结构形式 （1）中承式肋拱桥 （2）下承式系杆拱桥 （3）上承式拱桥 （二）钢管拱肋制作 钢管材料一般采用A3钢和16Mn钢，钢管由钢板卷制成型，厚度1020mm管节长度120180cm。 一般将半跨拱肋在混凝土地面上按1：1进行放样。沿放样的拱肋轴线设置胎架，在大样上放出吊杆位置及段间接头位置和混凝土灌注孔位置。 （三）拱肋安装和混凝土浇注 1.拱肋安装： 一般采用缆索吊装或转体施工。 2.拱肋混凝土浇注 钢管拱肋内混凝土一般采用泵送顶升浇注法和吊斗浇捣法。 泵送顶升浇注法在钢管拱肋拱脚位置安装一个带闸门的进料支管,直接与泵车的输送管相连,由泵车将混凝土连续不断自下而上灌入钢管拱肋,无需振捣。 吊斗浇捣法在钢管顶部每隔4米开孔作为灌注孔和振捣孔,由吊斗灌入混凝土,采用振捣棒进行振捣。 为保证混凝土密实性，一般掺入适量混凝土微膨胀剂。 检测方法：钻孔检测或超声波检测。 （四）中承式和下承式系杆施工 无水平推力的钢管混凝土拱桥均有系杆。 下承式拱桥系杆预应力钢束锚固于拱脚，采用单跨型式。 中承式拱桥系杆采用三跨型式，系杆预应力钢束锚固于拱脚端部拱肋上。 中承式拱桥系杆采用两种型式： （1）大尺寸预应力混凝土梁，刚性系杆体系 （2）采用体外预应力钢束组成柔性系杆，PE套管保护。 （五）钢管混凝土劲性骨架 钢管混凝土结构由于吊装重量轻，管内浇注混凝土后刚度大，强度高，变形小，普遍作为大跨径钢筋混凝土拱桥的施工劲性骨架。 施工顺序： 劲性骨架的加工制作劲性骨架的安装（保证轴线位置准确） 劲性骨架内混凝土浇注设模板吊架，立模，帮扎钢筋拱肋混凝土浇注（一般采用分环、分段浇注）。74 悬臂浇注施工悬臂浇注包括塔架斜拉索法和斜吊式悬浇法。 1.塔架斜拉索法 在拱脚墩、台处安装临时钢或钢筋混凝土塔架，用斜拉索一端拉住拱圈节段，另一端在台后锚固，逐节向河中悬臂架设，直至拱顶合拢。 2.斜吊式悬浇法 利用专用挂蓝，结合使用斜吊钢筋悬臂浇注法。75 转体施工法 转体施工是在河流两岸或适当位置，利用地形或简易支架先将半桥预制完成，之后以桥梁结构本身为转动体，使用机具设备分别将两个半桥转体到桥轴线位置合拢成桥。 转体施工可采用平面转体、竖向转体或平竖结合转体。用于拱桥、梁桥、斜拉桥、斜腿刚架桥等。 特点：不需搭设支架，减少支架费用；减少高空作业，施工安全；减少施工费用和施工机具，具有良好的经济效益和社会效益。 一、拱桥竖向转体 以钢管混凝土系杆拱桥为例说明施工工序。 1.钢管拱肋竖转扒杆吊装计算 （1）扒杆最大受力计算；起吊及平衡系统计算；（3）扒杆计算；（4）扒杆背索及主地锚计算；（5）拱脚转角计算。 2.钢管拱肋竖转吊装 工作程序：安装拱肋胎架安装拱架旋转装置安装地锚安装扒杆及背索拼装钢管拱架安装起吊及平衡系统起吊半拱，合拢拱肋标高调整焊接合拢接头拆除扒杆封固拱脚。 二、平面转体施工 （一）有平衡重转体施工 1.转动方式： （1）以四氟乙烯作为滑板的环道平面承重转体； （2）以球面转轴支承辅以滚轮的轴心承重转体。 2.转动体系构造 转动体系主要由底盘、上盘、背墙、桥体上部构造组成。 3.施工程序施工程序 制作底盘制作底盘制作上转盘制作上转盘转盘转至预制轴线位置转盘转至预制轴线位置浇注浇注背墙背墙浇注主拱圈上部浇注主拱圈上部形成转动体系形成转动体系转动就位转动就位封上封上下盘、夯填桥台背土、封拱顶，松拉杆，实现体系转换。下盘、夯填桥台背土、封拱顶，松拉杆，实现体系转换。 （二）无平衡重转体施工 1.转动体系施工 设置下转轴、转盘及环道设置拱座和预制拱肋设置立柱安装锚梁、上转轴、轴套、环套。 2.锚锭系统施工 制作开口地锚设置斜向洞锚安装轴向、斜向平撑尾索张拉扣索张拉。 3.转体施工 4.合拢卸扣施工