钢管混凝土拱桥的施工方法和结构设计..

钢管混凝土拱桥的施工方法钢管砼结构，由于能通过互补使钢管和混凝土单独受力的弱点得以削弱甚至消除，管内混凝土可增强管壁的稳定性，钢管对混凝土的套箍作用，使砼处于三向受力状态，既提高了混凝土的承载力，又增大了其极限压缩应变，所以自钢管砼结构问世以来，是桥梁建筑业发展的一项新技术，具有自重轻、强度大、抗变形能力强的优点，因而得到突飞猛进的发展。

在桥梁方面，已以各种拱桥发展到桁架梁等结构形式，并发展到钢管混凝土作劲性骨架拱桥。

其施工方法发展很快，已经应用的有无支架吊装法，支架吊装法，转体施工法等。

1 拱肋钢管的加工制作拱肋加工前，应依理论设计拱轴座标和预留拱度值，经计算分析后放样，钢管拱肋骨架的弧线采用直缝焊接管时，通常焊成1.2-2.0m的基本直线管节；当采用螺旋焊接管时，一般焊成12.0~20m弧形管节。

对于桁式拱肋的钢管骨架，再放样试拼，焊成10m左右的桁式拱肋单元，经厂内试拼合格后即可出厂。

具体工艺流程为：选材料进场材料分类材质确认和检验划线与标记移植编号码下料坡口加工钢管卷制组圆、调圆焊接非坡口检验附件装配、焊接单节终检组成10m左右的大节桁式拱肋焊接无损检验大节桁式拱肋终检 1：1大样拼装检验防腐处理出厂。

当拱肋截面为组合型时，应在胎模支架上组焊骨架一次成型，经尺寸检验和校正合格后，先焊上、下两面，再焊两侧面（由两端向中间施焊）。

焊接采用坡口对焊，纵焊缝设在腔内，上、下管环缝相互错开。

在平台上按1：1放样时，应将焊缝的收缩变形考虑在内。

为保证各节钢管或其组合骨架拼组后符合设计线型，可在各节端部预留1cm左右的富余量，待拼装时根据实际情况将富余部分切除。

钢管焊接施工以“GBJD05—83、钢结构施工和施工及验收规范”的规定为标准。

焊缝均按设计要求全部做超声波探伤检查和X射线抽样检查（抽样率大于5%）。

焊缝质量应达到二级质量标准的要求。

2 钢管混凝土拱桥的架设2.1无支架吊装法2.1.1缆索吊机斜拉扣挂悬拼法具体做法与其他拱肋的架设相似，只是钢管混凝土拱肋无支架架设方案用于较大跨度，它可根据吊机能力把钢管拱肋合成几大段进行分段对称吊装，并随时用扣索和缆风绳锚固，稳定在桥位上，最后合拢。

如净跨度150m 四川宜宾马鸣溪金沙江大桥，为钢筋混凝土箱拱，分五段吊装，吊重700KN。

广西邕宁邕江大桥，主跨312m的钢管混凝土劲性骨架箱肋拱，每根拱肋的钢管骨架分9段吊装，吊重590KN。

四川万县长江大桥，跨径420m的钢管混凝土劲性骨架上承式拱桥，分36段吊装，吊重612.5KN。

缆索吊机斜拉扣挂悬拼法施工是我国修建大跨度拱桥的主要方法之一。

施工理论成熟，施工体系结构简单，施工调整与控制较方便。

但这种方法起吊端要有一定的施工场地，缆索跨度较桥跨要大，用缆索较多，主塔架与扣索塔架相互分开，存在受压杆稳定要求塔高不能过高，并且要设置各种缆风索而占地面积较大。

2.1.2整体（或大段）吊装施工方法整体吊装施工方法也称为三大段吊装施工方法。

主跨分三段，边段利用鹰架悬臂拼装或采用龙门吊机与起吊塔架共同起吊就位，同时调整好拱肋空间位置，中段两肋连同横撑在岸上拼装，用临时拉杆拉住，整体浮运到桥位，利用鹰架和主拱拱肋悬臂段设置提升设备将中段提升就位，解除中段临时系杆，然后合拢，如图1所示。

这种施工方法，美国的弗里蒙特桥曾采用，该桥为最长跨度悬臂系杆拱桥主跨为382.65m，1973年建成。

三段吊装法，工期短，将大量的现场工作转移到工厂内，能确保拱轴线及质量，不受桥头拆迁控制，占地较少，对城市建桥尤为重要；与引桥施工不发生干扰，机具设备少，临设材料可以大量回收，节省投资；技术可行，且施工不复杂，安全度校高。

但该施工方法，长大段钢管拱肋的运输受水位及河道的限制；工厂制造需要有较大的场地和下河码头等。

这种施工方法在国内尚无先例。

2．1．3双塔缆索吊机法该缆索吊机塔架之缆塔和扣塔合二为一，并于前塔上附加后塔形成空间框架结构，故称为双塔缆索吊机施工法。

如图2：这种施工方法，塔架刚度较大，可不设缆风。

吊装操作方法为：①拼装缆索吊和塔架，安装缆索吊机缆索及机械部分，试吊合格后投入使用；②工厂内制造钢管拱桁架节段并予以试样，合乎要求后按顺序下河运到桥轴位处抛锚定位；③对称按序逐节段起吊、对位、扣索、连接、调整拱肋空间位置，挂锚索，对称同步张拉相应扣、锚索；④调整与控制塔架水平位移调整与控制拱肋各节段的高程及平面位置；⑤全面检查与调整拱肋轴线控制点高程及平面位置。

焊接各节段接头处外包钢板。

这种施工方法为缆索吊机的特例，具有一般缆索吊机施工方法的优点，但因不设缆风索，可大幅压缩桥址区红线外征地，节省投资。

但是缆塔和扣索塔合二为一，使两者之间的变形连为一体，相互影响，施工调整与控制较为不便，体系构造复杂，受力不很直观。

我国江汉三桥下承式钢管拱桁架系杆无铰拱桥采用此方法施工，主跨280m。

2．2转体施工法2．2．1平面转体施工法（1）有平衡重转体施工，平衡重转体主要由平衡体系，转动体系（转轴及环道）和位控体系三部分组成。

其平衡体系一般利用桥台或配重来平衡主拱，转动体系为拱脚后的球铰；同时在球铰周围布置千斤顶或卷扬机使转动轴转动，转动轴上的半跨拱肋随之徐徐转动，直到就位。

如图3所示。

我国的黄柏河、下牢溪大桥，跨径均为160m采用此法施工，转体重量达36000KN。

（2）无平衡转体施工，是采用锚碇体系平衡悬臂主拱，取消平衡重，而节省材料。

锚碇体系由作为压杆的主柱，作为撑梁的引桥主梁以及后锚等部分组成，如图4所示。

2.2.2竖向转体施工法竖向转体是根据桥位的情况，采用在桥轴线竖向而预制半拱肋，然后再从两边向上或向下转体施工就位的施工方法，一般用在小跨径的拱桥上。

如图5所示。

三峡莲沱大桥采用此法施工，净跨48.3m+114m+48.3m钢管混凝土带悬臂中承式刚架系杆拱桥。

2.2.3双向转体施工当桥位处地形不允许拱肋在桥位的设计平面或轴线竖面预制时，可采用竖转加平转施工。

其转动设竖向转轴和平转体系满足双向转体施工。

我国的河南安阳文峰路立交桥采用竖转加平转法施工，主跨为135m的钢管混凝土刚架系杆拱；广州丫髻沙大桥，主跨为360m带悬臂的中承式刚架系杆钢管混凝土拱桥。

2.3有支架吊装法根据桥位处的地形及设计情况可采用有支架吊装法进行钢管主拱肋的架设。

拱肋的吊装仍采用缆索系统，不同之处是在每一拼接处设置支架，使拱肋的连接和焊接在支架上进行。

支架的设置按拱肋的轴线和段接头位置及高程，在精确定位后，就每个段接头的高度设计相应的支架高度（该高度考虑了支架、支承结构的变形和施工预拱度），经计算确定支架的形式和材料，满足强度、稳定及刚度要求，支承处圆弧和坡度应和该处的拱肋设计完全吻合，以保证较大的支承面积和钢管拱肋的稳定。

吊装时用索道吊运到位初步控制合格后，拱肋的一端采用焊搭板螺栓联接，另一端用两道临时缆风护设稳定，合拢段在准确测量出实际的长度和待合拢段拱肋的长度根据实际将多余的长度割掉后按吊装顺序吊装，到位后两端精确对位连接。

吊装顺序如图6所示。

采用此法施工的有延安王家坪大桥净跨190m的中承式钢管混凝土拱桥，天津塘沽彩虹大桥主桥3跨168m下承式系杆钢管混凝土拱桥等。

3 钢管拱混凝土的灌注3.1拱肋钢管内混凝土的灌注钢管混凝土拱桥钢管内的混凝土优先采用泵送顶升法灌注，对小跨径的钢管混凝土拱桥也可采用浇注捣固法。

拱肋钢管内混凝土一般采用微膨胀混凝土，要有一定的流动性，混凝土中所用的各中外掺剂，如减水剂、微膨胀剂、粉煤灰等品种的选用和掺用量均应通过试验确定。

泵送混凝土坍落度一般为18~22cm。

泵送顶升法采用混凝土输送泵将混凝土从低处向高处顶升，当加载程序是从拱脚往拱顶一次浇注时，从两端拱脚向拱顶泵送，拱顶附近开排气孔。

当拱肋钢管较长时，可采用“分仓法”进行泵送顶压，每隔仓段顶部设排气孔，如图7所示。

对于单管拱肋钢管，只要同时对称灌注即可，组合截面应先灌注上、下缀板仓由跨中自拱脚同时浇注下层内侧钢管（待达到要求的强度后）下层外侧钢管上层内侧钢管上层外侧钢管拱脚实腹段混凝土。

如图8所示。

泵送混凝土时两边泵送速度应加强协调，尽量对称顶升，特别是接近拱顶时要注意避免一边上升过快越过拱顶，引起钢管骨架的纵向振动。

人工浇灌时，混凝土从浇注段的上端灌入，但混凝土落差不宜太大以免混凝土离析。

在钢管上开浇灌孔，孔径一般为φ200mm，通过漏斗下料，振动可用插入式振动棒振捣。

为此应在钢管上开设振捣孔，一般振捣孔和浇灌孔相隔设置，振捣孔直径视振动棒大小而定，一般为150mm；浇灌孔开孔距离不应大于振动器的有效工作范围和2~3m的水平距离。

混凝土通过振动孔和浇灌孔时可稍溢出，然后在开口盖板原位点焊，使混凝土强度达到设计强度的50%后，再按设计要求进行补焊。

混凝土在灌注时，钢管内混凝土温度控制在60℃以下，以免微膨胀混凝土失效。

钢管内灌注混凝土的密实度可采用敲击钢管和超声波检测。

若混凝土不密实的部位，应采用钻孔压浆法进行补强。

当缺陷较小时，压环氧树脂；当缺陷较大时，可压高标号砂浆，压浆后将钻孔补强焊牢。

3.2钢管作为劲性骨架外包混凝土的灌注用钢管作为劲性骨架的大跨度拱桥近年较多，如四川内江新龙坳大桥主跨净跨117.8m，江西德兴钢矿太白大桥净跨130m，广西邕宁邕江大桥计算跨径312m均为钢管混凝土劲性骨架桥，架设后管外包混凝土形成箱型拱肋。

四川万县大桥主桥净跨420m，为钢管劲性骨架，该桥为世界同类桥中跨度最大者。

钢管劲性骨架已形成一个稳定的整体结构，为吊装模板及施工脚手架提供了方便，可以按照设计要求的加载程序分段，分层地灌注拱圈砼，并进行拱上结构施工。

4 钢管防锈处理4.1钢管除锈钢管除锈通常采用机械法中的喷砂除锈，抛丸除锈辅以化学清洗。

除锈方法与除锈等级与设计采用的防腐材料有关。

一般要求钢管外侧表面无油污、氧化皮、锈迹等杂物，表面呈钢材金属光泽，以确保除锈质量。

4.2防腐保护层钢管外露面需要防腐处理，常用的方法有金属涂层和非金属涂层，现介绍如下：4.2.1金属涂层(1)阴极防腐涂层，这类涂层若存在孔隙，则会在涂层与钢材表面形成电池引起腐蚀，施工难度大，工艺复杂，难以保证质量，一般不采用。

镀锡层等属于阴极防腐。

(2)阳极防腐涂层，锌、铝等属于阳极防腐涂层，其防腐效果较好，也称为长效复合防涂层，主要工序为先热喷一定厚度的铝镁合金，再以锌磺环氧树脂作封闭层，面层用氯化橡胶涂敷，保护层的总厚度约300μm。

其中铝镁合金层厚200μm，其余2层为100μm，此法一次费用较高，有关资料表明，其防锈年限可达30年以上，以长远效益看，用长效复合保护层可降低后期的维修保养工作。

目前先进的GCM特种长效金属防腐防护系统，有关资料表明，防锈年限可达50年，这种防护系统有以下显著特点：①GCM防护系统由密闭层、强度层、耐候层三层结构构成，三层总厚度一般在1000μm以上，使其成为防腐、防护系统。