11 系杆拱桥施工技术

11 系杆拱桥施工技术1 概述系杆拱是一种无推力的拱式组合体系，通过将要紧承担压力的拱肋和要紧承担拉力的系杆组合起来，共同承担荷载，如此就充分发挥被组合的简单体系的特点及组合作用，以达到节约材料和降低对地基的要求的目的。

系杆拱桥是外部静定结构，兼有拱桥的较大跨过能力和简支梁桥对地基习惯能力强的两大特点，因此在桥面高程受到限制而桥下又要求保证较大净空（桥下净跨和净高），或当墩台基础地质条件不良易发生沉降，但又要求保证较大的跨度时，要优先采纳系杆拱桥。

2 系杆拱结构系杆拱桥一样由拱肋、吊杆、系杆、横梁、桥面系等组成。

结构见图1。

拱肋一样为钢筋砼或钢管拱结构。

系杆一样为型钢或预应力钢筋砼结构。

吊杆一样为预应力钢筋砼、圆钢或高强钢丝束。

1 拱肋；2 拱顶；3 拱脚；4 拱轴线；5 拱腹；6 拱背；7 系杆；8 支承节；吊杆； 10 吊杆节点； 11 横梁； 12 桥道梁； 13 支座； 14 横撑；净跨径； 计算跨径； 净矢高； 计算矢高图1 系杆拱结构3 系杆拱桥施工工艺3.1 系杆拱桥常用施工方法系杆拱桥按照拱肋和系杆相对刚度不同，分为柔性系杆刚性拱（EI拱/ EI系＝80～100）、刚性系杆柔性拱（EI拱/EI系<1/80）、刚性系杆刚性拱（E I拱/EI系＝1/80～80）。

关于柔性系杆刚性拱桥，由于系杆只承担拉力，施工时抗弯能力较差，多采纳就地现浇法施工；关于刚性系杆柔性拱，由于刚性系杆作为偏心受拉构件，有抗击拉力和弯矩的能力，可采纳就地现浇法施工或预制装配法施工；关于刚性系杆刚性拱桥，由于系杆和拱肋刚度大，均能承担轴力和弯矩，施工中可采纳就地现浇法施工、整体拼装施工或整体拖拉（顶推）施工。

实际施工中，由于场地和其它条件限制，多种方法可交叉使用。

下面介绍常用的系杆拱桥施工方法：先梁后拱的施工方式，设临时支墩，拖拉架设支架粱，在支架梁上立模现浇系梁，张拉部分预应力索，再在系梁上搭设支架安装并焊接钢管成钢管拱，然后由拱脚向拱顶对称泵送无收缩混凝土形成钢管混凝土拱肋，安装并张拉吊杆，拆除系梁支架，调整好吊杆力，施工二期恒载及桥面系，复测并调整吊杆索力至设计值，至此，系杆拱桥施工完成；3.2 施工工艺3.2.1 施工工艺框图（见图2）图2 系杆拱桥施工工艺框图3.2.2 临时支墩施工临时支墩在桥孔内设置，拖拉时要承担拖拉的反力、纵横向风载、支架梁上下墩和墩顶移动时的水平荷载及拖拉中产生的冲击力，系杆现浇时要承担系杆的自重及施工荷载，因此要具有足够的强度和刚度。

临时支墩由基础、墩身、顶面滑道及上墩下墩设施等组成。

基础一样为桩基，墩身用万能杆件或贝雷架组拼。

上墩下墩设施采纳牛腿及千斤顶：在支架梁前端焊一牛腿，在临时支墩墩顶及牛腿间设置千斤顶。

千斤顶底座下布设小滚轴，一面顶起一面移动，直到支架梁的上滑道到达支墩顶面受力后，再拆除千斤顶。

3.2.3 支架梁组拼支架梁为连续梁，既要保证拖拉时不变形，又要保证作为系梁现浇时的支撑，要具有足够的刚度。

按照运算支架梁采纳单层双片式六四式军用梁拼装而成。

长度为：跨度＋12米。

支架梁的拼装在事先搭好的平台上进行，宽度为10米，长度不小于35米。

用设在平台两侧的龙门吊将杆件吊至平台上，当拼装长度达到30米后，开始拖拉，拖拉一段，拼装一段，直到达到设计长度。

3.2.4 支架梁拖拉 支架梁前端布置牵引系统，包括锚锭、定滑车组、动滑车组、穿绕的钢丝绳等。

牵引动力为单卷筒慢速电动卷扬机。

钢丝绳通过转向滑车接入卷扬机。

下支架梁后方设置制动系统，包括与牵引系统相同的滑车组、钢丝绳和卷扬机等。

3.2.4.1 滚移设施和滑道的设置 滚移设施和滑道的结构见图3。

支墩顶滑道下支架梁下支架梁滑道滚轴短枕图3 滚移设施和滑道的结构⑴滑道设置对设在支架梁底面和支墩顶面的上下滑道，要求有充分的长度，表面平坦，刚度大，能平均分布反力，结构简单，拆装方便，两端易于吞吐辊轴或滑块。

关于支架梁底面的上滑道由纵向垫木、枕木、滑道钢轨及吊枕几部分组成。

纵向垫木与支架梁等宽，滑道钢轨一样选用38公斤以上的钢轨，1-3跟并列，用道钉反钉在横木上，钢轨间距15-16毫米。

支墩顶下滑道与上滑道相对，钢轨数目比上滑道多1-2跟，一样为2-4跟。

下滑道长度依据顺桥向宽度决定。

⑵滚滑设施滚滑设施包括滑板、辊轴、滚轮箱、走轮和聚四氟乙烯滑块等。

滑板一样采纳较厚的钢板，在钢板两侧焊接角钢作为导向，滑道顶面涂润滑油。

辊轴一样可采纳圆钢截锯使用，荷载较大时须通过镟削加工并通过热处理。

3.3.4.2牵引设施牵引设备采纳单卷筒慢速电动卷扬机。

牵引动力按下式运算F=KΨQ＋GQF：牵引力Ψ:滑道摩擦系数Q：下支架梁自重G：坡度一样将F取为下支架梁自重的5％。

在施工实践中为了便于操纵下支架梁前进方向和速度，要设置制动设施，制动设施所需牵引力为：F=K(0.4AW-ΨQ+GQ)K：安全系数，一样为3-5A：下支架梁横向受风面积W：风荷载强度Ψ:滑道摩擦系数Q：下支架梁自重G：坡度3.3.4.3下支架梁拖拉开动卷扬机，缓慢牵引下支架梁前移，下支架梁没上第一个支墩前，要保证下支架梁的重心在拼装平台上。

为改善在牵引过程中，显现的脉冲式跳跃前进现象，需尽可能缩短钢丝绳长度，加粗钢丝绳直径，换用大功率的滑车组。

为保证拖拉方向，需在下支架梁外侧安装导向角钢；在支墩两侧安装侧向支架，内置千斤顶调整下支架梁横向位置。

在拖拉过程中，要做好中线的观测工作，遇有偏斜时随时纠正。

纠正方法是打斜部分辊轴，使下支架梁转移。

纠正时不要操之过急，否则会发生摇动、滑道变形等情形或事故。

3.2.4系杆施工3.2.4.1系杆钢筋砼施工下支架梁拖拉就位后，在上面即可进行系杆现浇钢筋砼施工。

系杆一样为预应力钢筋砼结构，断面为工字型。

施工顺序：立模→钢筋绑扎→砼浇筑。

3.2.4.2系杆预应力张拉要领预应力钢束的张拉一样应分期分批进行。

由于施工过程中的一期和二期恒载是通过拱肋逐步传递给系杆的，即拱肋传递给系杆的推力是随工况逐步增加的，因此，预加应力宜与施工中逐步增加的拱脚水平推力同步，以使系杆中产生的恒载拉力与预加应力相互平稳，幸免过度集中施加预应力时可能显现的压杆失稳、截面压应力超限及截面局部开裂。

对应于一期和二期恒载，预应力钢束可分为两期张拉，每期张拉又可划分为与工况对应的批数。

一期预应力需考虑的内容有：a. 一期恒载产生的系杆拉力。

即形成系杆拱体系后，拱胁、系杆〈纵梁〉、横梁及行车道板的自重在拱脚部位产生的水平推力。

b. 平稳一期恒载的系杆纵梁〉弯曲拉应力。

c. 一期预应力缺失。

d. 一期预应力储备量。

一期预加应力总值表示为Ny1=NG1 + NM1 + Ns1 + △Ny1 ⑴二期预应力是在系杆拱的外部静定体系形成以后张拉。

现在，一期恒载产生的拱脚推力已与一期预应力抵消，应力缺失较大。

二期恒载产生的拱脚水平推力、系杆〈纵梁〉弯曲拉应力，活载所需之永存预应力等都必须在二期预应力中施加。

同时由于一期预应力是随工况的进展而逐步施加的，故对拱肋内力一样无明显阻碍；但因系杆拱的拱轴系数没有多少选择余地, 装配成形的拱肋在其自重作用下必定存在一寇数量的正弯矩，故需在二期预应力施加过程中对拱肋弯矩进行调整。

通常是在二期预应力施加过程中，有意识地加大张拉吨位，使系杆（纵梁）产生压缩变形，造成两拱脚对称地向跨中相对移动微小位移，从而在拱肋中形成附加的负弯矩，以便抵消拱胁自重产生的正弯矩。

因此，二期预应力总值表示为Ny2 = NG2 + NM2 + NS2 + △Ny2 + Ny ⑵在式⑴和⑵中：Ny1 、Ny2 —一一期和二期预应力总值；NM1 、NM2 一一为平稳一期、二期恒载在系杆〈纵梁〉中产生的弯曲拉应力所需之预应力；NG1 、NG2 一一为平稳一期、二期恒载作用下拱脚水平推力所需之预应力；NS1、NS2 一一一期和二期预应力缺失；Ny 一一抗击活载的永存预应力；△Ny1 、△Ny2 一一一期和二期预应力储备量。

△Ny2中还应包括使两拱脚向路中产生相对位移所需之预应力。

3.2.5钢管拱肋施工3.2.5.1钢管拱肋加工钢钢管拱在工厂内加工，采纳组对预拼一体化施工，即在1:1大样场地上组对，一个单元体完成后，不运走，下一个单元体组对过程中兼顾对口情形，如此，一个单元体出台后，即可发运安装，不必集中预拼运输，节约了场地，减少了工作量，为安装争取了时刻。

为保证加工质量，加工前制定了详细的工艺流程如下：材料复检→放样划线→检查→切割下料→刨边坡口加工→检查→肋管卷制→焊接→检查→肋管组对、焊接→检查→腹板拼焊→检查矫圆3.2.5.2支架施工按照拱肋分段，在每个接头处设一支架墩，支架墩支在已浇筑成型的系梁上。

支架墩采纳万能杆件拼装。

支架墩两侧向埋设专用地锚，将支墩顶部拉住，加大稳固，纵向也以钢丝绳拉住，以抗击架拱时的纵向推力。

结构见图4。

图4 支架结构3.2.5.3 钢管拱肋安装单元体运至现场后，即可开始安装，安装采纳缆索吊。

缆索吊采纳拉固在墩位的横向拉索充当临时缆风。

扣索通过2×4米万能杆件单悬臂临时塔架（扣塔），锚固到缆吊主锚位置的预留索位上（即：通扣）。

预留索与塔扣之间通过滑轮组连接，卷扬机提供收缆动力。

按照墩帽施工要求，先将拱脚段安装，然后再安装其他单元体，安装顺序为：施工预备→拱脚安装→立柱柱脚→安装横撑→安装第二单元体→安装立柱柱脚→安装横撑→安装第三单元体→安装立柱柱脚→安装横撑→安装第四单元体（合拢段）→安装立柱柱脚→安装横撑→安装斜撑→防腐油漆→工程验收⑴拱脚段安装按照钢管拱拱脚部位的结构形式，为保证安装精度，拱脚在墩帽浇筑前进行安装，拱脚安装前，在墩身平台上安装板凳支座，墩身顶面已在相应位置预埋了钢板，板凳支座与预埋钢板焊接牢固，拱脚段前端临时支墩上搭好平台，平台上放置活动支座。

拱脚吊装前，分别在板凳支座及活动支座放出该段的安装中心十字线，点焊挡板，并调整相应标高，然后将拱脚段吊装就位，进行拱管中心线及拱管标高的测量、调整，达到要求后，在下端以型钢斜撑将拱脚固定。

固定时在拱管两侧各加一根Ib25工字钢，以固定左右位置，在腹板两侧与腹板平行方向各加一根Ib40工字钢，Ib40工字钢上部顶在N1板内侧，下端在预埋钢板上，以防止拱肋的轴向位移。

同时在下管下缘加一根Ib40工字钢，以增加垂直受力点，防止下管因受力过大而变形。

如此，拱脚下端就完全固定，使拱肋架设时可不能因温度和加载的阻碍导致拱脚向下位移及左右偏位，在拱脚段上端以倒链、钢丝绳固定，然后即可开始安装柱脚及横撑，见图4。

⑵单元体安装按照安装顺序，厂内按编号发运单元体，单元体安装前，在接口处的临时支墩上搭好平台，平台距拱肋下缘的距离操纵在0.5-1m之间，放好临时活动支座。