混凝土拱橋技術研究

肖 存

(赤峰市交通局 公路管理處，內(nèi)蒙古 赤峰024000)

0 引言

近半個世紀，現(xiàn)代化橋梁建設進程日趨拓展。 拱橋作為其中的重要一員，無論從建設規(guī)模層面亦或從發(fā)展速度層面，均取得了顯著成就。 然而，沉寂于發(fā)展所帶來的喜悅與振奮的同時，亦應面向未來。 應當意識到，高速發(fā)展的經(jīng)濟和激增的交通運輸需求對拱橋建設提出了新的和更嚴峻的要求，進一步吸納新技術、新工藝以完善施工技術，保障建設質(zhì)量，進而為經(jīng)濟發(fā)展提供更有利支撐尤為重要。與此同時，也應看到所帶來的美好發(fā)展機遇和廣闊發(fā)展空間。

1 混凝土拱橋施工技術

1.1 有架施工技術

通常，在缺乏足夠的吊裝能力和允許設置拱架的情況下，首選有架施工技術。 概括來說，有架施工技術的主要施工流程如下：準備材料→拱圈放樣→制作、安裝拱架→砌筑拱圈→拱上建筑施工。 下面對各環(huán)節(jié)進行詳細概述。

1）準備材料。 該環(huán)節(jié)是施工流程中最為簡單的環(huán)節(jié)。 但需指出的是，所選擇的建筑材料必須滿足設計及施工規(guī)范要求。

2）拱圈放樣。 要保證建造完成的拱橋符合最初設計要求，首要前提是拱圈的準確放樣。

3）制作、安裝拱架。 作為基于有架施工技術建造拱橋必需的最主要臨時設備，拱架在拱橋建設中發(fā)揮著重要作用。可以說，拱圈線形的保證主要依賴于拱架的質(zhì)量。 為此，要求制作的拱架必須具備足夠的剛度、強度及良好的穩(wěn)定性。除此之外，還應兼具省材、簡構造、便拆裝等優(yōu)點。

4）砌筑拱圈。常用的砌筑拱圈方法有分段砌筑、連續(xù)砌筑、分層分段砌筑等。在工程實際中，為保證拱圈質(zhì)量，避免在施工過程中產(chǎn)生裂縫乃至坍塌，合理選擇砌筑順序和工藝尤為關鍵。

5）拱上建筑施工。 作為拱橋施工的最后一環(huán)，拱上建筑施工需在全橋合攏且拱圈強度達到規(guī)定設計要求后進行。 具體來說，對大跨徑拱橋，其上建筑在施工過程中一般按照自拱腳向腳頂對稱均衡分布的方式展開，這可明顯降低主拱圈的不均勻變形程度，保證拱圈的質(zhì)量。對多孔連續(xù)拱橋，則多采取相鄰孔間對稱均衡施工的方式，以避免橋墩承受過大的單向推力，影響其結構穩(wěn)定性。

1.2 無架施工技術

無架施工技術適用于峽谷、湍急河段間搭橋，以及有架施工技術無法施展的場合。 概括而言，工程中應用的隸屬于無架施工技術范疇的技術主要有纜索吊裝、轉(zhuǎn)體施工、勁性骨架施工、懸臂施工等。 下面對各技術的原理、特點及適用場合進行概述。

1.2.1 纜索吊裝

利用支撐懸掛在索塔上的纜索運輸和安裝橋梁構件是纜索吊裝的主要原理。因具有適應性廣、操作便捷且安全、水平及垂直運輸靈活等優(yōu)點，該技術是目前無支架施工技術中最常用的工藝方法之一。 從施工流程的角度劃分，纜索吊裝施工內(nèi)容包括預制拱肋、吊裝主拱圈、砌筑拱上建筑和橋面結構施工等。 本文僅以吊裝主拱圈為例，對所涉及的吊裝設備、吊裝方法及加載程度進行詳細概述。

1）吊裝設備。 主索、牽引索、起重索、扣索、結索、浪風索、索鞍、塔架、地錨、電動卷揚機和滾輪等是常用的主要吊裝設備。 各自的結構、安裝形式及功用不盡相同。

2）吊裝方法。吊裝方法的選取并非漫無根據(jù)，需結合拱橋跨徑、橋?qū)捄蜆蜷L等技術參數(shù)。比如，對于大跨徑拱橋，多采取雙攏或多攏同時合攏的吊裝方法。具體過程為：吊裝從一孔橋的兩端向中間對稱進行，完成最后一節(jié)攏段的吊裝后，撤去所有扣索。

3）加載程序。為避免因拱軸線不均勻變形而造成的拱圈開裂乃至坍塌情況出現(xiàn)，采取合理的加載程序至關重要。通常，加載程序遵循以下原則：①中小跨徑的拱橋，在某些特定情況下可不做施工加載程序設計；②大中跨徑的肋拱橋或箱形拱橋，多按分段分環(huán)、對稱均衡的方式加載，但對于坡拱橋，應保證低拱腳半跨的加載量稍多于高拱腳半跨的加載量。

1.2.2 轉(zhuǎn)體施工

轉(zhuǎn)體施工是將拱圈與其上部結構分作兩個獨立半跨，并分別在兩岸借助于簡單支架或地形預制、砌筑半攏，然后合并兩個半攏。該技術的突出優(yōu)點在于，施工周期短、進程快，對橋下交通的干擾程度低，高空作業(yè)工作量少。 尤適用于單孔拱橋的建造，是最具良好經(jīng)濟效益的技術之一。

根據(jù)轉(zhuǎn)動方式不同，轉(zhuǎn)體施工技術可細分為豎向轉(zhuǎn)體技術、平面轉(zhuǎn)體技術和平豎結合轉(zhuǎn)體技術三類。 從原理角度解釋，前兩者是預制完成兩半橋，后借助于動力裝置分別實現(xiàn)兩半橋在橋軸水平平面和橋軸垂直平面內(nèi)的合攏。 后者的原理與前兩者差別不大，通常是在前兩者無法施展的情況下才使用。 但轉(zhuǎn)軸的構造較為復雜，因而在實際用中存在一定的局限性。

1.2.3 勁性骨架施工

勁性骨架施工是一種相對較古老的技術，其原理是采用勁性鋼材作混凝土拱圈配筋，并在其上分段澆筑混凝土，以形成鋼筋混凝土拱圈。需指出的是，勁性骨架因具有良好強度和剛度，在施工中多作為拱圈混凝土施工拱架，起承受現(xiàn)澆混凝土自重的作用。 即便該技術兼具整體結構性好、拱軸線易控、施工進展快和用料少等優(yōu)點，目前仍未獲得足夠的應用空間。 分析認為，原因主要有兩方面，其一，單純的勁性骨架施工技術無法帶來明顯的經(jīng)濟性效果；其二，發(fā)展速度緩慢，很大程度制約著其受認可度。

相信隨著橋梁施工控制技術的進步和高強度經(jīng)濟性骨架材料使用率的提高，勁性骨架施工技術會贏得一定的施展空間。

1.2.4 懸臂施工

不同于上述技術的原理，懸臂施工是從拱腳向拱頂以懸臂方式施工兩半拱，后在拱頂實現(xiàn)混凝土拱橋兩半合攏。目前，塔架斜拉索和懸臂桁架是工程應用懸臂施工的兩種常見形式。其中，在拱腳墩、臺處安裝臨時塔架，用斜拉索一端拉住拱圈節(jié)段，另一端連接塔架的塔架斜拉索形式，是國外應用最早且應用范圍最廣的懸臂施工技術。 但由于懸臂施工技術需借助較多的臨時設施， 很大程度增加了其施工成本，加之不適用于大跨徑拱橋的施工， 因而在我國的推廣應用受嚴重制約。