钢管混凝土拱桥施工技术浅述
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钢管混凝土拱桥施工技术浅述
1.大跨度上承式钢管混凝土拱桥的施工过程
大跨径上承式钢管混凝土拱桥，一般采用无支架施工法，即先用缆索吊装系统分段吊装空钢管拱肋，待全部吊装完毕后进行各段的固结，然后以钢管作为劲性骨架灌注管内混凝土，等到整个钢管混凝土拱圈成形且管内混凝土达到一定强度后，即可安装拱上立柱及横梁及，在横梁上安装桥道系，最后进行桥面铺装。
大跨径上承式钢管混凝土拱桥施工的主要工序如下：
（1）在工厂以1：1的比例进行拱肋放样，并进行钢管拱架大样制作（考虑预拱度），拼装钢管拱架，并对完成组拼钢管拱肋暴露部位及其它型钢进行喷锌或喷铝等构件防锈处理。
（2）拱座施工。拱座施工时，应结合“主拱圈拱脚铰接头设计图”预埋主管节段、钢板、钢筋等连接构件，并要求预埋件定位准确。同时注意预埋交界墩钢筋。
（3）在桥位处利用两岸架设缆索吊装系统，两条拱肋交错悬臂架设。根据吊重能力将空钢管拱助分几段架设。各段钢管架的吊运，根据现场地形条件可分别采取现场预制拼装架设及工厂加工、现场吊装的方法施工。为确保安全，每段接头处两拱肋间安装临时钢析架横梁，组成多层框架体系。
（4）安装X撑、K型撑的劲性钢骨架及其它临时横撑。
（5）在拱肋的控制截面上贴电阻片，并安装变位观测标记，供施工控制中观测应力、变形用。
（6）拱肋钢管混凝土浇灌。对于钢管混凝土结构来说，钢管就是很好的模板，既经济又安全。但是，对管内混凝土的浇灌质量，无法直观检查，为保证浇灌质量必须依靠严密的施工组织、明确的岗位责任制。對不密实部位可采用钻孔压浆法进行补强，然后钻孔补焊封固。
（7）拱上结构和桥面系的安装。拱肋混凝土浇灌完毕且达到一定强度后可安装立柱、横梁，然后进行桥面系施工。
（8）进行全桥钢结构的防腐涂装维护。 2. 施工前的工程控制
桥梁工程控制一般由施工前的控制和施工中的控制两大部分组成。对于钢管混凝上拱桥而言，施工前的控制主要指的是：大跨度钢管混凝土拱桥拱肋型式的选择、预拱度的计算和设置、主拱圈标高及线型的计算。施工中的控制指的是：施工中各阶段的结构几何形状和内力的计算及计算机模拟、误差量测与反馈及到调整。施工控制以线形控制为主，应力控制为辅（但要控制在规范允许的范围内）。
施工前的控制内容大都属于最优控制，也可认为是结构优化设计的问题，如合理拱轴线的确定、拱肋截面型式的选择、桥道系的选择以及双拱肋间横向联结系的优化等。这里只讲两个问题，即预拱度的设置和空钢管拱肋标高的确定。
2.1预拱度的设置
拱圈由于承受自重、温度变化及墩台位移、活载等因素影响，要产生弹性下沉，为使拱轴线符合设计要求，必须施加预拱度，以便抵消这些可能发生的变形。
（1）拱圈自重产生的拱顶弹性下沉
式中l为拱圈计算跨径；f为拱圈计算矢高；E圈材料弹性模量，取钢管混凝土组合弹性模量；拱圈恒载产生的平均压应力。
（2）拱圈温度变化引起的拱顶弹性下沉
式中a为拱圈线膨胀系数；t1为年平均温度，t2为封拱时温度。
（3）桥墩、台水平位移产生的拱顶下沉
式中ΔL为拱脚相对水平位移。
总预拱度为上述各项下沉量的总和。当算出拱顶总预拱度后，其余各点的预加高度可以近似地按二次抛物线分配，即
2.2空钢管拱肋标高的确定
对于大跨度上承式钢管混凝土拱桥的施工过程来说，空钢管拱肋吊装合龙并固结后的状态为一个临界态。主拱圈标高及线型的确定，既可以成桥状态为起始分析结构，按照与施工过程相逆的顺序，用倒拆法来计算，逐步倒退分析到钢管混凝土灌注前的一个工序，即得空钢管拱肋的标高及线型：也可采用前进分析进行计算，即根据设计的拱肋线型按照施工顺序进行各施工阶段的结构分析，算至成桥状态，然后将计算的成桥状态与设计的成桥状态相比，如果误差超过允许值，将返回修正初始计算状态的结构数据。
3. 施工过程的工程控制
3.1钢管拱肋吊装阶段的施工控制
在对各施工阶段的结构受力和变形进行分析之前，必须确定一个初始状态作为施工状态仿真分析的起点。但在初始态确定后仍存在一个施工控制问题：即钢管拱肋吊装阶段的施工控制。
除最后一节拱肋吊段外，其它各段受以后吊段的影响，施工控制的任务是为各拱肋段提供预抬高的坐标。一般采用前进分析方法确定主索最终的受力状态以及各段拱肋吊点位置的坐标，然后再用倒退分析方法确定各段拱肋在吊装时的吊点位置坐标。
在前进分析与倒退分析中，考虑了结构几何非线性性质，采用荷载增量法和改变结构几何性能的切线刚度法相结合的方法，调用编制的索、梁、杆系统分析软件，进行非线性计算。
由于在拱肋吊装过程中，拱肋上缘到主索吊点间的距离可通过滑轮组进行微调处理，因此具体施工过程中的控制方法是：
（1）依据施工控制原理，通过结构分析计算，提供各拱肋段在吊装该段时的主索吊点坐标值。
（2）考虑索夹、滑轮和千斤头等辅助构件的长度后，确定各拱肋段在吊装该段时的拱肋吊点坐标值（这时已包含了该段拱肋的预抬高值）。
（3）按已确定的相应坐标值，依照拱肋吊装顺序逐个吊装到位。在每个吊段吊装完毕后，对以前各吊段进行坐标测试，并与控制计算值进行比较，确定误差。
（4）反馈控制计算，修正以后各拱肋吊段的坐标，同时利用滑轮组对前吊段进行微调处理，使吊装过程与施工控制计算状态基本吻合。
钢管拱肋吊装合龙后，灌注管内混凝土，此时其重量作为荷载作用在空钢管拱肋上。由于各种因素的影响，钢管混凝土拱肋施工不可避免存在误差。在安装横梁之前，总要先对钢管混凝土拱圈的标高进行多次测量。由于存在误差，实测值与设计值是不一致的。如果仍按设计值安装立柱及横梁，则成桥状态时桥面线型与设计要求有差别。为了消除主拱圈的施工误差对成桥线型的影响，实际操作是：以钢管拱圈的实测几何形状为初始态，按照与实际施工过程相同的顺序进行前进分析，算出到施工成桥状态时的桥面线型；然后将该计算值与设计线型相比较，建立目标函数，重新确定立柱的长度，再把此立柱长度推算到成桥状态。如此反复，直至施工过程计算的桥面线型与设计值在允许误差范围之内；最后按计算后修正的立柱长度下料，并安装立柱、横梁。
桥面铺装及防护工程的恒载误差也会使成桥时的桥面线型与设计要求有所差别，减小这个误差的办法是实验与计算相结合，准确把握二期恒载大小。
参考文献：
[1] 陈宝春，钢管混凝土拱桥（第二版）， 人民交通出版社，2007.1.
[2]颜全胜，徐升桥.大跨度钢管混凝土拱桥的稳定承载力分析[J].铁道标准设计，2003（7）：16 -18.
[3] 王元清，姜波，石永久等.大跨度钢桁拱桥主拱和边拱提升支架承载性能分析[J].铁道科学与工程学报，2005，2（3）：9 -14.
