拱桥施工介绍,拱桥施工方法

拱桥拱桥与梁桥的区别，不仅在于外形的不同，更重要的是两者受力性能有较大区别。拱结构在竖向荷载作用下，两端将产生水平推力，使拱内产生轴向压力，从而大大减小拱圈的截面弯矩，使之成为偏心受压构件，与梁相比截面上应力分布也更均匀。拱桥优点：跨越能力大；能充分做到就地取材；耐久性好，养护、维修费用小；外形美观；构造较简单，有利于广泛采用。拱桥缺点：是有推力的结构，而且自重较大，因而水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，对地基要求也高；由于水平推力较大，在连续多孔的大、中桥中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采取较复杂的措施，或设置单向推力墩，增加了造价；上承式拱桥的建筑高度较高。拱桥的基本组成上部结构：（1）主拱圈：主要承重构件（2）拱上建筑：桥面系和传力构件或填充物下部结构：桥墩、桥台、基础起拱线拱腹拱脚拱顶拱背拱桥的几个主要技术名称净跨径：起拱线之间的水平距离。计算跨径：拱轴线两端的水平距离。净矢高：拱顶截面下缘至起拱线连线的垂直距离。计算矢高：拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心连线的垂直距离。矢跨比：净矢高与净跨径之比或计算矢高与计算跨径之比，矢跨比大于或等于1/5为陡拱，否则为坦拱。拱桥分类材料：圬工拱桥，钢筋混凝土拱桥，钢拱桥。结构受力体系：简单体系（三铰拱，两铰拱，无铰拱）；组合体系（无推力拱，有推力拱）；拱片桥。主拱圈截面形式：板拱，肋拱，双曲拱，箱形拱，钢管混凝土拱，劲性骨架混凝土拱。拱轴线型式：圆弧拱桥，抛物线拱桥，悬链线桥。桥面位置：上承式，中承式，下承式。拱上建筑形式：实腹式拱桥，空腹式拱桥。简单体系拱组合体系拱桥：梁和拱组合起来，共同承受桥面荷载和水平推力。无推力组合拱桥有推力组合拱桥拱片拱——有推力拱仅用于上承式拱桥,行车道系与拱肋刚性连成一整体，上边缘与桥面纵向平行，下边缘是拱形的有推力结构。沿拱轴线：（1）等截面（2）变截面板拱桥：主拱圈采用矩形实体截面的拱桥。构造简单，施工方便，但在相同截面面积的条件下，实体矩形截面比其他形式截面抵抗矩小。通常只用于地基条件好的中小跨径圬工拱桥。混凝土肋拱桥：将板拱划分成两条或多条的、高度较大的拱肋，肋与肋间用横系梁相连，这样用较小的截面面积获得较大的截面抵抗矩，从而节省材料、减小自重，因此多用于大、中跨径的桥。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。双曲拱桥：主拱圈横截面由一个或多个横向小拱单元组成，由于主拱圈的纵向及横向均呈曲线形。截面抵抗矩比板拱大，可节省材料，但是施工工序多、组合截面整体性差、易开裂，一般用于中小跨径。湘江一桥，全长1250米，主桥21跨，其中正桥17跨双曲拱桥、最大宽径76米，桥面净宽20米，其中车行道14米，两边人行道各3米。共有18个台墩，在橘洲上有支桥，支桥长282米，宽8米。大桥的墩身为混凝土浇筑，小桥的墩身用块片石嵌砌。箱型拱：外形与板拱相似，闭口箱型截面，抗扭刚度大，横向整体性与结构稳定性都比双曲拱好，特别适应无支架施工。但箱型截面制作复杂，所以大跨径拱桥采用箱型拱才是合适的。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5段预制，吊装就位后再组合成钢管混凝土拱桥：借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，具有更高的抗压强度与抗变形能力。总体性能：承载能力大，外表不存在混凝土裂缝问题，因此可以使主拱圈截面以及宽度相对减小，提高了中、下承式拱桥的桥面宽度使用效率。施工方面：钢管相当于混凝土外模，强度高，质量轻，易于吊装或转体。可先将空管拱肋合拢，再压注砼，从而降低大跨拱桥施工难度，省去支模、拆模工序，并适应先进的混凝土泵送工艺。劲性骨架混凝土拱桥：劲性骨架拱桥与钢筋混凝土拱桥的区别在于前者以钢骨拱桁架作为受力筋，它可以是型钢，也可以是钢管，采用钢管作劲性骨架的又称为内填外包型钢管混凝土拱。四川万县长江大桥拱轴线的选择选择拱轴线的原则：尽可能降低由于荷载产生的弯矩数值。合理拱轴线：能与拱上各种荷载作用下的压力线相吻合，这时的拱圈截面只承受轴向压力，无弯矩作用。但是实际上由于受活载、温度变化和材料收缩等因素的作用，一般不可能获得。公路桥梁一般还是以恒载压力线作为设计拱轴线。因为一般桥梁中，恒载占有很大的比重。常用的拱轴线形圆弧线：均布径向荷载的压力线，线形简单，施工方便，但与恒载压力线偏离较大，各截面受力不均。适用：常用于20m以下的小跨径拱桥或较大跨径的预制装配式钢筋混凝土拱桥悬链线：恒载集度自拱顶向拱脚均匀增加时的压力线。用于实腹式拱桥，不计弹性压缩，与恒载压力线重合；用于空腹式拱桥，与恒载压力线有偏离，但有利。适用：大、中跨径普遍采用抛物线：竖向均布荷载的压力线。二次抛物线适用：钢筋混凝土桁架拱和刚架拱等轻型拱桥，矢跨比较小的空腹式钢筋混凝土拱桥；高次抛物线适用：大跨径拱桥。通常：小跨径拱桥可采用实腹式圆弧拱或实腹式悬链线拱；大、中跨径拱桥可采用空腹式悬链线拱；轻型拱桥或比失跨比较小的大跨径钢筋混凝土拱桥可以采用抛物线拱。拱上建筑形式实腹式拱上建筑：组成：侧墙、拱腹填料、护拱、变形缝、防水层、泄水管及桥面等；空腹式拱上建筑：除与实腹式相同者外，还有腹孔和腹孔墩。实腹式空腹式腹孔墩腹孔纵梁横梁拱肋立柱（腹孔墩）横系梁腹孔拱桥的总体布置确定桥梁长度及分孔确定桥梁的设计标高和矢跨比拱桥的标高主要有四个：桥面高程：由两岸线路的纵断面设计控制；拱顶底面高程：桥面高程减去拱顶的建筑高度（拱顶填料厚度与主拱圈厚度）；起拱线高程：由矢跨比要求确定；基础底面高程：根据冲刷深度、地基承载力等确定。矢跨比拱桥的水平推力与垂直反力的比值，随矢跨比的减小而增大；矢跨比越小，拱圈受力更有利，但基础附加内力越大；矢跨比一般取值：板拱、双曲拱：1/6~1/4，不超过1/8；箱形：1/8~1/6；钢筋混凝土拱桥：1/10~1/6，且≥1/12。不等跨连续拱桥的处理方法不等跨拱桥，由于相邻孔的恒载推力不相等，使桥墩与基础增加了恒载的不平衡推力。在采用连续墩的多孔连续拱桥中，需考虑连拱作用。为减小不平衡推力，改善桥墩与基础的受力，节省材料与造价，应采取相应措施。措施（1）采用不同的矢跨比。利用矢跨比与推力成反比的关系，在相邻两孔，大跨径用较陡孔，小跨径用较坦的拱，使得相邻孔不平衡推力尽量减小。（2）采用不同的拱脚高程。降低大跨径孔的孔脚，增加小跨径孔的孔脚高程。（3）调整拱上建筑的恒载质量。当必须使相邻拱脚在同一高程时，大跨径采用空腹或轻质拱上填料，小跨径采用实腹式或重质填料。（4）采用不同类型的拱跨结构。大跨径采用薄壁箱拱或分离式肋拱。（5）加大桥墩与基础尺寸，或将其做成不对称形式。拱桥施工（一）有支架施工适用范围：砖石、混凝土块及混凝土拱桥。主要施工工序：材料的准备、拱圈放样（包括石拱桥拱石的放样）、拱架制作与安装、拱圈及拱上建筑的砌筑等。拱架的结构类型按使用材料：木拱架、钢拱架、扣件式钢管拱架、斜拉式贝雷平梁拱架、竹拱架、竹木混合拱架、钢木组合拱架等多种形式；按结构形式：排架式、撑架式、扇形式、桁架式、组合式、叠桁式、斜拉式。满布立柱式拱架1-弓形木；2-立柱；3-斜撑；4-卸架设备；5-水平拉杆；6-斜夹木；7-水平夹木；8-桥墩(台)；9-桩木撑架式拱架三角桁式拱架1-垫块;2-上弦;3-横梁;4-模板;5-下弦;6-竖杆;7-斜杆;8-腹杆(压);9-腹杆(拉)工字梁钢拱架：中间木支架的钢木组合拱架和无中间木支架的活用钢拱架。构造简单，拼装方便，且可以重复使用。适用于施工期间需保持通航、墩台较高、河水较深或地质条件较差的桥孔。梁式钢拱架１-三角形垫木；2-模板；3-弓形木；4-工字钢拱式钢拱架1-梁;2-焊接钢桁架拱架合适的砌筑方法与顺序必要性：在拱架上砌筑拱圈时，拱架的变形会导致已砌部分产生裂缝，为保证整个砌筑过程拱架受力均匀，变形最小，必须选择适当的砌筑方法与顺序。注意：多跨连拱桥，应考虑邻孔的对称均衡问题；满布式拱架，还应考虑孔的卸落顺序。a.按拱圈顺序对称砌筑：跨径16m以下的拱圈，采用满布式拱架施工时，从拱脚至拱顶依顺序对称砌筑，在拱顶合龙；采用拱式拱架时，对跨径10m以下的拱圈，应该在砌筑拱脚的同时，预压拱顶以及拱跨1/4部位。1-拱顶预压拱石；2-拱顶变形线（1）分段砌筑：对16~25m满布式拱架与10~25m的拱式拱架，每半跨分为三段分段对称砌筑。要点：每段长度不宜超过6m，分段位置一般在拱跨1/4点及拱顶附近。当为满布式拱架时，宜设置在拱架节点上。应在拱脚、1/4点、拱顶及满布式拱架的节点处设置空缝。b.拱圈三分法砌筑（2）分环砌筑：较大跨径石拱桥的拱圈，由三层以上拱石组成时，将全部拱圈分为几环砌筑，砌一环合龙一环。要点：下环砌完养护几天后，当砌缝砂浆达到一定强度，再砌筑上环。各环的分段方法、砌筑程序以及空缝的设置，与一次砌筑时完全相同，但上下环之间应犬牙相接。（3）分阶段砌筑：为争取时间和使拱架荷载均匀，变形正常，有时在砌完一段或一环拱圈后的养护期间，工作不间歇，而是根据拱架荷载平衡的需要，紧接着将下一拱段或下环砌筑一部分，这种前后拱段和上下环层分阶段交叉进行的砌筑方法，称为分阶段砌筑法。拱圈合龙砌筑拱圈时，常在拱顶预留一龙口，在各拱段砌筑完成后安砌拱顶石合龙。分段较多的拱圈和分环砌筑的拱圈，为使拱架受力对称均匀，可在拱圈两半跨的1/4处或在几处同时砌筑合龙。拱圈合龙应在设计规定的温度下进行。设计无规定时，一般选择10~15摄氏度。小跨径拱圈，可采用刹尖封顶完成拱圈合龙。拱上建筑砌筑砌筑时机：砌筑在卸架前，拱圈合龙后进行（砂浆强度达30%，若为分环砌筑的拱圈，应该在拱圈封顶砂浆强度达70%）。砌筑方法：分成几部分，由拱脚向拱顶对称、作台阶式砌筑。空腹式：卸架前施工腹孔墩，卸架后再施工其他拱上建筑。拱架的卸落卸架时间必须待拱圈混凝土达到一定强度后才能进行，并按照一定的卸架程序。满布式拱架的中小跨径拱桥，可从拱顶开始，逐渐向拱脚对称卸落。大跨径拱圈，为了避免拱圈发生“M”形的变形，也有从两边1/4L处逐次对称地向拱脚和拱顶均匀地卸落。卸架时宜在白天气温较高时进行。（二）预制安装法分类：整体安装，缆索吊装。三点验算：（1）拱肋从平卧到竖立的翻转过程中，应将此两个起吊点视为作用于其上的垂直集中力，来验算此曲梁的强度和刚度；（2）在竖向吊运过程中，需验算吊点截面的强度；（3）当两吊点间距较近时，需验算系杆是否出现轴向压力及其面外的稳定性。拱箱(肋)的预制：拱箱的预制一般多采用立式预制；而桁架拱桥的桁架预制段或肋拱桥的拱肋这种面积大、宽度小的构件，必须采用卧式预制。缆索吊装设备：主索、工作索、塔架和锚固装置等四个基本组成部分。缆索吊装缆索吊装布置示例(1-主索张紧绳；2-2号起重索；3-后浪风；4-塔架；5-I号起重索；6-扣索；7-平滚；8-主索；9-塔顶索鞍；10-塔顶索鞍；11-地垄；12-手摇绞车；13-扣塔；14-待吊肋段；15-单排立柱浪风；16-法兰螺丝；17-牵引索；18-侧向浪风；19-浪风)主索：亦称为承重索或运输天线。它横跨桥墩，支承在两侧塔架的索鞍上，两端锚固于地锚。吊运构件的行车支承于主索上。起重索：主要用于控制吊物的升降(即垂直运输)，一端与卷扬机滚筒相连，另一端固定于对岸的地锚上。牵引索：用于拉动行车沿桥跨方向在主索上移动(即水平运输)。既可分别连接在两台卷扬机上，也可合栓在一台双滚筒卷扬机上，便于操作。扣索：当拱箱(肋)分段吊装时，需用扣索悬挂端段箱(肋)及中段箱(肋)，并可利用扣索调整端、中段箱(肋)接头处标高。扣索的一端系在拱箱(肋)接头附近的扣环上，另一端通过扣索排架或塔架固定于地锚上。缆风索：亦称浪风索。用来保证塔架的纵横向稳定及拱肋安装就位后的横向稳定。塔架及索鞍：塔架是用来提高主索的临空高度及支承各种受力钢索的结构物。塔架的形式是多种多样的，按材料可分为木塔架和钢塔架两类。承重索的布置图1-卷扬机滚筒;2-转向滑轮组;3-承重索;4-行车;5-主索;6-滑轮组;7-地锚;8-吊重扣索的布置图1-拱肋;2-扣索;3-扣索排架;4-张紧索;5-绞车;6-地锚索鞍构造图1-主索；2-滑轮；3-垫板；4-联结螺栓（固定于塔架上）；5-支撑板吊装方法构件一般在河滩或桥头岸边预制预拼后，送至缆索下面，由起重车起吊牵引到预定位置安装。为了使端段基肋在合龙前保持一定位置，在其上用扣索临时系住才能松开吊索。自一孔的两端向中间对称进行，最后一节就位并将各接头调整到设计标高后，才放松吊索，从而合龙，最后拆除所有扣索。每片拱箱吊装顺序1-端段；2-中段；3-中间段；4-中墩；5-运输天线加载程序考虑加载程序的目的与意义：当拱箱（肋）吊装合龙成拱后，对后续各工序的施工若步骤不当，就会导致拱轴线变形不均匀，而使拱圈开裂，严重的造成倒塌事故，因此对施工程序必须做出合理设计。一般原则：对于中小跨径拱桥，当拱肋截面尺寸满足一定的要求时，可不作施工加载程序设计。对于大、中跨径的箱型拱或双曲拱，一般分环、分段、均匀对称加载总原则进行设计。一般应使低拱脚半跨的加载量稍大于高拱脚半跨加载量。在多孔桥的两相邻孔之间，也必须均衡加载，两孔间进度不能相差太远，造成施工快的一孔拱顶下移，邻孔拱顶上冒，从而导致拱圈开裂。加强稳定性的措施横向稳定缆风索：拱肋稳定缆风索在吊装过程的不同施工阶段具有不同的作用。在边段拱肋就位时，用以调整和控制拱肋中线；在拱肋合龙时，可以约束接头的横向偏移；在拱肋成拱以后，相当于一个弹性支承，从而减少拱肋自由长度，增大拱肋的横向稳定；在拱肋受外力作用时，约束拱肋的位移。锚固在两岸的拱肋风缆a）多孔桥；b）单孔桥拱肋纵向稳定措施：当拱肋接头处可能发生上冒变形时，可在其位置下方设置下拉索来控制变形，下拉索一般对称布置。（三）转体施工基本原理：将拱圈或整个上部结构分为两个半跨，分别在河流两岸利用地形或简单支架现浇或预制装配半拱，然后利用动力装置将其两半跨拱体转动至桥轴线位置（或设计标高）合龙成拱。方法：平面转体、竖向转体、平竖结合特点：结构合理，受力明确，节省施工用料，减少安装架设工序，变复杂的、技术性强的水中高空作业为岸边陆上作业，施工速度快，不但施工安全，质量可靠，而且不影响通航。平面转体有平衡重转体：以桥台背墙作为平衡重，并作为桥体上部结构转体所用拉杆(或拉索)的锚锭反力墙，用以稳定转动体系和调整重心位置。为此，平衡重部分不仅在桥体转动时作为平衡重量，而且也要承受桥梁转体重量的锚固力。受到转动体系重量的限制。过大的平衡重增大了转动的难度且不经济，一般适用于跨径l00m以内的拱桥。有平衡重平面转体一般构造1-尾铰；2-平衡重；3-轴心；4-锚梁；5-绞车；6-滑轮组；7-支点2；8-扣索；9-支点1；10-拱肋；11-上盘；12-上下环道；13-底盘；14-背墙；15-平衡重；16-球面铰轴心；17-竖向预应力筋；18-舡槽梁；19-拉杆；20-斜腿；21-滚轮；22-轨道板无平衡重转体施工：以两岸山体岩石锚洞作为锚碇来锚固半跨拱桥悬臂状态平衡时所产生的水平拉力，借助拱脚处立柱下端转盘和上端转轴使供体作平面转动。宜在山区地质条件好或跨越深谷急流处建造大跨桥梁时选用。无平衡重平面转体一般构造-轴向尾索；2-轴平撑；3-锚梁；4-上转轴；5-墩上立柱；6-扣索；7-拱肋；8-扣点；9-锚锭：10-斜尾索；11-轴心；12-环道；13-下转盘；14-缆风索竖向转体在桥台处先竖向预制半拱，然后在桥位竖平面内转动两半跨使之在空中对接合龙。对跨径过大、拱肋过长的拱桥，由于竖向转动不易控制。施工过程易出现问题．故该施工法只宜在中、小跨径拱桥中使用。视预制或现浇的方式分为：（1）俯卧预制后向上转体；（2）竖直向上预制后再向下转体。竖向转体示意图1-扒杆背索；2-卷扬机；3-地锚；4-边拱肋；5-胎架；6-拱肋平、竖结合转体：当受到地形条件及施工条件的限制，不可能在桥梁的设计平面和桥位竖平面内预制，则转体既要平转还要竖转才能就位。平转和竖转的方法与前述类同，但平、竖结合的转动轴构造要复杂一些。平、竖结合转体示例：河南安阳文峰大桥是京广线上最大的跨线（跨安阳铁路编组站）公路立交桥，也是河南省境内首座钢管混凝土系杆拱桥。主跨为135m。1995年该工程在国内（也应该说是世界上）首次采用“竖转加平转”的双向转体施工技术,没有因为修桥而影响或中断京广铁路的交通。2000年该工程被评为国家优质工程银质奖。丫髻沙大桥是广州环城高速路西南环段跨越珠江主、副航道和丫髻沙岛的特大桥梁。全长1084米，主桥采用三跨连续自锚中承式钢管混凝土拱桥桥型，其主跨以360米一跨跨过珠江的主航道。大桥建成后，桥面是双向６车道。该桥98年7月动工，2000年6月建成。丫髻沙大桥共创下4项全国乃至世界第一：大桥跨度第一，主跨达到360米，为当今世界钢管混凝土拱桥中主跨度最长；大桥平转转体每侧重量达13680吨，不仅居国内第一，也是世界同类型第一座万吨转体桥梁；竖转加平转相结合的施工方法世界领先；大桥极限承载力和抗风力国内领先。2004年5月21日，在长沙召开的第十六届全国桥梁学术会议上，揭晓了首届“中国十佳桥梁”评选结果（中国版图内1949年至2003年之间建成的桥梁都可以参与评选），丫髻沙大桥名列其中。