混凝土拱桥的施工技术

作为国家经济实力和文化兴衰的标志,桥梁被赋予了多种属性.现实中,利用最多的还是其建筑结构属性.桥梁在交通工程领域中扮演着咽喉的角色,是交通线路的重要组成部分,更是保障线路通畅不可或缺的环节.对桥梁而言,质量是决定其功能发挥的关键所在,而后者很大程度上又取决于施工技术.可以说,施工技术制约着桥梁对经济发展的助力作用和对交通运输事业发展的推动作用的发挥.本文以拱桥为例,对建造中所涉及的多种施工技术的原理、特点及适用场合进行详细概述,以期从技术层面为拱桥建设事业的良好发展提供一定帮助.

1混凝土拱桥施工技术

1.1有架施工技术

通常,在缺乏足够的吊装能力和允许设置拱架的情况下,首选有架施工技术.概括来说,有架施工技术的主要施工流程如下：准备材料→拱圈放样→制作、安装拱架→砌筑拱圈→拱上建筑施工.下面对各环节进行详细概述.

1）准备材料.该环节是施工流程中最为简单的环节.但需指出的是,所选择的建筑材料必须满足设计及施工规范要求.

2）拱圈放样.要保证建造完成的拱桥符合最初设计要求,首要前提是拱圈的准确放样.

3）制作、安装拱架.作为基于有架施工技术建造拱桥必需的最主要临时设备,拱架在拱桥建设中发挥着重要作用.可以说,拱圈线形的保证主要依赖于拱架的质量.为此,要求制作的拱架必须具备足够的刚度、强度及良好的稳定性.除此之外,还应兼具省材、简构造、便拆装等优点.

4）砌筑拱圈.常用的砌筑拱圈方法有分段砌筑、连续砌筑、分层分段砌筑等.在工程实际中,为保证拱圈质量,避免在施工过程中产生裂缝乃至坍塌,合理选择砌筑顺序和工艺尤为关键.

5）拱上建筑施工.作为拱桥施工的最后一环,拱上建筑施工需在全桥合拢且拱圈强度达到规定设计要求后进行.具体来说,对大跨径拱桥,其上建筑在施工过程中一般按照自拱脚向脚顶对称均衡分布的方式展开,这可明显降低主拱圈的不均匀变形程度,保证拱圈的质量.对多孔连续拱桥,则多采取相邻孔间对称均衡施工的方式,以避免桥墩承受过大的单向推力,影响其结构稳定性.

1.2无架施工技术

无架施工技术适用于峡谷、湍急河段间搭桥,以及有架施工技术无法施展的场合.概括而言,工程中应用的隶属于无架施工技术范畴的技术主要有缆索吊装、转体施工、劲性骨架施工、悬臂施工等.下面对各技术的原理、特点及适用场合进行概述.

1.2.1缆索吊装

利用支撑悬挂在索塔上的缆索运输和安装桥梁构件是缆索吊装的主要原理.因具有适应性广、操作便捷且安全、水平及垂直运输灵活等优点,该技术是目前无支架施工技术中最常用的工艺方法之一.从施工流程的角度划分,缆索吊装施工内容包括预制拱肋、吊装主拱圈、砌筑拱上建筑和桥面结构施工等.本文仅以吊装主拱圈为例,对所涉及的吊装设备、吊装方法及加载程度进行详细概述.

1）吊装设备.主索、牵引索、起重索、扣索、结索、浪风索、索鞍、塔架、地锚、电动卷扬机和滚轮等是常用的主要吊装设备.各自的结构、安装形式及功用不尽相同.

2）吊装方法.吊装方法的选取并非漫无根据,需结合拱桥跨径、桥宽和桥长等技术参数.比如,对于大跨径拱桥,多采取双拢或多拢同时合拢的吊装方法.具体过程为：吊装从一孔桥的两端向中间对称进行,完成最后一节拢段的吊装后,撤去所有扣索.

3）加载程序.为避免因拱轴线不均匀变形而造成的拱圈开裂乃至坍塌情况出现,采取合理的加载程序至关重要.通常,加载程序遵循以下原则：①中小跨径的拱桥,在某些特定情况下可不做施工加载程序设计；②大中跨径的肋拱桥或箱形拱桥,多按分段分环、对称均衡的方式加载,但对于坡拱桥,应保证低拱脚半跨的加载量稍多于高拱脚半跨的加载量.

1.2.2转体施工

转体施工是将拱圈与其上部结构分作两个独立半跨,并分别在两岸借助于简单支架或地形预制、砌筑半拢,然后合并两个半拢.该技术的突出优点在于,施工周期短、进程快,对桥下交通的干扰程度低,高空作业工作量少.尤适用于单孔拱桥的建造,是最具良好经济效益的技术之一.

根据转动方式不同,转体施工技术可细分为竖向转体技术、平面转体技术和平竖结合转体技术三类.从原理角度解释,前两者是预制完成两半桥,后借助于动力装置分别实现两半桥在桥轴水平平面和桥轴垂直平面内的合拢.后者的原理与前两者差别不大,通常是在前两者无法施展的情况下才使用.但转轴的构造较为复杂,因而在实际应用中存在一定的局限性.

1.2.3劲性骨架施工

劲性骨架施工是一种相对较古老的技术,其原理是采用劲性钢材作混凝土拱圈配筋,并在其上分段浇筑混凝土,以形成钢筋混凝土拱圈.需指出的是,劲性骨架因具有良好强度和刚度,在施工中多作为拱圈混凝土施工拱架,起承受现浇混凝土自重的作用.即便该技术兼具整体结构性好、拱轴线易控、施工进展快和用料少等优点,目前仍未获得足够的应用空间.分析认为,原因主要有两方面,其一,单纯的劲性骨架施工技术无法带来明显的经济性效果；其二,发展速度缓慢,很大程度制约着其受认可度.

相信随着桥梁施工控制技术的进步和高强度经济性骨架材料使用率的提高,劲性骨架施工技术会赢得一定的施展空间.

1.2.4悬臂施工

不同于上述技术的原理,悬臂施工是从拱脚向拱顶以悬臂方

式施工两半拱,后在拱顶实现混凝土拱桥两半合拢.目前,塔架斜拉索和悬臂桁架是工程应用悬臂施工的两种常见形式.其中,在拱脚墩、台处安装临时塔架,用斜拉索一端拉住拱圈节段,另一端连接塔架的塔架斜拉索形式,是国外应用最早且应用范围最广的悬臂施工技术.但由于悬臂施工技术需借助较多的临时设施,很大程度增加了其施工成本,加之不适用于大跨径拱桥的施工,因而在我国的推广应用受严重制约.

2结束语

近半个世纪,现代化桥梁建设进程日趋拓展.拱桥作为其中的重要一员,无论从建设规模层面亦或从发展速度层面,均取得了显著成就.然而,沉寂于发展所带来的喜悦与振奋的同时,亦应面向未来.应当意识到,高速发展的经济和激增的交通运输需求对拱桥建设提出了新的和更严峻的要求,进一步吸纳新技术、新工艺以完善施工技术,保障建设质量,进而为经济发展提供更有利支撑尤为重要.与此同时,也应看到所带来的美好发展机遇和广阔发展空间.