山区拱桥结构特点及施工方法研究

摘要：本文就山区拱桥的结构类型特点作了简明的介绍，并结合贵州地区地形、地质特点，阐述了贵州特色的施工技术方法，以供同行参考。

1.1引言

拱桥作为贵州山区最常见的桥型之一，他具有跨越能力大、承载能力高、适宜就地取材、造价经济、维修养护费用低、造型优美等诸多优势，因此，贵州山区成为了名符其实的拱桥之乡，拱桥是贵州交通建设的经典桥型。

1.2拱桥类型介绍

石拱桥充分利用圬工材料抗压性能好的特点，因此在地质条件良好和中小跨度桥梁中应用广泛。然而石拱桥自重大，需要有支架施工，存在一定的局限性。

混凝土和钢材在拱桥中的应用，不仅增大了拱桥跨度，而且在构造形式、结构体系等方面有了很大发展，尤其是与新的施工方法，如转体施工法，缆索吊装法，劲性骨架法等施工技术的结合，进一步提升了拱桥的发展。石拱桥至今仍以低造价、简单施工工艺成为中小跨径桥梁结构的首选。尤其在我国石料丰富，地质条件良好的山区，石拱桥仍然占有公路桥梁30%以上的比例。

钢筋混凝土拱桥是在混凝土拱圈中配置受力钢筋，以达到减小拱圈截面尺寸和增大跨越能力的一种结构型式。桥梁跨径大，而且结构形式优美，线条流畅，施工方法先进。我省在上个世纪60年代以前，也建造了不少钢筋混凝土拱桥，但跨度不大。60年代以后，双曲拱桥适应当时经济、资源和技术条件，在省内广泛修建。最大跨径发展到150m。由于双曲拱桥采用分块吊装的施工方式，导致结构整体性差，在使用过程中变形大、开裂严重。随着其他拱桥结构设计和施工技术的成熟，双曲拱桥成为一种历史桥型。

钢管混凝土主要是指钢管内填素混凝土的圆形钢管混凝土结构。一方面借助内填混凝土提高钢管壁受压时的稳定性, 提高钢管的抗腐蚀性和耐久性, 另一方面借助管壁对混凝土的套箍作用，使核心混凝土具有更高的抗压强度和塑性变形的能力，将钢材和混凝土有机地组合起来;并且通过钢管紧箍力的作用，使核心混凝土处于三向受压的状态，与拱桥的拱圈以承受轴向压力为主的特性相结合，使钢管和混凝土的材料特性得以更充分的发挥。在铁路桥梁中，由于动荷载较大，因此采用钢管混凝土拱桥能充分发挥结构特性。我省第一座铁路钢管混凝土拱桥即贵州水柏铁路北盘江大桥，采用上承提篮式钢管混凝土拱构造，是目前我省最大跨度铁路拱桥。

随着钢铁工业的发展，钢拱桥出现在拱桥的历史舞台。由于钢拱桥的吊装重量比钢筋混凝土拱桥小，空间跨越能力优于钢筋混凝土拱桥，使得钢拱桥在拱桥历史上占有重要的地位。根据理论推算，钢拱桥的极限跨径可达1200m左右。

1.3拱桥主要施工方法

受到施工方法的限制，传统拱桥的跨径通常在200m以下。随着拱桥跨径的增大，不但增大了拱桥自重和水平推力，对拱脚支承体系的要求提高，而且大大增加拱桥的施工难度。

拱桥上部结构的施工方法可以分为非自架设法和自架设法。非自架设的方法主要是支架施工法，指在支架上现浇或拼装拱肋，用于石拱桥、混凝土及钢筋混凝土拱桥，适用于较小跨径。采用此方法施工，施工支架结构受力明确、稳定性与安全度高、施工速度快、设备重复利用率高。自架设法又称为无支架法，指在拱桥施工过程中将上部结构分成几个部分，采用现浇或拼装的方式，通过多个施工阶段架设全桥，施工阶段的施工机具和安装构件都用已完成的结构作为支承。自架设方法适合于在峡谷、水深流急的河段、通航河流上、支架施工不可行等条件下修建拱桥。自架设方法施工的关键主要有三点:

①先期架设的结构部分要轻、强度要高，才能为后续施工的结构部分提供强有力的支撑;

②架设过程的受力情况与成桥后受力情况越靠近就越能减少施工中的临时辅助设施和因施工需要而增加的结构材料;

③自架设体系桥梁先架设部分先受力，后架设部分后受力，因而结构要有受力自调整能力或能够借助外来力量调整内力。

目前常用的大跨度拱桥施工方法有以下几种：转体施工法，劲性骨架法，少支架法，同步提升法，无支架缆索吊装法。

1.3.1 转体施工法

桥梁转体施工方法是指在适当位置，利用地形或使用简便的支架将半桥预制完成，之后以桥梁结构本身为转动体，将两个半桥转体到桥位轴线位置合龙成桥。根据转体的方法可分为平面转体、竖向转体和平竖结合转体。拱圈做竖向自旋转合龙的称为竖向转体施工法，拱圈绕拱座做水平旋转合龙的称为平面转体施工法。平面转体又分为有平衡重转体和无平衡重转体。有平衡重转体是指采用平衡重稳定转动体系和调整重心位置，同时作为桥体上部结构转体用拉杆的锚碇反力墙。因此，平衡重既要作为平衡重量，又要承受桥梁转体重量的锚固力。无平衡重转体是指没有平衡重结构，以两岸山体岩土锚洞作为锚碇来平衡半跨桥梁悬臂状态时产生的拉力。

平竖相结合转体施工方法即先后使用平、竖转体技术，使两个半桥转体到桥位轴线位置合龙。

1.3.2 劲性骨架法

劲性骨架施工法是无支架现浇法的重要组成，是以劲性骨架作为支撑，分层、分段现浇混凝土，逐步形成拱肋截面的施工方法，它既免除支架施工的巨额支架耗费，又可以化缆索吊装施工的拱箱大吨位吊重为劲性骨架小吨位吊重，把主拱圈的大部分重量分散到各个施工阶段。由于其施工周期较长，各组分砼之间存在较大的龄期差, 同时对逐步形成的砼组合截面, 其几何特性和持续荷载在不断的变化, 由此产生的徐变、收缩内力、变形及应力分布十分复杂，因此，目前大跨径桥上施工已较少采用此方法。

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