无风撑背靠式钢管混凝土拱桥施工技术探究

安 静

（山西交通职业技术学院 公路系，山西 武宿 030031）

我国韩江北桥属于无风撑背靠式钢管混凝土拱桥，与湘子桥(中国四大古桥之一)遥相呼应。对于城市景观的意义而言，人们对韩江北桥的关注非常多。目前，在工程实践当中，钢管混凝土拱桥的应用也越来越普遍，但对于韩江北桥而言，无风撑背靠式系杆拱桥的设计理论还欠缺成熟。结合韩江北桥，本文对无风撑钢管混凝土拱桥进行了探究，分析了包括V型结构施工、主拱肋制作与安装等工程的施工重点，对无风撑背靠式钢管混凝土拱桥施工技术进行了进一步地分析和总结。

一、主桥的V构施工

主桥V构设计，指的是将主桥的桥墩设计成与V型结构相结合的一种组合，将下承式的钢管拱桥变成中承式的，从而加强桥面自身的动态感及飘逸感。

(一)V构的设计方案

1.平衡塔

其高度为12-16m，平面尺寸为6×2m。平衡塔的格构柱共有8-13根，每个格构柱由两根25B槽钢组成，其组合的矩形截面为25cm×25cm。10#槽钢在格构柱之间起着斜撑、水平的作用，对格构柱进行连接，促使其稳定性、刚度以及强度的良好。

2.斜托梁

斜托梁采用单层的、普通的贝雷梁组成，一般情况下，两排贝雷梁便可拼成一组斜托梁。将底托梁以横向的方式，在贝雷梁的下方进行布置，并使用I20a的槽钢，和横向底梁同时形成组台结构。横向底托梁彼此之间应保持3-6m的距离，才可通过斜向拉杆，使得斜向的贝雷梁和横向的托梁形成一个整体。

3.拉杆

对应横向底托梁的位置对斜向拉杆进行布置。2×10#槽钢背靠式组拼成斜向拉杆，横向底托梁与拉杆一端销接，并将平衡塔销接于另一端。将拉杆的水平刚性设置为4×I25a的工字钢，在使用混凝土进行最后一次浇筑前，要将其于V腿的顶部进行预埋。

(二)V构混凝土的浇筑

1.以联合泵送、汽运的输送方式对混凝土进行浇筑

运输车将集中搅拌后的混凝土承平，并运送至现场进行浇筑。V腿附近地面进行混凝土泵的拖放，混凝土泵对混凝土的泵送，要以垂直角度进行，然后使用滑槽将其送至工作面，最后采取浇筑。

2.混凝土的坍落度

一定要保持在14cm左右，混凝土中需要掺入高效的缓凝减水剂，一般情况下初凝时间多在10小时左右，每次进行浇筑时，其浇筑的时间，一定要低于混凝土初凝时的时间。

3.浇筑顺序

根部(第一段)，选取桥中心点，保持两侧对称，由中间部位逐渐向桥的两端，推进横桥向。空心段(第二段)，此时浇筑时则采取由低往高的方式逐层进行，横桥按照中部至两侧的方式卸料，另外顺桥则逐渐向两侧对称浇筑。顶部(第三段)，首先从中部开始，利用混凝土的自然坡度，逐层实施浇筑，分别于两侧进行对称浇筑。

二、钢管拱制作与安装

(一)钢管拱制作

1.拱肋的加工

主桥为无风撑钢管拱桥，全桥拱肋结构复杂，其加工特点尤为独特：具有较多的线型种类，竖拱的截面属于变截面，拱桥顶部直至拱角逐渐增大，另外竖拱上、下弦管的线型存在着区别。A跨钢管壁厚和直径分别为24mm和1200mm，板材厚度随着管径变大而变大，管的加工难度较大，同时影响到加工效率。钢管板材厚、直径大，使得焊接变形逐渐变大，不利于控制。变截面的哑铃型为竖拱，通过连接管竖拱与斜拱形成三角结构且不对称，从拱顶往拱脚其三角结构逐渐变宽，对拱肋的横向稳定性进行了提高；竖拱、斜管的每组连接节点由无缝钢管焊接连接而成，其共采用数量为四根，且空间方向和长度有所不同。

2.加工方法与工艺

结合拱肋的结构特点，单片拱肋的加工分为四个阶段，主要包括：单元短直管、单段长弦管组拼、单段竖拱装配、斜拱与竖拱整幅预拼并连接成整体。拱肋的加工流程为：材料采购→筒节→喷砂除锈、防腐→吊装长度→腹板、长弦管装配成哑铃型竖拱→全幅预拼单片竖拱肋→预拼斜拱→通过无缝钢管连接竖拱、斜拱为整体→解体拱肋形成吊装段→刷漆防腐→运输吊装。

(1)筒节制造

折线拼接短直管成型，其拱肋线型的长度为1-2m，单元短直管数量较多，而拱肋整体质量受短直管加工质量的影响较为严重，非常值得注意。

(2)组装长弦管

按照图纸的排版，对各个节吊装段中的竖拱下弦管、斜拱管、上弦管的长度进行确定，以折线对接的形式连接单元短直管形成所需的弦管长度。于组装前，检查部件的制造质量，检查尺寸，直至合格后，进行段节组装工作。

(3)装配竖拱

运用两侧腹板，连接竖拱的上、下弦管形成哑铃型结构，采取多次施焊、翻身的方法对腹板进行控制，以确保线形的有效准确。

(4)拱肋预拼装

成桥的关键是拱肋线型的合理设计，完成拱肋吊装节段的制作后，要借助预拼检查其吊杆位置、拱轴线、跨径的准确性，以促使工地吊装准备工作的良好实施。首先全幅预拼各段哑铃型竖拱，利用全幅竖拱形成平台对斜拱进行预拼，之后借助无缝钢管，连接竖拱、斜拱呈三角整体结构。两次预拼拱肋的流程为：平台、场地的准备→预拼竖拱段→对斜拱预拼支架进行搭设→预拼斜拱段→对无缝钢管进行焊接安装→对外法兰连接板进行安装→拱肋的解体与存放→空中操作平台的安装完成→防腐并对吊装进行运输。

(二)缆索起重机的设计和安装

1.缆索起重机的设计

缆索起重机的组成部分主要包括：起重索导挠系统、承重索导挠系统、固定式钢塔架滑移式索鞍、索鞍滑道、动力源、无线电遥控系、防雷和防航标灯系、U形吊钩系、承重索平衡机构、牵引导挠系统、悬链式支索机构、动滑轮和定滑轮组、主塔和后锚系、缆风绳和地锚系、电控柜等。缆索起重机的效率高、速度快、跨度大、总体结构简单，与起重设备相比，施工周期短、造价较低，不会受到地形条件和气候条件的限制和影响。缆索起重机的工作原理：第一，升降运行。在跨中上下进行垂直运动，通过无线遥控的控制，从8吨卷扬机卷筒出绳经定滑轮、导向轮、吊钩的动滑轮导，起重萦绕后减速增力，吊钩向下进行运动。利用“顺绕法”，可对避免自销现象的产生。定滑轮组在机构设计中进行了四个平衡轮的增设，对滑轮组中钢丝绳的受力情况进行了改善，可有效处理动滑轮的歪斜以及自销现象，同时采用一绳制进行升降。第二，顺桥向移动，即牵引和回空运行。无线电发射系统对指令进行发送，对卷扬机进行牵引并启动电控柜，牵引索在绕入卷筒后经导挠后，在钢塔架上，对起升机构、运行小车进行设置。回空时通过无线电遥控系统的控制，利用回空牵引绳对运行小车进行引导，通过“一进一出双绳制”对牵引索实施，经过导挠绳在回空卷筒中进行卷入。

2.缆索起重机的安装

(1)安装程序

采用50t汽车吊辅助安装塔架基础。运用“单件拼装摇杆安装”对塔架进行设计，拼接形式为逐节向上，达成设计高度为止。运用“小索带主缆直接拖拉法”对主缆进行安装。

(2)塔架安装

N型万能杆件组成缆索起重机钢塔架，其结构为门式架，分别与南北岸进行设计，每岸一座。其中塔柱的截面为4m×4m，高度为76m，并在其中设置双道横撑，并于顶部安置主索索鞍。利用铰接对基础与塔架进行设置，可横移塔架。运用单件拼装摇杆安装方法对主塔进行安装，并以拼接的形式，逐节向上，直至满足所需要的设计高度后停止。在塔吊的顶部处，摇头扒杆属于一种吊装工具，可以利用其设置其他的塔架杆，并对摇头扒杆进行底座的设置，使其可以轻易改变拼装高度，从而爬升向塔架，电动卷扬机的设置在其下部，设置后可达到提升动力的效果。摇头扒杆的起吊能力、回转半径R分别为10KN和5m，摇头扒杆的幅径之内能够全部包含塔架的平面轮廓尺寸，同时对高空的水平搬运进行控制。

3.架设主缆

主缆索的钢丝绳设计为6V×43+IWR，自重比较大，在进行主缆的架设过程中，对小索带主缆直接拖拉法进行了运用。安装工作索：在两座塔架间对2根6×37-32-1700I光右型的工作钢丝绳进行安装，其下一步为Φ 60mm，于滑行轨道绳住缆绳锁进行安装。把Φ 32mm工作钢丝绳放置于选定的地锚附近，于塔架下将绳头拖拉，并在塔顶的临时支架帮助下，挂绳头后将其提升至鞍部位置，绳头在索鞍下层滚轮穿入，并使绳头下滑落地。对岸对JM-3型5t卷扬机进行安装，以小绳牵过河至对岸，同时与Φ 32mm工作绳相接，拖拉至对岸方向，并穿过索塔滚轮下滑拖拉，利用绳卡对工作绳绳头进行固定。主索拖拉：架设工作索后，在绳上进行滑车的安装，滑车上临时固定主缆索绳头，采用5t卷扬机对滑车进行拖拉，可使其在工作绳上滑行，拖拉主缆索过河，对岸的主地锚上，对主缆索绳头进行固定。拖拉缆索时，为了避免过大下垂，依据图纸要求，在预先架设的工作缆绳上对链式移动支索器进行加设。通过同样的方法，对缆索吊机的12根主缆索进行安装，最后对主索垂度进行初调。

(三)钢管拱的安装

1.场地运输

进行拱肋的运输时，可以使用汽车以分段的方式进行运输，通过施工便道，将拱肋以分段的形式，放置在起吊的位置上，并对需要施工的墩位之间进行清洗，保持其平整性，采取填筑碾压的方式进行，从而保证车辆的有效运行。

2.吊具的安装

运用直径42mm的钢丝绳与10t导链、滑轮组进行配合，将钢板吊耳焊接在竖拱分段斜拱管及上弦管上，采用双车双吊点的方式进行起吊。吊耳耳孔处放橡胶垫，使耳孔直角边被打磨成圆角，对钢丝绳过大剪刀的承受进行避免。

3.脱空及调位

安妥吊具，起升吊钩使分段与放置面脱离。竖拱斜拱的截面是不对称的，竖拱面脱空后，其中心线未达到垂直水平，可利用导链进行调整，使其垂直后，与前段进行有效连接。

4.起吊对位

对竖拱进行调整使其垂直，依据预定高度对拱段进行起吊，水平位移缆索滑车，对拱段进行运输，对拱段倾角进行调整，依据先定位后加固的顺序对法兰板进行连接，先连正交法兰板，后对其余法兰板进行连接。

5.扣索安装

吊装拱段之前，以P型对扣索前后进行挤压锚锚固，扣索过塔通过5t卷扬机进行牵引，利用短锅缝绳将前扣索锚进行固定，使其已经安装完毕的拱肋分段进行固定，并完成张锚端和后锚索的连接。在此过程中，应注意精扎螺纹钢，因为其较容易发生受弯，所以要将可撑支架于张锚端下方进行设置，并确定其和扣索的倾角一致。对拱肋分段的接头进行连接后，使用卷扬机、滑轮将扣索前的锚固头实施牵引措施，将其固定于拱段上弦管前处的扣点内，并将锚固头进行位移的螺栓板，采取限制措施，开始逐级张拉后部张锚端的扣索。

6.扣索加力

在进行分级加载扣索时，首先要对缆索起重机采取卸载措施，并逐级进行，按照拱段抬头标高所显示的数据，针对性地控制卸载、加载的程序。在卸载的过程中，缆索机起重绳所放松的长度值，便是卸载时所控制的数据；而拱段标高的变化值，则是加载时的控制数据，另外扣索索力值属于辅助的。对缆索机的吊钩进行完全放松，从而满足拱段标高所预设的值，体系转换得以顺利完成。

结束语

潮州韩江北桥在我国拱桥地位中，有着一定的价值和意义，属于无风撑背靠式五跨连拱钢管砼系杆拱桥，跨度最大，且在造型上非常独特，对现代桥梁建筑风格有充分的体现，同时融汇了中国桥梁的精髓。对于无风撑背靠式的钢管混凝土拱桥来说，此种桥梁在概念便是一种全新的模式，桥梁也是一种新的结构形式，其利用斜拱，对横向荷载的桥面平衡进行了实现，完全打破了传统的桥梁所存在的设计理念。此种方式不但使得桥梁的结构丰富，还使得桥梁具有了景观性，呈现出美好的造型。总之，虽然无风撑拱桥具有较为复杂的受力，但其应用非常广泛。本文针对无风撑背靠式钢管混凝土拱桥的特点，对桥梁的施工进行了分析和总结，可对桥梁的建设提供一定的参考价值，以促使桥梁工程的有效建设。

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