拱桥施工方法及关键问题分析

拱桥的施工方法主要有：就地浇筑或砌筑（有支架施工法）、悬臂施工法、转体法和劲性骨架法等。

就地浇筑方法是指：采用各种构件（如型钢、万能杆件等）在主拱设计位置下面建造支撑主拱的满布式支架（呈拱状），在其上就地浇筑或砌筑主拱。这种支架施工的费用较高，安装和拆除支架费工费料，施工工序多，工期长，在需通航之处不宜使用，只适用于跨度不大的砌体拱桥。

前已提及，实现大跨度钢筋混凝土拱桥的关键问题在于施工。施工所需解决的问题，是如何承担尚未成拱的拱圈（肋）的材料重力。按采用支架施工的老办法难以解决问题。新办法则是两条：一是增加拉索（斜索、力筋），使拱圈（或其一部分，比如劲性骨架）能够悬拼；二是及早让部分材料成拱，使其具有承受随后增加的材料重力的能力。

悬臂施工法是安装钢拱桥所最常用的方法。早在1874年建成的美国圣路易 Eads 桥为三跨钢拱，最大跨为158m，便是采用悬臂施工的第一座拱桥；1932年建成的澳大利亚悉尼港桥，也是用悬臂拼装法；1979年建成的南斯拉夫 Krk桥为上承式箱形截面钢筋混凝土拱桥，施工方法是将箱形的板件分段（每段长5m）预制，用缆索吊机吊运就位，拼成箱形截面，再加设临时拉杆，让拱从两岸拱趾处悬臂伸出，直至合龙，如图8.38所示。这样的方法，也称为悬臂桁架法。

图8.38　克尔克桥施工

从20世纪70年代中期开始，借助缆索吊装技术，无支架悬臂施工方法在我国公路拱桥中得到采用。对当时设计的箱形截面拱，该方法的特点实质上是采用悬臂法让几条较轻的预制拱圈先合龙，形成结构，再在合龙的（可承重的）拱圈上填筑其余的混凝土截面。见图8.39（a）示意。先合龙的较轻拱圈，一般也取箱形截面，包含一室的底板、两侧减薄的腹板以及减薄的顶板，为使起吊重量较轻，可以让一拱分成三段、五段或七段。各段用缆索吊机起吊，从两岸拱趾悬拼伸出，并用斜索扣住其悬出端，直至合龙。随后，就在减薄的腹板之间，以及在减薄的顶板之上，填筑工地混凝土，完成整个箱形截面拱。对拱肋，仍是将其分成若干段，逐段对称安装，直到拱肋合龙。每安装一段，用扣索将其临时固定。拱肋若是分条合龙，单根拱肋靠扣索及缆风保持其位置和侧向稳定性。拱肋合龙条数增多后，随即安设横向联结系。这样的施工方法可有效解决吊装能力不足的问题，但从使用效果看，也暴露出拱圈整体刚度（尤其是横向刚度）较弱、耐久性较差的不足。

目前采用的无支架悬臂施工方法，主要是缆索吊装斜拉扣挂法。采用该方法，需要设计一套扣挂体系，包括扣塔、扣锚索和千斤顶张拉调整设备。通常，扣塔与缆索吊装体系中的索塔合二为一，多布置在拱脚靠岸侧或交界墩上；扣索和锚索采用钢绞线，可通长布置（绕过扣塔）或分段布置；布置在扣塔靠河心侧的称为扣索，靠岸侧的称为锚索。通过缆索吊机，将主拱（或钢管，或劲性骨架）分片分段起吊，就位后通过一对扣锚索，将重力转移到已吊装就位的拱段上。如此循环，直至拱圈合龙。对钢筋混凝土拱桥，配备挂篮，也可采用这样的方法悬臂浇筑主拱圈，此时拱肋的节段长度受挂篮承载能力限制会划分得更小，节段数量更多 。图8.39（b）为悬臂浇筑拱桥的示例。

图8.39　分肋吊装与悬臂浇筑施工示例

转体（overall rotation）施工是近20年来发展起来的施工方法。先以半拱为单元，分别在两岸预制，随后，可以让半拱绕拱趾水平线竖转，也可以绕拱端竖直线平转，让半拱在拱顶合龙。与吊装方法相比，可省去不少高空作业，减少施工设备，但地形必须合适，才能节省支架（图8.40）。(www.xing528.com)

图8.40　转体施工示意图

1989年在四川涪陵建成的乌江桥，跨度200m，采用平转方法合龙。为减轻转体的重量，曾在合龙前将半拱内的一些部件减薄，转体时扣索拉力达4000kN。2000年在广州所建成的丫髻沙珠江桥，主跨360m，是三跨连续自锚中承式钢管混凝土系杆拱桥。该桥在施工中采用了先竖转、次平转的方法进行合龙。竖转之前，先在两岸拱座处，顺河堤搭设支架，在支架上拼装主拱拱肋钢筋及边跨（并浇筑混凝土），在拱座上设索塔；然后，在主跨半拱上设一撑架，用扣索从边跨、过塔顶鞍及撑架顶、连到主跨，再张拉扣索，主跨半拱（其重量为19600kN 强）即可竖转。平转之前，在左右拱座之间设连接横梁，在横梁中点设中心转轴；在下转盘顶面设环道；用千斤顶及牵引索为平转的动力；平转结构总重大约137200kN。

转体法除用于拱桥外，在特殊情况下，也可用于梁桥和斜拉桥。

劲性骨架法在拱桥中早有使用。1942年，西班牙在建造Esla铁路钢筋混凝土拱桥（跨度210m）时就采用此法。所谓劲性骨架施工，指的是采用劲性钢材（如角钢、槽钢等型钢等）作为拱圈（箱形截面或拱肋）的受力钢材，在施工过程中，先把这些骨架拼装成拱（并作为施工拱架使用），然后在其下挂模板，现浇混凝土，把这些骨架埋入拱圈混凝土中，形成钢筋混凝土拱。若采用钢管作为劲性骨架，则是先将空钢管（包括其他劲性钢材）斜拉扣挂法分段拼装就位直至骨架合龙，然后压注钢管混凝土，最后现浇外包混凝土成拱。因此，劲性骨架施工方法是斜拉扣挂法与支架法的合用。

跨度420m的万州长江公路大桥的钢管（φ400mm）骨架在工厂加工成全宽桁段（钢管为弦杆，角钢组合为腹杆），全桥共分36段，每个桁段长13.0m，宽15.6m，高6.85m，平均重598kN。桁段由船运至桥下，用缆索吊机逐段安装（图8.41），并用高强钢丝束扣挂桁段，直至合龙。之后，按照施工程序，先压注钢管混凝土，使拱架刚度提高；次浇筑中室混凝土，形成稳定的单室结构；再浇筑两边室混凝土。特点是：让先浇的混凝土获得强度，与拱架共同承担后浇混凝土重量，逐步形成单箱三室钢筋混凝土箱形拱（图8.42，其中序号表示混凝土浇筑顺序，对称进行）。最后施工拱上建筑，直至成桥。

图8.41　劲性骨架吊装

图8.42　万州长江大桥横截面及混凝土浇筑次序（尺寸单位：cm）