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郑州黄河二桥钢管混凝土拱施工方法研究

中铁大桥局集团一公司：孙俊启、欧阳克武

摘要：郑州黄河二桥主桥钢管混凝土系杆拱跨越宽阔游荡性河段。本文介绍了该桥钢管拱施工方案研究过程及其主要施工方法。

关键词：宽阔游荡性河段 跨桥龙门吊机 钢管拱桥施工 1、概述

1.1、工程概况

京珠高速公路郑州黄河特大桥为分离式双幅八车道，全长9848.16m。其中主桥由8孔100m下承式钢管混凝土简支系杆拱（刚性系杆）组成，每幅桥两片拱肋，每片拱肋由2根φ1000×16㎜钢管和腹板组成全高2.4m的哑铃型断面结构，拱肋内填筑C50混凝土，两拱肋中心距22.377m，设拱顶一道一字形和两端各一道K字横撑联系。

单孔钢管拱桥的结构布置见图一:

立 面拱肋断面

图一:、钢管拱示意图

1.2、水文特点

桥位处于花园口至东坝头间的130km游荡型河段，河段内临黄堤距约10km。桥址处河段北岸为高滩，南岸为现行河槽。现行河槽内主流摆动幅度大，游荡不定。

桥位处黄河水流量受三门峡和小浪底水库控制及桥址上游伊河、洛河、沁河、漭河等几条支流河水的影响，主河槽虽常年有水，但很不稳定，主流游荡、滚动，使之“有水不能行舟，无水不能行车”。黄河冬季有凌讯及清水冲刷，夏季洪水冲刷剧烈掏底。这就决定了施工过程中水平运输只能采用栈桥。水平运输采用栈桥，那么用什么方法来施工多孔简支钢管拱最合适？为此对施工方案进行了深入的探讨。

2、目前国内钢管混凝土拱桥施工技术状况

钢管混凝土拱桥是我国近年来桥梁建设发展的新技术，具有自重轻、强度大、抗变形能力强的优点，它比较好地解决了修建桥梁所需求的用料省、安装重量轻、施工简便、承重能力大的诸多矛盾。所以自从1990年四川旺仓建成了跨度115m的国内第一座钢管混凝土拱桥以来，发展迅猛，设计和施工水平已跻身于世界先进行列。近几年，全国各地已建成了大量的具有国际先进水平的大跨度钢管混凝土拱桥，其中2000年建成通车的跨度为360m的广州市丫髻沙大桥在世界同类桥型中已名列前茅，充分显示了钢管混凝土拱桥在我国的广泛的发展前景。

随着钢管混凝土拱桥的应用推广，它的施工问题日益受到重视。在许多工程施工中，各种施工方法经常灵活地综合在一起进行使用，所以施工方法之间并没有简单意义上的优劣之分，桥梁施工过程中的具体工程状况才是施工方法选择和在施工方法上进行组合的关键因素。不同跨径、结构形式及施工设备及现场环境条件，可以选择不同的施工方法。目前常用的钢管混凝土拱桥的施工方法可分为：支架施工法、缆索吊装法、转体施工法和整跨顶推施工法。为了合理的选定郑州黄河二桥主桥钢管混凝土系杆拱的施工方案，着重对国内常用施工技术进行了比较，以寻求最佳途径。

2.1、支架施工法

对于中小跨径、不通航或通航要求不高、水深较浅、桥位处无结构物及交通干扰的钢管混凝土拱桥的建设中，经常采用支架法施工拱肋。随着支架材料在选择范围上的扩大、支架设计与施工经验的积累及大跨度钢管混凝土系杆拱桥在结构上的创新和变化，施工支架经常能在缆索吊装法、转体施工法和门机吊装法中得到充分利用，例如缆索吊装法中必不可少的塔架和转体施工中的组拼支架等都可以说是支架施工法中的拱架在其应用过程中的转型和具体应用，因此就其本身固有的优越性和适用性特点证明，其使用的广泛性将会逐步得到提高。

单纯的支架施工方法大体上可分为三种：先梁后拱法、先拱后梁法和满堂支架法。

2.1.1、先梁后拱法

即采取先搭设少量支架跨越河道，然后在支架上拼装或现浇加劲梁，而后架设钢管拱肋。这种方法适用于具有强大加劲梁的中、小跨径钢管拱桥。先梁后拱的施工方法既安全又方便。江浙一带的许多钢管拱桥就用此法修建，如斜港桥、伊山桥等。

2.1.2、先拱后梁法

此法先搭设少量支架，在支架上拼装拱肋和横撑，然后拆除支架，利用拱肋为承重结构，浇筑或拼装加劲梁。如福建安溪铭选大桥、浙江菜花泾桥等。

2.1.3、满堂支架法

搭设满堂支架，并在其上现浇系梁、横梁混凝土，待混凝土达到设计强度后，张拉第一批预应力束，在支架上架设钢管拱肋、安装横撑，灌注钢管拱内混凝土。然后安装吊杆，按初始应力张拉吊杆，拆除满堂支架，最后安装预制桥面板，并分批张拉预应力束。绍兴鉴湖桥就采用了此种方法。

深圳芙蓉大桥为55m+80m+55m三跨连续下承式钢管混凝土系杆拱。每跨由两片拱肋组成，每片拱肋均由2根钢管焊接成“哑铃”型。每片拱肋分为上管、下管和腹腔三个室，其三个室均需灌注C50微臌胀混凝土。该桥拱肋采用了龙门吊机吊装，在支架上安装的方法施工。施工场景见图二。

图二：深圳芙蓉大桥施工场景

2.2、缆索吊装法

缆索吊装施工法是大跨度拱桥实现自架设施工的主要方法之一。在峡谷或水深流急的河段上，或在通航要求较高的河流上，缆索吊装由于具有跨越能力强，水平、垂直运输机动灵活，适应性广，施工比较稳妥方便等优点被广泛采用。缆索吊装法应用于钢管混凝土拱桥主拱肋施工，对平行拱肋一般情况下采取双肋分别吊装、双肋分别合拢，两肋之间设临时横撑，或将横撑临时固定的方法。对提蓝式拱肋，一般将双拱肋利用横撑或加临时横撑分段成平面梯形框架，整段吊装。钢管拱肋节段吊装后和未合拢前的悬挂方式主要有两种：一种是类似于斜拉桥施工技术的千斤顶

斜拉扣挂法；另一种是利用悬索桥吊索原理的主缆悬挂法。两种悬挂方式技术力学原理不一样，但需要投入的施工设施却区别不大。

2.2.1、千斤顶斜拉扣挂法

首先采用千斤顶斜拉扣挂法的是广西邕宁邕江大桥主跨312m的钢管混凝土劲性骨架箱肋拱施工，每根肋的钢管骨架分9段制作安装，最大节段重达59t。该桥施工中在原来用钢丝绳、卷扬机、滑车组等工具的斜拉扣挂法的基础上开发研究的用钢绞线、小型千斤顶等工具的千斤顶斜拉扣挂悬臂架设技术得到成功使用后，逐步推广应用于四川万县长江大桥、福建闽清石潭溪大桥、浙江象山县铜瓦门大桥、武汉市江汉三桥等多项工程的施工。其中武汉市江汉三桥主拱肋吊装方法不仅继承且发展了这一方法。

武汉市江汉三桥主桥是净跨280.0m的下承式钢管混凝土桁架系杆无铰拱桥，桥梁全长302.926m，计算跨径Lp=283.598m。主拱设两条拱肋，拱肋桁架高5.5m（外一外），宽2.4m（外一外）。每条拱肋沿拱轴线方向对称划分为11节段。安装时为避免拱脚基础承受过大的水平力，设置临时系杆一对，上下游各一束，由永久系杆充当。缆索吊机的设置因受下承式拱桥及城市施工场地狭窄等因素的限制，设计成缆塔和扣塔合二为一的空间高塔框架结构。钢管拱桁架节段在工厂制造走水路运输至桥位，由缆索吊机起吊进行空中对位并调整拱肋空间位置后即行收紧扣索，联结接头法兰螺栓，张拉扣索与锚索，两岸对称逐节段安装至跨中合拢。扣索采用φ15.24钢绞线束，每肋每岸设5组扣索；扣、锚索均采用一端张拉，固定端为P锚挤压套，张拉端均设于塔架上，采用OVM群锚体系。张拉时，以控制塔架水平位移为主，索力为辅，伸长量作校核。裸拱合拢后经对拱肋轴线的最后调整，全面焊接各接头联结的外包钢板，使之成为两铰裸拱结构。

在拱肋吊装过程中，缆索吊机的锚索和拱肋扣索应在不同的施工阶段进行适当的调整，以保持成桥的线型和索塔的稳定。端部拱肋吊装就位后，除上部用扣索拉住外，尚应在左右两侧设置对称风缆，避免拱肋的左右摆动。中间段拱肋吊装就位时，应当缓慢释放吊索，严格将各接头顶紧，避免简支搁置和冲击。施工方法见图三。

主索（承重索）锚索3扣索3锚索2扣索1第3段锚索1第1段临时系杆第2段扣索5扣索5扣索2第4段第5段主桥桥跨中心线主索（承重索）扣索4缆索小车合拢段图三：千斤顶斜拉扣索法吊装钢管拱肋示意图2.2.2、主缆悬挂法

广东南海市三山西大桥钢管拱肋安装采用了主缆悬挂法。

该桥为主跨200m的中承式钢管混凝土拱桥，拱肋分上下游两条，中距17.20m。每条桁架拱肋分17段吊装。由于桥位上下游紧邻码头，且来往船只频繁，再加台风影响，如果仍采用斜扣加浪风索稳定的吊装方案，难以实施。因此就采取了修建吊桥的方法进行钢管拱肋的安装。即先预埋地锚，架设塔架，安装主索和吊索，然后安装吊运拱肋的工作索，由工作索吊运拱肋移交给主缆和吊索悬吊。待拱肋全部悬挂后（仅剩拱顶段），调整拱轴线，连接接头，最后吊装拱顶合拢段。

安装用的主塔是由万能杆件拼装的门式塔架，宽18m，高60m，塔间距215m。在塔四周设置