某山區(qū)大跨徑中承式鋼管混凝土拱橋設計

許健 聶尚杰

摘 要：以某山區(qū)大跨徑中承式鋼管混凝土拱橋為例，詳細介紹了300 m中承式鋼管混凝土拱橋的結構設計要點及施工要點。

關鍵詞：鋼管混凝土拱橋;設計;山區(qū);中承式

中圖分類號：U442.5 文獻標識碼：A

0 引言

鋼管混凝土是一種高強輕質的材料，鋼管管壁對內灌混凝土起到了套箍作用，同時內灌混凝土也提高了鋼管受壓時的穩(wěn)定性。正是這種特性，將兩種材料可以有機地組合起來，充分發(fā)揮材料各自的特性，已被公認是大跨徑拱橋的一種理想材料。同時施工時，鋼管可以作為內灌混凝土的模板，省掉了模板工程，而鋼管吊裝重量輕，施工進度快，運輸也較為方便，尤為適合山區(qū)橋梁建設。

1 總體設計

某高速公路工程需跨越V形河谷，兩岸基巖裸露，地質條件好，適合作為有推力拱橋的基礎。結合該橋位處的路線線位及山谷地形，采用300 m左右的中承式拱橋是較為適宜的。目前已通車運營的跨徑300 m左右及以上的拱橋中，大多數橋梁結構形式為鋼箱拱或鋼管拱橋，相比較于鋼箱拱，鋼管拱橋具有明顯的造價優(yōu)勢。因此本橋位采用鋼管混凝土拱橋方案是適宜的，橋型效果圖如圖1所示：

2 結構設計

2.1 主拱圈

該橋拱軸線采用懸鏈線，計算跨徑為300 m，計算矢高60 m，計算矢跨比為1/5，其拱軸系數1.384。鋼管混凝土四管格構體系，拱肋截面徑向高6.1 m，肋寬3.1 m。

考慮吊裝能力等因素，主拱拱肋劃分為32個節(jié)段。單根拱肋弦桿第1、2節(jié)段弦桿采用φ1 100×32 mm鋼管，第3節(jié)段弦桿采用φ1 100×28 mm鋼管，第3節(jié)段上、下弦桿采用φ1 100×24 mm鋼管;其余節(jié)段上、下弦桿均采用φ1 100×20 mm鋼管。拱肋第一節(jié)段弦桿間橫向通過綴板連接，綴板厚24 mm，其余拱肋弦桿間橫向通過平聯鋼管連接。吊點及第2節(jié)段位置平聯采用φ660×16 mm鋼管，非吊點位置平聯采用φ660×12 mm鋼管。弦管及吊桿位置上平聯鋼管灌注C55微膨脹高性能混凝土。

拱肋上下弦桿豎向通過斜、豎腹桿連接。除前兩個節(jié)段豎斜、腹桿采用φ500×16 mm鋼管外，其余節(jié)段斜、豎腹桿均采用φ500×12 mm鋼管。拱肋節(jié)段對接接頭采用管外焊接信使，管內法蘭盤栓接形式。拱肋與拱肋橫撐間焊接連接。拱肋節(jié)段最大的吊裝重量約為104 t。

拱肋采用Q345C鋼材，全橋共設12道橫撐，其中10道K型橫撐，2道拱腳X型橫撐。K型橫撐水平弦桿采用φ660×16 mm鋼管，斜向弦桿采用φ660×16 mm。K型橫撐豎腹桿、斜腹桿、水平腹桿均采用φ400×10 mm鋼管。X型橫撐水平弦桿采用φ800×20 mm鋼管，斜向弦桿采用φ800×20 mm。

2.2 吊桿

吊桿縱向間距為10 m，共26對，采用GJ15-27、GJ15-37整束擠壓成型鋼絞線。吊桿上端采用張拉端錨具，上錨頭采用球型支座和墊板錨固于拱肋上平聯，通過調節(jié)螺母位置對吊桿長度進行調整。吊桿下端采用固定端錨具，叉形耳板通過銷軸與橫梁處耳板連接。

2.3 橋面系

主橋橋面系由鋼縱梁、鋼橫梁及混凝土橋面板三部分組成，這三部分形成了組合梁格構體系。

鋼橫梁分為吊桿橫梁、次橫梁、立柱處主橫梁及端橫梁4種。吊桿橫梁橫向長度為30.2 m，采用跨中梁高為2.2 m的工字型斷面，縱向間距10 m。頂板寬度在吊點范圍局部加寬至1.5 m，其余位置寬度為0.7 m，頂板厚28 mm;底板寬1.0 m，厚32 mm，腹板厚18 mm。次橫梁斷面為梁高0.9 m的工字型斷面，其頂板全寬0.6 m，厚16 mm，底板寬0.6 m，厚16 mm;腹板厚14 mm。立柱處橫梁斷面為跨中梁高2.2 m的工字型斷面，其頂板全寬0.7 m，厚28 mm，底板寬1.0 m，厚32 mm，腹板厚18 mm，支座處腹板加厚至28 mm。端橫梁設于縱橋向兩端，梁長30.2 m，跨中梁高2.2 m，頂板厚28 mm，寬0.8 m，底板厚32 mm，寬0.8 m，腹板厚18 mm，在支座處腹板加厚至28 mm。

鋼縱梁分為邊縱梁與中縱梁2種。邊縱梁位于主梁兩側，采用工字型結構，邊縱梁梁高為1.951 m，頂板寬0.6 m，厚18 mm，底板寬0.6 m，厚32 mm，腹板寬18 mm。邊縱梁之間設置3排橫向間距5 m的中縱梁，中縱梁采用梁高1.0 m工字型結構，頂板寬0.6 m，厚16 mm，底板寬0.6 m，厚16 mm，腹板厚14 mm。

橋面板采用C50混凝土分塊預制。橋面板厚25 cm，尺寸分為4.5 m×4.58 m、4.5 m×4.5 m、4.45 m×4.58 m、4.45 m×4.5 m四類。預制橋面板的最大吊裝重量約為16 t。

2.4 拱座

拱座采用擴大基礎型式，拱座尺寸為25×35.7×14.475 m，拱座基底階梯狀布置。除拱座與拱腳結合處7 m范圍內采用C40混凝土，拱座其余部位均采用C30混凝土。

3 施工方案

采用斜拉扣掛體系進行施工，主要施工步驟分為扣掛吊裝體系安裝、拱肋加工及安裝、鋼管混凝土澆筑、橋面系安裝幾部分，以下分別對各部分進行詳細介紹。

3.1 扣掛體系

拱肋鋼管桁架扣掛體系由扣塔錨碇、扣塔、扣索、張拉錨箱、錨碇等構成?？鬯苍O在兩岸拱座外側，采用格構柱形式。扣索采用φs15.2鋼絞線，扣索張拉端采用可調索低應力夾片錨具，錨固端采用擠壓錨具，扣索外纏一層玻璃絲布保護。

3.2 吊裝體系

吊裝體系由吊塔、吊運天線、吊塔錨碇三部分構成?？鬯M向采用門柱式結構形式，吊運天線由兩組10Φ52鋼絲繩組成。

3.3 拱肋加工及安裝

鋼管桁架加工在具備良好場地環(huán)境、人員及設備滿足鋼管桁架的加工需求的工廠內進行。鋼管桁架節(jié)段加工完成后應在廠區(qū)進行預拼，合格后運送到現場進行吊裝。鋼管桁架吊裝順序為每節(jié)段內橋中心線左右側拱肋及對應位置的橫撐同步進行。每一吊裝節(jié)段就位以后，擰緊拱肋接頭處內法蘭螺栓，調整相應的扣索索力使拱肋軸線位于預定標高。待全橋拱肋合龍并調整拱圈標高至指定位置后，焊接全橋主拱鋼管接頭并全部檢驗合格后，均衡、分級卸載扣索，完成拱肋的安裝。

3.4 鋼管混凝土澆筑

管內灌注混凝土采用C55自密實微膨脹混凝土，采取泵壓法自拱腳向拱頂灌注，灌注過程中及時調整扣索位置及索力。這里特別應注意的是，灌注混凝土前，應完成成型后鋼拱圈的各項測試，待各項指標滿足計算及規(guī)范要求后方能灌注上、下弦管和其他指定構件內的混凝土。為了確保鋼管內灌注混凝土的密實性，可在C55中應摻入適量減水和膨脹劑，使之具備具有粘聚性好、收縮補償、延后初凝時間（即初凝時間大于12小時）、流動性好、不泌水等性能。鋼管內混凝土灌注后，可敲擊、超聲波、鉆孔等手段檢驗鋼管內混凝土的飽滿程度。

3.5 橋面系安裝

橋面梁的施工，吊桿橫梁及橋面板、人行道板安裝要求兩岸交替對稱，其余施工構件安裝方案由施工單位根據現場條件和施工技術特長，在施工組織設計中完善。

4 結語

本文基于鋼管拱橋的設計內容，從總體設計、結構設計、施工方案等方面對山區(qū)大跨徑中承式鋼管拱橋設計要點進行了介紹，為同類型結構的設計提供了參考。

參考文獻：

[1]陳寶春.鋼管混凝土拱橋[M].北京：人民交通出版社，2016.

[2]交通部.公路鋼管混凝土拱橋設計規(guī)范（JTG/TD65-06-2015）[S].北京：人民交通出版社，2015.