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【摘 要】本文首先阐述了钢管混凝土拱桥稳定理论以及钢管混凝土的四个特点，并结合工程实例着重介绍公路桥梁建设中钢管混凝土拱桥的施工技术、施工工艺及施工要点，以供同行参考。
【关键词】拱桥施工；钢管混凝土；技术要点
1 引言
随着国家对基础设施的大量投入，桥梁事业也随之快速发展，许多桥梁在设计施工时均采用了钢管拱桥技术。因其具有以下优点：形态优美，跨度大，施工简便，抗震、抗压、抗裂性能显著提高。钢管混凝土充分利用了钢管的套箍作用，采用了微应力混凝土，其抗压、抗裂性能显著提高。三向应力混凝土的主要特性是强度高，变形性好，在外荷载作用下，由于钢管约束其内部核心混凝土的横向变形，使在三向应力作用下的核心混凝土的强度比普通浇注的混凝土提高了2～3倍。普通混凝土受压的压缩应变≥0.002时，出现纵向裂缝而破坏。三向应力作用下的混凝土可看作弹塑性材料，当压缩应变达0.002时，不但仍有承载能力，而且表面不发生裂缝，它是一种很好的抗震材料。
2 钢管混凝土拱桥稳定理论
桥梁结构的失稳现象表现为结构的整体失稳或局部失稳。局部失稳是指部分子结构的失稳或个别构件的失稳，局部失稳常常导致整个结构体系的失稳。结构失稳是指结构在外力增加到某一量值时，稳定性平衡状态开始丧失，稍有扰动，结构变形迅速增大，使结构失去正常工作能力的現象。拱桥的失稳分为面内屈曲和面外屈曲。拱桥的面内屈曲有两种不同形式，第一种形式是在屈曲临界荷载前后，拱的挠曲线发生急剧变化，可看作这是具有分支点问题的具体形式，桥梁结构中使用的拱。在体系和构造上多是对称的。当荷载对称地满布于桥上时，如果拱轴线和压力线是吻合的，则在失稳前的平衡状态只有压缩而没有弯曲变形；当荷载逐渐增加至临界值时，平衡就出现有弯曲变形的分支，拱开始发生屈曲。第二种屈曲形式是在非对称荷载作用下，拱在发生竖直变位的同时也产生了水平变位。随着荷载的增加，两个方向的变位在变形形式没有急骤变化的情况下继续增加。当荷载达到了极大值，即临界荷载之后，变位将迅速增加，这类失稳称之为极值点失稳，也称第二类失稳。求解这类稳定问题的极限荷载，需要采用非线性分析方法。如果拱的侧向刚度相对较小，当荷载达到一定临界值，拱也可能先离开其受载的平面向空间弯扭形式的平衡状态过渡，发生面外屈曲。
3 钢管混凝土特点
3.1 钢管混凝土拱桥其实是套箍混凝土，所以比一般混凝土强度高、塑性好、质量轻、耐疲劳；钢管混凝土结构的耐火性能由于内填了混凝土，在高温情况下．与空钢管相比它的软化温度将极大的提高，而在急骤降温(消防冲水)时又不会像钢筋混凝土结构那样爆裂，因此，其防火性能应比钢结构和钢筋混凝土结构更加优越；钢管混凝土结构还具有较好的耐冲击力和动力性能。
3.2 拱桥以受压为主，面内面外均存在着稳定问题。圆钢管截面各向抗弯惯矩大，相对的长细比减小，有利于结构稳定性的提高。同时圆钢管截面相对于箱形截面抵抗局部屈曲的性能要好。对于宽跨比较小且处于风力较大的沿海或山谷地区的拱桥，圆形拱肋承受的横向风力较小，有利于提高拱的横向稳定性。
3.3 钢管本身就是耐侧压的模板，故浇筑混凝土时可省去支模、拆模等工序；钢管本身又是劲性承重骨架，在施工阶段可起劲性钢骨架作用，在使用阶段又是主要的承重结构，因此可以节省脚手架，缩短工期，减少施工用地，降低工程造价；钢管混凝土具有刚度大、承载能力大、质量轻等优点，这些优点和桥梁转体施工工艺相结合，可以解决转体质量大与转体结构的强度、刚度的矛盾。
3.4 在受压构件中采用钢管混凝土，可大幅度节省材料。理论分析和工程实际都表明，钢管混凝土与钢结构相比，在保持结构自重力相近和承载能力相同的条件下，可节约钢材约50％，混凝土和水泥用量以及构件自重也相应减少l／2。此外，钢管混凝土拱桥还有造型美观等优点，但是由于钢结构外露，钢管混凝土结构耐腐蚀性能比钢筋混凝土弱，与钢结构一样需要采用有效的防腐措施。
4 工程概况
本桥设计桥宽28.5m，桥梁总长585.56m。主桥部分由五孔无风撑、双承载面下承式的钢管混凝土系杆拱组成(64m十64m+72m+64m+64m)。拱的矢跨比为1/5，拱轴线为二次抛物线，拱肋采用圆端形扁钢管结构。拱肋高度72m跨为0.9m，64m跨为0.8m，宽均为1.8m，钢管内填充C40微膨胀砼。拱肋钢管材质Q345D，厚度为16mm。截面见图1。
5 准备工作
5.1 方案比选
5.1.1 方案一：采用连续抛落无振捣浇注混凝土的施工方法，混凝土由拱顶连续抛落。但对距拱顶4m以下的混凝土仍需开天窗用插入式振动器进行振捣，且所浇注混凝土不易密实，施工难度较大。
5.1.2 方案二：压注顶升法。即在距离拱脚1.5～2m处的拱轴线处，两侧对称各开压注孔，利用混凝土输送泵的压力将混凝土从压注孔处焊接好的泵管连续不断地自下而上压入钢管拱内，并达到砼自密实的效果。这种施工工艺简便易行。但必须选用压力大、性能好的输送泵。施工时采用方案二，即压注顶升法施工，取得了满意的效果，并总结出施工中需注意的一些问题。
5.2 施工前的观测
观测的目的是为了确定拱轴线、控制点的标高是否正确。如果轴线有偏差可用预先设置好的风揽进行调整；如果因焊接、拼装等原因造成一侧的控制点高程偏大，而另一侧的高程偏小，则可在压注混凝土的过程中调整。
5.3 机具
泵送顶升施工需要有较大的泵送压力，混凝土输送泵的选择是混凝土顶升压注成功与否的关键。本工程选用了3辆三一牌HBT-50B型拖泵，其中1台备用。此泵出口泵压可达6.3MPa，对混凝土的适应性较强。为确保泵送压注顶升的连续进行，施工时根据混凝土拌和站的位置和泵送速度，每台泵车配备了3辆混凝土运输车，并有1辆备用。混凝土拌和站应做好搅拌机的检查、维修工作。
6 施工工艺
6.1 二级压注，一次成型
由于钢管为扁形，加劲肋布置较远，且矢高较大，根据混凝土所能产生的压力及扁钢管的抗变形能力计算(采用有限元结构分析软件分析计算)，若混凝土从拱脚一直压到拱顶，则混凝土的压力将把扁钢管的直线部分压弯，所以采取“二级压注，一次成型”的方法，即除原有拱脚底预留焊接的泵管接头外，在拱高1/2处(拱高含拱顶排气管1.5m)，两边对称，增设型号一致泵管接头，在紧靠拱顶吊杆位置两侧设两根＆20cm，高1.5m的排气增压钢管，具体见图2。
6.2 施工中钢管拱的观测
为了获得较完整的测量数据，混凝土压注过程要进行全程观测。混凝土压至每一个控制点，都对拱轴线及标高施测一次，并将测量结果绘制成随时间或工况变化曲线图，根据这一曲线，可以较直观地了解钢管拱在泵送混凝土各阶段变化情况。
6.3 压注顶升施工程序
灌注前认真检查泵管及输送泵的各个接头，接头之间应垫橡皮圈防止漏气、漏浆。开启止回闸阀K1、K2，用与混凝土相同品种及标号的水泥搅拌的砂浆润滑泵车与泵管，以减小混凝土泵送时的摩阻力，砂浆必须在钢管拱外排出。对称进行灌注混凝土，同时有专人观察拱内混凝土的泵送情况，两台泵灌注的速度尽量保持一致，如有不对称现象应及时调整。最简单而实用的观察办法就是“锤击法”，即用铁锤敲击钢管拱，听到清脆的声音和沉闷的声音交界处就是混凝土已压注到的位置。这一观测能确保混凝土的对称同步浇注。如果发现两侧的压注速度不一致，应及时与泵车指挥人员联系，进行调整。小部分偏载造成的钢管拱弹性变形可以完全恢复，有效的保证了拱轴线符合设计要求。当混凝土灌注至超过K3、K4压注孔时，停止泵送，立即关闭K1、K2闸板阀，已最快的速度将泵管接至K3、K4压注孔，打开K3、K4闸板阀，开始第二级混凝土的压注。当混凝土从排气孔冒出时，控制灌注速度，改两台泵同步对称泵送为交替泵送，继续压注1～2m3混凝土，确保钢管拱内混凝土压注密实。然后关闭止回闸阀，避免混凝土倒流，清洗泵管、泵车。灌注完成后要做好钢管混凝土的保温工作。
【关键词】拱桥施工；钢管混凝土；技术要点
1 引言
随着国家对基础设施的大量投入，桥梁事业也随之快速发展，许多桥梁在设计施工时均采用了钢管拱桥技术。因其具有以下优点：形态优美，跨度大，施工简便，抗震、抗压、抗裂性能显著提高。钢管混凝土充分利用了钢管的套箍作用，采用了微应力混凝土，其抗压、抗裂性能显著提高。三向应力混凝土的主要特性是强度高，变形性好，在外荷载作用下，由于钢管约束其内部核心混凝土的横向变形，使在三向应力作用下的核心混凝土的强度比普通浇注的混凝土提高了2～3倍。普通混凝土受压的压缩应变≥0.002时，出现纵向裂缝而破坏。三向应力作用下的混凝土可看作弹塑性材料，当压缩应变达0.002时，不但仍有承载能力，而且表面不发生裂缝，它是一种很好的抗震材料。
2 钢管混凝土拱桥稳定理论
桥梁结构的失稳现象表现为结构的整体失稳或局部失稳。局部失稳是指部分子结构的失稳或个别构件的失稳，局部失稳常常导致整个结构体系的失稳。结构失稳是指结构在外力增加到某一量值时，稳定性平衡状态开始丧失，稍有扰动，结构变形迅速增大，使结构失去正常工作能力的現象。拱桥的失稳分为面内屈曲和面外屈曲。拱桥的面内屈曲有两种不同形式，第一种形式是在屈曲临界荷载前后，拱的挠曲线发生急剧变化，可看作这是具有分支点问题的具体形式，桥梁结构中使用的拱。在体系和构造上多是对称的。当荷载对称地满布于桥上时，如果拱轴线和压力线是吻合的，则在失稳前的平衡状态只有压缩而没有弯曲变形；当荷载逐渐增加至临界值时，平衡就出现有弯曲变形的分支，拱开始发生屈曲。第二种屈曲形式是在非对称荷载作用下，拱在发生竖直变位的同时也产生了水平变位。随着荷载的增加，两个方向的变位在变形形式没有急骤变化的情况下继续增加。当荷载达到了极大值，即临界荷载之后，变位将迅速增加，这类失稳称之为极值点失稳，也称第二类失稳。求解这类稳定问题的极限荷载，需要采用非线性分析方法。如果拱的侧向刚度相对较小，当荷载达到一定临界值，拱也可能先离开其受载的平面向空间弯扭形式的平衡状态过渡，发生面外屈曲。
3 钢管混凝土特点
3.1 钢管混凝土拱桥其实是套箍混凝土，所以比一般混凝土强度高、塑性好、质量轻、耐疲劳；钢管混凝土结构的耐火性能由于内填了混凝土，在高温情况下．与空钢管相比它的软化温度将极大的提高，而在急骤降温(消防冲水)时又不会像钢筋混凝土结构那样爆裂，因此，其防火性能应比钢结构和钢筋混凝土结构更加优越；钢管混凝土结构还具有较好的耐冲击力和动力性能。
3.2 拱桥以受压为主，面内面外均存在着稳定问题。圆钢管截面各向抗弯惯矩大，相对的长细比减小，有利于结构稳定性的提高。同时圆钢管截面相对于箱形截面抵抗局部屈曲的性能要好。对于宽跨比较小且处于风力较大的沿海或山谷地区的拱桥，圆形拱肋承受的横向风力较小，有利于提高拱的横向稳定性。
3.3 钢管本身就是耐侧压的模板，故浇筑混凝土时可省去支模、拆模等工序；钢管本身又是劲性承重骨架，在施工阶段可起劲性钢骨架作用，在使用阶段又是主要的承重结构，因此可以节省脚手架，缩短工期，减少施工用地，降低工程造价；钢管混凝土具有刚度大、承载能力大、质量轻等优点，这些优点和桥梁转体施工工艺相结合，可以解决转体质量大与转体结构的强度、刚度的矛盾。
3.4 在受压构件中采用钢管混凝土，可大幅度节省材料。理论分析和工程实际都表明，钢管混凝土与钢结构相比，在保持结构自重力相近和承载能力相同的条件下，可节约钢材约50％，混凝土和水泥用量以及构件自重也相应减少l／2。此外，钢管混凝土拱桥还有造型美观等优点，但是由于钢结构外露，钢管混凝土结构耐腐蚀性能比钢筋混凝土弱，与钢结构一样需要采用有效的防腐措施。
4 工程概况
本桥设计桥宽28.5m，桥梁总长585.56m。主桥部分由五孔无风撑、双承载面下承式的钢管混凝土系杆拱组成(64m十64m+72m+64m+64m)。拱的矢跨比为1/5，拱轴线为二次抛物线，拱肋采用圆端形扁钢管结构。拱肋高度72m跨为0.9m，64m跨为0.8m，宽均为1.8m，钢管内填充C40微膨胀砼。拱肋钢管材质Q345D，厚度为16mm。截面见图1。
5 准备工作
5.1 方案比选
5.1.1 方案一：采用连续抛落无振捣浇注混凝土的施工方法，混凝土由拱顶连续抛落。但对距拱顶4m以下的混凝土仍需开天窗用插入式振动器进行振捣，且所浇注混凝土不易密实，施工难度较大。
5.1.2 方案二：压注顶升法。即在距离拱脚1.5～2m处的拱轴线处，两侧对称各开压注孔，利用混凝土输送泵的压力将混凝土从压注孔处焊接好的泵管连续不断地自下而上压入钢管拱内，并达到砼自密实的效果。这种施工工艺简便易行。但必须选用压力大、性能好的输送泵。施工时采用方案二，即压注顶升法施工，取得了满意的效果，并总结出施工中需注意的一些问题。
5.2 施工前的观测
观测的目的是为了确定拱轴线、控制点的标高是否正确。如果轴线有偏差可用预先设置好的风揽进行调整；如果因焊接、拼装等原因造成一侧的控制点高程偏大，而另一侧的高程偏小，则可在压注混凝土的过程中调整。
5.3 机具
泵送顶升施工需要有较大的泵送压力，混凝土输送泵的选择是混凝土顶升压注成功与否的关键。本工程选用了3辆三一牌HBT-50B型拖泵，其中1台备用。此泵出口泵压可达6.3MPa，对混凝土的适应性较强。为确保泵送压注顶升的连续进行，施工时根据混凝土拌和站的位置和泵送速度，每台泵车配备了3辆混凝土运输车，并有1辆备用。混凝土拌和站应做好搅拌机的检查、维修工作。
6 施工工艺
6.1 二级压注，一次成型
由于钢管为扁形，加劲肋布置较远，且矢高较大，根据混凝土所能产生的压力及扁钢管的抗变形能力计算(采用有限元结构分析软件分析计算)，若混凝土从拱脚一直压到拱顶，则混凝土的压力将把扁钢管的直线部分压弯，所以采取“二级压注，一次成型”的方法，即除原有拱脚底预留焊接的泵管接头外，在拱高1/2处(拱高含拱顶排气管1.5m)，两边对称，增设型号一致泵管接头，在紧靠拱顶吊杆位置两侧设两根＆20cm，高1.5m的排气增压钢管，具体见图2。
6.2 施工中钢管拱的观测
为了获得较完整的测量数据，混凝土压注过程要进行全程观测。混凝土压至每一个控制点，都对拱轴线及标高施测一次，并将测量结果绘制成随时间或工况变化曲线图，根据这一曲线，可以较直观地了解钢管拱在泵送混凝土各阶段变化情况。
6.3 压注顶升施工程序
灌注前认真检查泵管及输送泵的各个接头，接头之间应垫橡皮圈防止漏气、漏浆。开启止回闸阀K1、K2，用与混凝土相同品种及标号的水泥搅拌的砂浆润滑泵车与泵管，以减小混凝土泵送时的摩阻力，砂浆必须在钢管拱外排出。对称进行灌注混凝土，同时有专人观察拱内混凝土的泵送情况，两台泵灌注的速度尽量保持一致，如有不对称现象应及时调整。最简单而实用的观察办法就是“锤击法”，即用铁锤敲击钢管拱，听到清脆的声音和沉闷的声音交界处就是混凝土已压注到的位置。这一观测能确保混凝土的对称同步浇注。如果发现两侧的压注速度不一致，应及时与泵车指挥人员联系，进行调整。小部分偏载造成的钢管拱弹性变形可以完全恢复，有效的保证了拱轴线符合设计要求。当混凝土灌注至超过K3、K4压注孔时，停止泵送，立即关闭K1、K2闸板阀，已最快的速度将泵管接至K3、K4压注孔，打开K3、K4闸板阀，开始第二级混凝土的压注。当混凝土从排气孔冒出时，控制灌注速度，改两台泵同步对称泵送为交替泵送，继续压注1～2m3混凝土，确保钢管拱内混凝土压注密实。然后关闭止回闸阀，避免混凝土倒流，清洗泵管、泵车。灌注完成后要做好钢管混凝土的保温工作。