上海桥中设计咨询管理有限公司

桥梁纵向布置

三跨连续自锚中承式钢管混凝土拱桥在纵向布置时需考虑下面几个方面。

(1)立面外观效果，反映在边中跨比例和边中跨矢高比例协调上，边中跨之比一般为0.20～ 0.45，取值越大，边跨矢跨比越小或桥面距拱脚越高，边跨矢高为中跨矢高1/3左右为佳。

(2)边中跨恒载对主墩产生水平分力的平衡，这是此桥型设计中的一个特点。边中跨对主墩产生的水平分力与其矢跨比有关，矢跨比越大，产生的水平分力越小。为了保持主墩水平分力的相对平衡，边中跨将采取不同的矢跨比。主跨一般取1/5左右，相对大些，边跨取1/8左右，相对小些，通过调整拱肋截面大小及桥面系恒载，来达到主墩水平力平衡的设计目的。

(3)利用计算机手段，将边中跨跨径、矢跨比、拱肋线形参数等作为变量，将整个桥自动划分单元，利用桥梁有限元分析软件计算结构内力，以拱肋内力为调整目标，通过调整变量，使内力达到较合理的水平，这样可以大大提高设计质量，结构也更加合理，三山西大桥设计时采用了此法效果良好。

桥梁横向布置

根据桥梁交通功能要求，拱肋有2种布置形式：一为两拱肋放在桥面边线内，两拱肋外挑人行道或慢车道；二为两拱肋放在桥面边线之外，桥面位于两拱肋中间。通过两拱肋立柱或吊杆间的横梁来支承荷载，2种拱肋横向布置方式相比，前者人行视野开阔，可利用拱肋来作为分隔带，并在边跨空置位置摆放花草，以美化环境，横梁受力相应合理些，并可采用较小的截面，后者横向刚度大，有利于拱桥的侧倾稳定。

拱肋尺寸选择

根据国内钢管混凝土拱桥实桥设计资料，跨度100m以下的拱肋常采用单根钢管截面；跨度100～ 200 m的拱肋多采用2根钢管的哑铃形；跨度200 m以上，则采用4根或4根以上钢管混凝土桁架截面形式；随着跨度加大，达到400 m以上，则宜采用多根小直径钢管混凝土桁架，然后挂模浇注，形成外包混凝土的劲性骨架箱形截面，这种截面刚度强大适宜于大跨度拱桥，主跨420 m的万县长江大桥即是此种拱肋形式。跨度大于200 m时，拱肋截面多采用变截面形式，或外形相同而截面尺寸变化(如三山西大桥)，或截面宽度不变而高度变化(如丫髻沙特大桥)。

由于边跨跨度相对小些，拱肋截面常采用等截面钢筋混凝土的矩形实心截面和等截面混凝土箱形截面。若边跨在水中，为了施工方便和节约施工费用，也可采用先架设钢管混凝土的劲性骨架，然后挂模浇注外包混凝土，形成最后边拱截面。

拱上立柱和吊杆处理

立柱、吊杆水平间距一般取5 m左右，选择间距时必须考虑横梁设计，间距大小对整个桥面系重量有一定影响。间距小，桥面系重量就轻些，会降低工程造价，不利因素是对抗风不利。

吊杆一般采用镀锌高强低松弛平行钢丝束，用冷铸镦头锚分别锚于主拱肋的钢管顶和吊杆横梁的下缘，并以横梁的下缘作为标高调整端。对于主拱两边短吊杆，由于桥面水平变位较大，而吊杆长度较小，锚头会因吊杆倾斜发生较大的转角，引起吊杆锚头使用寿命降低和出现安全问题，因此，对短吊杆特别是超大跨度拱桥两边的短吊杆，必须进行特殊处理，使其有较大的容许转角变位。

体外系杆

外水平系杆是三跨连续自锚中承式钢管混凝土拱桥实现自锚特征的重要受力构件，是整座桥的生命线，直接影响到桥梁整体安全。系杆在软硬变化处须设置减震块，以保护系杆，系杆按体外柔性索处理，安全系数必须≥ 2。另外，系杆要具有分级张拉和可换可调特性，有合适防护措施，如设置钢箱保护、内填防护材料。

桥面系

现在实桥桥面系多数采用飘浮体系，即吊杆、立柱支承横梁，横梁上放置预制桥面板或小T梁，然后现浇一层连续混凝土层，使桥面与横梁等形成一个整体。为了加强桥面系统纵向刚度，可在吊杆横梁间设置纵梁(如丫髻沙特大桥)，适当加强桥面系的刚度，从而提高桥的整体稳定安全度。

横撑

横撑的设置直接影响拱桥在施工阶段及成桥阶段的稳定安全度，采用的形式有一字撑、X撑和K字撑。若跨度不大且桥面较宽，可加大拱肋横向抗弯刚度而不须设横撑，这样桥上开阔而通透，当桥跨<200 m时，可采用一字撑或K字撑或其组合，可满足稳定要求，但当跨度>200 m时，则宜采用K字撑或X撑，以达到设计要求的最小稳定安全度。横撑的选取宜在满足桥梁整体稳定的情况下，尽量采用简单的形式，以方便施工，使成桥后横撑看起来简洁明了。

边墩支承形式

三跨连续自锚拱桥边墩支承形式，主要有2种形式，一为抗拉力支承，二为抗压力支承。对于边跨相对比较小的自锚拱桥，边墩在最不利荷载下可能会出现上拔力，采取抗拔力支承，并通过引桥上部结构反压边拱肋端部，使其整个受力过程一直处于受压状态，三山西大桥就是如此。

1、江苏宿迁发展大道运河大桥

该项目是公司成立初期完成的特大型桥梁设计项目，该桥全长1940.8m，跨越京杭大运河和与之平行的六塘河，主桥采用80 140 80m变截面预应力混凝土连续梁桥，桥宽23m。该桥地震动峰值加速度达到0.3g，为国内基本烈度最高的地区之一，通过多角度静动力分析计算，优化构造设计，提出了计入双幅桥横向连接对结构基频影响的新思路，有效解决了本桥的抗震问题。实现了安全和经济的双赢。该桥已于2005年8月建成通车。

2、宁夏中卫沙坡头黄河特大桥

位于宁夏著名旅游圣地沙坡头风景区附近，为上海至武威国道主干线中宁～孟家湾段高速公路跨越黄河的特大桥梁。大桥全长1343m，桥宽26m，主桥为（65 120 120 65）m四跨预应力混凝土连续刚构。高地震烈度区大跨径桥梁抗震设计及黄河深水基础施工是本项目的难点。本桥已经于2008年10月通车。

3、北京房山五渡桥

五渡桥是北京市房山区涞宝路西关上一座桥梁，跨越拒马河，位于十渡风景区内（项目地理位置见图1）。项目路线设计全长550m，采用国内首创的三角刚架悬吊连续梁组合桥，该桥于2009年12月建成通车。

4、安徽芜湖青弋江袁泽桥

本桥位于安徽芜湖，跨越青弋江（规划芜申运河）。全桥总长1235.5m，主桥桥宽59.5m，引桥桥宽51.5m，主桥采用（40 135 40）m钢管混凝土复合拱桥。该桥主梁为纵横格构钢梁、拱圈采用变截面钢管混凝土拱圈，总投资3.77亿元。菱形四钢管变截面拱圈为国内首座，也是公司为推动钢管混凝土拱桥发展做的一次实践和尝试。，该桥左幅桥已经于09年10月建成通车，右幅桥正在施工。

5、天津星耀五洲景观桥

星耀五洲是天津市利用天嘉湖水库开发的集娱乐、购物、健身、休闲、居住、度假、国际会议会展为一体的“世界花园”工程，规划占地7km，。“世界桥梁博览园”是小区的主要创意构想之一，而此构想的实现就落到了我公司的肩上，08年公司承接了该居住区内所有中、小跨径景观桥梁的设计。桥梁工程要体现世界各种著名桥梁的建筑风格，同时结合园林进行景观设计，具有一定的挑战性。

6、山东滨州孙武黄河大桥

山东滨州孙武黄河桥及两岸高速公路接线工程，位于山东省滨州市惠民和邹平之间，由我公司主持工程可行性研究、初步设计及施工图设计。黄河大桥全长约4.5km，主桥采用主跨（115 4×190 115）m的六跨刚构连续梁组合桥，两岸一级公路接线约20km。，该项目工程可行性研究经交通部、黄河水利委员会核准，国家发改委正式批复，初步设计工作已全面开展。

7、高速公路常规桥梁

公司成立以来，充分利用我公司在桥梁方面的技术和人员储备优势，承担了多条高速公路桥涵和交叉构造物的设计工作，多为跨径小于50m的常规结构物。

圬工桥工程概况

S306 线K210 267 小湖六桥建于1995 年，原桥为跨径2 × 16 m 的石拱桥，2000 年3 月对该桥进行改造，主桥上部结构改建为钢筋混凝土T 梁，跨径2 ×16 m，桥长50．65 m，桥宽组合9 m 2 × 1．5 m，斜交35°，设计荷载汽—20 级，挂—100。桥台结构为浆砌片石U 形桥台，桥面铺装为水泥混凝土。

圬工桥机理分析

2．1 主要病害

1)大田桥台上、下游侧墙各有2 条竖向裂缝，前墙有1 条竖向裂缝，三明桥台上游侧墙有2 条竖向裂缝，并延伸到前墙，下游有1 条竖向裂缝，大田台上游1 号竖向裂缝长4 m，2 号裂缝长4．2 m，最大缝宽为25 mm，下游3 号裂缝长3．7 m，4 号裂缝长3．5 m，最大缝宽18 mm，大田台前墙5 号裂缝长4．2 m，最大缝宽20 mm，三明台上游6 号裂缝长为4．5 m，7 号裂缝长为3．5 m，最大缝宽23 mm，下游8 号裂缝长3．2 m，最大缝宽为16 mm;

2)桥面铺装损坏，三明台、大田台桥头已严重下沉; 这些病害严重影响该桥的承载能力和车辆的通行能力。

2．2 病害成因分析

通过对病害的表象及特征的观察分析，其主要病害原因为:

1)大量超重、超载车辆通过施加的超负荷荷载，致使桥面铺装损坏及桥头路面下沉;

2)施工期间台背填料较差且回填碾压不密实;

3)由石拱桥改造成T 梁桥时，对原桥台进行加高，由于施工工艺等原因，致使台腔填料难于碾压密实，新旧桥台联结处处理不当，经过近10 年的使用，病害逐渐显现出来。

2．3 预应力锚索加固桥台机理

对于桥台加固处理方案有体外支护、预应力对锚、预应力地预应力锚索在圬工桥台加固中的应用锚等。采取预应力对锚加固桥台，其加固机理就是通过对桥台本身实施自平衡，而且通过锚索对拉可有效地减小侧墙的倾覆力矩，从而限制了桥台的变形; 预应力地锚加固机理就是通过钻孔及注浆体将钢绞线固定于深部地层中，在被加固的桥台前墙表面对钢绞线张拉力产生预应力，从而达到施加固体稳定或限制其变形的目的，另外通过在侧墙、前墙上浇筑混凝土框架构件，充分采用框架所提供给锚索的反力来加强侧墙、前墙的整体性，从而达到加固桥台目的。这种桥台加固技术，最大优势在于占用体外空间小，对地层没有过多要求，是同等条件下较优的桥台加固技术。

2．4 桥台加固技术

针对本桥台出现的病害情况，结合实践经验对其采取以下加固技术:

1)对两桥台的两侧墙采用预应力对锚进行加固在三明台两侧墙水平方向上各设2 根横梁，1 根顶梁，在大田台两侧墙水平方向上各设3 根横梁，1 根顶梁，横梁宽度为40 cm，厚度为30 cm，顶梁宽度为25 cm，厚度为20 cm。竖直方向上两桥台的两侧墙各设置2 根竖肋，竖肋的宽度为40 cm，厚度为30 cm。框架主筋为HRB335 钢筋，直径18，箍筋为R235 钢筋，直径10@25，框架梁均为C30 混凝土浇筑，框架节点钢筋应特殊处理。在两桥台的侧墙各设2 排共8 个预应力对锚锚索孔，锚孔间距为3．5 m，分布在框架各个节点上。锚索采用4 15．24 mm 标准强度为1 860 MPa 的高强度低松弛预应力钢绞线制作，单孔对锚设计拉力为500 kN。

2)对两桥台前墙用预应力地锚进行加固 。在两桥台前墙水平方向上各设2 根横梁，横梁宽度为40 cm，厚度为30 cm，设置4 根竖肋，竖肋的宽度为40 cm，厚度为30 cm，框架梁均为C30 混凝土浇筑，其钢筋材料与侧墙框架梁相同，框架节点钢筋应特殊处理。两桥台的前墙各设2 排共8 个预应力地锚锚索孔，锚孔间距3．5 m，分布在框架各个节点上。上排地锚索向下角度20°，下两排向下角度10°，单孔自由段均为3 m，地锚单孔设计拉力为500 kN，其锚索材料与对锚锚索相同。

3)挖除破损桥面铺装及桥台处行车道并重新浇筑。

圬工桥加固技术

3．1 加固施工流程

为了有效地确保锚索加固质量，必须先检验材源的选取，同时对张拉设备采取标定，然后按以下步骤施工: 锚索孔定位→搭脚手架→钻孔→清孔→编锚→下锚→注浆→浇筑框架混凝土→预应力张拉→自由段灌浆→封锚。

3．2 锚索孔定位

按照设计要求采用拉线尺量，结合水准测量进行放线，并用油漆标记准确定位锚索孔位置。

3．3 搭脚手架

用无缝钢管分层搭脚手架，作为施工操作平台。

3．4 钻孔

钻孔前要选用合适的钻机，本工程钻孔选择潜孔钻，其优点是钻进速度快，形成的孔壁比其他旋转钻形成的孔壁粗糙，有利于锚固。钻机在施工操作中要保证不移位，确保锚孔位置的精确度。钻孔过程中，在穿过桥台填料时，除采用套管跟进防止塌孔外，还要注意工作风压，调整钻进速度，防止钻孔偏斜、扭曲或变径。

3．5 清孔

钻孔结束后，采用高压空压机吹渣清孔，保证孔壁干净。

3．6 编锚、下锚

锚索编制前对钻孔实际长度进行测量，并按孔号截取锚索体材料，钢绞线必须采用机械切割，严禁电弧切割，同时也不得采用焊接，锚索体下料应整齐准确，误差不大于± 5 cm，预留张拉段钢绞线长度1．5 m。材料截取后，在编索平台上进行拉直编索，在自由段采取防腐处理，主要是在钢绞线上涂油，然后外套PVC 波纹管，同时在波纹管末端安装止浆环，并且采用胶布缠绕，以有效地避免浆液进入自由段，注浆管捆扎在锚索体的中间，随锚索一起下入孔内。锚索编制完成后，按对应的孔号下入锚索孔内，入孔时沿轴线方向每隔1 m ～2 m 设一个隔离架，隔离架采用50 无缝管自制，隔离架之间用紧箍环。下锚时应用力均匀，避免在推送过程中损伤锚索配件和保护层。

3．7 注浆

下锚后及时进行注浆，注浆采用UBJ-2 型高压注浆机，最大工作压力为1．4 MPa，正常工作压力为0．6 MPa。浆体为1∶1 水泥砂浆，水灰比0．38 ～0．45，水泥为42．5 MPa 普通硅酸盐水泥。锚孔注浆时，对锚孔采用“封一头反压法”，即将锚孔的一头封堵，封堵压力大于1．4 MPa，再将压浆管的出口置于封堵的一头，使浆液从封堵的一头反压向开口处; 地锚孔直接采用反压法，以保证水泥砂浆在孔内充分填补裂隙与钻孔。

3．8 浇筑框架混凝土

浇筑框架混凝土时，应从竖肋基础开始从下往上逐渐浇至下排横梁→竖肋→上排横梁→竖肋→顶梁。浇筑框架混凝土时，必须控制好混凝土振捣施工，特别是对于锚孔周围，其钢筋较密，因此必须留意该处的振捣问题，以确保混凝土密实为目标。

3．9 张拉施工

预应力张拉施工必须在混凝土强度满足设计要求后才能进行，本工程的锚索张拉主要采取穿心式千斤顶实施。鉴于张拉锚索对于本工程的加固是重点施工环节，为了有效地确保张拉施工质量，本工程实行张拉双控技术，即通过张拉力以及锚索伸长值来共同控制锚索张拉施工，采取张拉油表示数为主，伸长值辅助张拉。张拉锚索前，先清干净锚垫板表面，安装锚具确保其与千斤顶体积锚垫板居中，而且保证锚索轴线与千斤顶轴线一致。实行分级张拉，先预张拉0．2P 张拉力，每级张拉稳荷应大于5 min。

3．10 灌浆施工

锚索张拉后，采取对自由段灌浆，鉴于自由段钢绞线是确保防腐的重要措施之一，因此施工中必须确保灌浆饱满。

3．11 封锚

当锚索张拉力达到设计张拉力的值后，自由段灌浆结束，用 OVM15 型锚具锚固。切去多余钢绞线，封锚采用C40 混凝土，保证锚具净保护层大于6 cm，作为锚索、锚具的永久防锈层。

圬工桥控制技术

1)钻孔的孔位、孔深、倾斜度按照设计要求严格控制，且每钻进5 m，用测斜仪校正一次，保证孔位达到设计要求。对穿锚孔必须水平，点位的左右上下误差控制在2 cm 以内，地锚方向应与路线方向一致;

2)工具锚夹片与工作锚夹片不得混用，工具锚夹片使用一般不超过10 次，工作锚板、限位板和工具锚板之间的钢绞线一定保持顺直，不能相互扭结，以保证张拉顺利进行;

3)注浆过程要保证锚固的注浆长度符合设计要求。锚固段和张拉端交接处的止浆环必须能承受0．6 MPa 的注浆压力，止浆环处钢绞线与止浆环之间必须密封好;

4)封孔灌浆的沉缩部分复灌后不得有空缩现象;

5)锚索入孔时索体的弯曲半径必须大于5 m;

6)灌浆结束标准: 灌浆量大于理论吸浆量; 回浆比重不小于进浆比重，稳压15 min，孔内不再吸浆，即进排量一致;

7)认真做好施工记录，各道工序施工人员必须经过培训并考核合格后方可上岗操作，严禁违章操作;

8)严格执行“三检制”，必须做好各工序的施工记录，施工中上道工序不合格或未经过监理工程师验收，不得进入下道工序。

圬工桥5结语

该桥加固工程于2009 年7 月完工，加固工程完工后，在圬工桥台病害处设点进行监测，病害不再发展，使用，状况良好。实践证明，桥梁圬工病害采用预应力锚索进行加固，不仅可节约工程造价，延长构造物的使用期限，而且施工工艺简单、施工设备小型化，占用体外空间小，是一种较好的桥梁圬工病害治理方法。