论文标题：Recent Construction Technology Innovations and Practices for Large-Span Arch Bridges in China

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.05.019

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近年来，中国在大跨度拱桥建造领域取得了显著的成果。郑皆连教授主持建造两座世界最大跨径拱桥，分别为跨径560米的钢管混凝土拱桥——广西平南三桥和跨径600米的混凝土拱桥——广西天峨龙滩特大桥。这两座桥梁的建成不仅展示了中国在拱桥建造技术上的先进水平，还为未来更大跨度拱桥的建设提供了宝贵的经验。郑皆连教授在中国工程院院刊《Engineering》上发表的题为“中国大跨度拱桥建造技术创新与实践”的文章，详细介绍了这两座桥梁的建造技术创新和实践经验。

平南三桥位于广西壮族自治区荔浦至玉林高速公路匝道跨越浔江，主桥采用中承式钢管混凝土拱桥方案，计算跨径为560米，居当时世界各类拱桥跨径之首。该桥的拱桁总重8440吨，分44个悬拼节段进行施工。为克服悬拼节段制造过程中的累计误差，保证节段间连接精度，平南三桥采用了“3+1卧式耦合制造”工艺，通过缆索吊运和斜拉扣挂悬拼施工完成拱桁的安装。此外，平南三桥在管内混凝土灌注方面也取得了创新性进展。郑皆连教授发明了真空辅助压力泵送管内混凝土工艺，通过在钢管拱肋顶部安装抽真空设备，抽取拱肋内的空气，使其处于准真空状态，从而大幅提升了管内混凝土灌注的密实度和速度。这一工艺的成功应用，有效解决了管内混凝土脱黏、脱空的问题，保证了钢管混凝土拱肋钢–混凝土组合结构的正常工作。

图1 平南三桥实景图。

天峨龙滩特大桥是一座跨径600米的劲性骨架混凝土拱桥，位于广西壮族自治区天峨县境内。该桥主拱肋采用钢管混凝土劲性骨架施工，分环、多工作面、多段浇筑外包混凝土。天峨龙滩特大桥在施工过程中采用了多项创新技术。例如，在浇筑外包混凝土阶段，为防止因环间混凝土龄期差异导致的裂缝问题，工程团队采用了含缓凝成分的膨胀剂，使得腹板混凝土在硬化过程中体积膨胀，从而避免了拉应力的产生。此外，天峨龙滩特大桥还通过优化拱圈截面构型，将单箱三室改为双箱肋结构，取消中室顶、底板，从而减少了外包混凝土的用量，降低了拱圈重量。这一措施不仅有效降低了主拱应力，还减少了混凝土徐变，提高了拱的安全储备。

图2 天峨龙滩特大桥近照（拍摄于2024年2月）。

在地基处理方面，平南三桥采用了“地下连续墙+注浆加固的卵石层”新型复合基础结构。该桥位于平原地区，北岸地基为黏土层及卵石层，按一般原则不适合建推力拱桥。为此，工程团队通过上部结构优化和基础形式创新，提出了非岩地基大跨推力拱桥基础综合设计技术。通过优化上部结构，有效降低了恒载对拱座基础产生的竖向力、水平推力和弯矩；同时，将基础中心沿拱轴线后移，增大了恒载竖向力产生的力矩，使之与水平推力产生的力矩基本平衡，基础受力均匀，边缘应力降低。此外，通过在卵石层内诱导灌注水泥浆加固，提高了地基承载力，满足了设计要求。这一创新设计使得在非岩地区也能建造大跨度推力拱桥，大大扩展了拱桥的适用范围。

图3 “地下连续墙+注浆加固的卵石层”推力拱桥新型复合基础结构。（a）构造示意；（b）施工实景。

在施工装备方面，平南三桥和天峨龙滩特大桥的建设也取得了显著进展。平南三桥在拱桁安装过程中采用了力主动控制塔顶位移技术。该技术通过千斤顶对控制缆索主动施力，直接平衡塔顶水平力，从而控制塔顶位移。与传统的刚度被动控制方法相比，力主动控制方法不仅降低了塔架的费用，还提高了塔顶水平位移的控制精度。此外，天峨龙滩特大桥在扣索张拉施工方面也进行了优化。工程团队使用了一种基于影响矩阵原理和“过程最优”控制原则的拱肋线形控制方法，实现了各节段扣索的一次张拉、不调索，降低了扣索用量，提高了施工效率。

图4 力主动控制吊扣塔位移技术。（a）控制原理；（b）工作程序。

文章指出，30多年来中国工程师对建造钢管混凝土拱桥和劲性骨架混凝土拱桥的科学技术问题进行持久、深入研究和大规模实践，成功解决了关键技术问题和质量瓶颈，降低了风险，提高了经济竞争力，拥有构造、工法、材料、装备的主要发明专利。中国建造的这两类拱桥的数量、跨径远远超过国外，不但为国家节省了大量建桥资金，而且获得国外同行的盛赞。

文章认为，对于钢管混凝土拱桥，下一步要研究悬拼节段间栓接不影响焊接的外法兰栓焊连接。该新型连接比内法兰连接可减少2/3的高空焊接作业，还能减少泵送灌注管内混凝土受到的阻碍，此连接结构已被郑皆连教授团队发明并成功应用在天峨龙滩特大桥的钢管拱桁骨架中，但尚未应用在钢管混凝土拱桥中。此外，目前已实现管内混凝土膨胀率可设计，但混凝土膨胀引起的混凝土对钢管的预膨胀力太大，对直缝焊管焊缝不利，太小则升温时钢管与混凝土可能脱黏，因此要研究合理的预膨胀力范围。

文章建议，对于混凝土拱桥，则要继续研究如何减少劲性骨架外包混凝土数量，提高模板、钢筋安装、混凝土浇筑等关键工序的机械化水平，减少用工量。总之，要在工程中寻找课题，不断研究解决办法，才能推动拱桥建造技术更快发展。

论文信息：

Jielian Zheng. Recent Construction Technology Innovations and Practices for Large-Span Arch Bridges in China. Engineering, 2024, 41(10): 116-134 DOI:10.1016/j.eng.2024.05.019

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