中国交通建设股份有限公司科技研发项目立项申请书项目名称：高山峡谷地形条件下大跨度钢管混凝土拱桥施工质量控制技术申报单位：中交第四公路工程局有限公司项目负责人：林新元项目经费：310万完成时间：2015年1月～2017年5月中国交通建设股份有限公司制订一、立项背景1991年5月我国第一座钢管混凝土拱桥—四川旺苍东河大桥建成通车，它为净跨115m的下承式拱桥，该桥的建成具有深远意义，它揭开了我国大规模修建钢管混凝土拱桥的序幕。自此以后，钢管混凝土拱桥在我国公路和城市桥梁中发展迅猛，据不完全统计，至今我国已建成钢管混凝土拱桥230座以上，其中跨度超过200m的就有30余座，跨径大于300m的近10座。从设计水平看，我国已建和在建的钢管混凝土拱桥结构形式丰富多样，已建成的钢管混凝土拱桥无论是跨径还是数量都已是名副其实的世界第一，国内对此类桥梁的设计理论与施工技术研究有许多成功的经验，也已取得了一定的成果。虽然我国在钢管混凝土拱桥建设方面取得了举世瞩目的成就，但总的来说，钢管混凝土拱桥的设计理论与技术发展速度相对滞后于钢管混凝土拱桥的建设速度。故在实际工程中，无论是设计还是施工还依然存在不少问题。设计方面，在进行此类桥梁的设计与计算时，一般都是直接套用钢筋混凝土的设计理论，沿用钢筋混凝土拱桥的设计规范、同时参考其他行业的有关钢管混凝土的设计规程，因此在计算、设计中缺乏科学的理论体系、有一定的盲目性，导致设计计算结果有些偏于不安全、有些则偏于不经济。事实上，钢管混凝土是一种新的复合材料，从内力分析至截面设计，都表现出与钢筋混凝土不同的性能。这些设计理论上的先天不足，直接影响了钢管混凝土拱桥建成后的质量。施工方面，由于没有专门的钢管混凝土拱桥施工规范，许多控制精度目标是参考其他类型桥梁得出的，存在不合理的内容：有些标准限制太严格，有些又太松，和钢管混凝土拱桥的自身特点不相符。此外，国内钢管混凝土拱桥的施工和技术管理水平普遍较低，施工工艺有待进一步改善，施工质量也有待进一步提高。这些施工方面的问题，对钢管混凝土拱桥建成后的正常使用也会有一定程度的影响。总结近年来发生的病害可以看出，钢管混凝土拱桥主要病理特征表现为：拱座裂缝、脱空、混凝土早龄期徐变等。1）拱座裂缝钢管混凝土拱桥工程实践发展较快，且工程实例较多，但目前桥涵设计规范有关大跨径拱桥拱座的设计计算方法不是很完善，特别是大跨度钢管混凝土拱桥还有很多问题值得研究探讨。因为许多工程结构的破坏常常是从局部开始的，在对已建成的众多拱桥调查中发现，已有一些钢管混凝土拱桥的拱脚及拱座处出现了裂缝等病害，所以拱座受力一直受到工程界的关注和重视。施工养护措施不合理、外界温度变化太大、下部结构不均匀沉降等均为拱桥拱座开裂的主要原因。对于大部分钢管混凝土拱桥，拱座一旦出现较大裂缝，拱肋的形态将会发生较大变化，造成拱肋的几何初始缺陷增大，这将对结构的极限承载力造成很大的影响。钢管混凝土拱桥的拱座处配筋复杂，且锚固了端横梁和系梁的预应力筋，拱座开裂后若未及时修复，受外界因素的长时间作用，容易引起拱座内部钢筋的锈蚀以及系梁预应力的损失，对桥梁的安全性和耐久性造成不利的影响。图1福建省某钢管拱桥拱座裂缝2）脱空在钢管混凝土拱桥中，钢管混凝土拱肋起着至关重要的作用，其质量关系到整座桥梁的承载力及稳定。钢管混凝土的优越性要靠钢管和管内混凝土牢固结合形成整体共同受力才能体现，这就需要保证管内的混凝土与钢管内壁之间能紧密接触。然而，由于钢管混凝土是两种性能截然不同的材料结合在一起，其亲和力有限，而且混凝土的施工工艺也无法保证使钢管内部完全均匀充实而无缺陷。尤其是在钢管混凝土拱肋的顶部，钢管管壁最容易与混凝土脱离，这是这种构件固有的缺陷、很难避免。管内混凝土的可能缺陷包括：空腔、收缩缝隙、混凝土与管壁粘结不良、孔洞、混凝土离析分层不均匀、施工缝、混凝土疏松不密实等。在目前对已建钢管混凝土拱桥的检测中均发现了脱空现象，可以说钢管混凝土拱桥的管内混凝土脱空病害已经是一个普遍现象。涂光亚[1]认为脱黏会对拱桥的受力...
