專利名稱：一種結(jié)合梁-鋼拱組合體系拱橋施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及拱橋的設(shè)計(jì)施工領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)合梁-鋼拱組合體系拱橋施工 方法。
背景技術(shù)：
拱橋的傳統(tǒng)施工方法有支架施工法、纜索吊裝法、轉(zhuǎn)體施工法等。轉(zhuǎn)體施工法將拱圈或整個(gè)上部結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)半跨，分別在兩岸制造半拱，然后利 用動(dòng)力裝置將兩半拱體轉(zhuǎn)動(dòng)至橋軸線位置合龍成拱，該方法施工速度快、造價(jià)較低，但是對(duì) 于位于江中、距離兩岸較遠(yuǎn)的拱橋或者多跨連續(xù)拱橋并不適用。纜索吊裝施工通過設(shè)置塔架、錨碇、纜索等施工設(shè)施，利用纜索吊裝系統(tǒng)進(jìn)行無支 架施工。但對(duì)于位于江中、距離兩岸較遠(yuǎn)的拱橋，在江中進(jìn)行塔架和錨碇的設(shè)置代價(jià)非常 高，極不經(jīng)濟(jì)，且施工難度也很大。支架施工法對(duì)于結(jié)合梁-鋼拱組合體系而言，可先安裝結(jié)合梁鋼梁部分，再在鋼 梁上支架拼裝鋼拱，即先梁后拱的施工方法。無論采用何種方法施工鋼梁，鋼拱的施工均需 要在鋼梁上搭設(shè)支架，往往需要設(shè)置較多的臨時(shí)墩才能保證鋼梁的受力，而在江中設(shè)置臨 時(shí)墩和搭設(shè)支架的代價(jià)和難度均很高，且對(duì)于有通航要求的河流，臨時(shí)墩設(shè)置位置和數(shù)量 會(huì)受到通航限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)合梁-鋼拱組合體系拱橋施工方法，該施工方法具有 施工工期短、對(duì)通航影響少、施工臨時(shí)設(shè)備較少、加工質(zhì)量容易得到保證、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種結(jié)合梁-鋼拱組合體系拱橋施 工方法，其特征在于將鋼拱、鋼梁以及連接鋼拱、鋼梁的臨時(shí)撐桿在岸上先期組拼為拱梁組 合體系，在拱梁組合體系端部安裝頂推導(dǎo)梁，利用在各個(gè)橋墩墩頂上設(shè)置的頂推設(shè)備進(jìn)行 整體頂推，頂推到位后，拆除臨時(shí)撐桿和頂推導(dǎo)梁，分批張拉吊桿，進(jìn)行橋面板施工。鋼拱與 結(jié)合梁鋼梁節(jié)段的加工制造以及預(yù)制橋面板可與下部結(jié)構(gòu)施工同期展開。拱梁一體頂推施工中，由于臨時(shí)撐桿參與受力，頂推中的拱橋受力具有桁梁橋的 特點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算分析表明，在較少增加主體結(jié)構(gòu)用鋼量的前提下，可以滿足施工階段的受力要 求。采用頂推施工，相比先梁后拱的施工方法，臨時(shí)支墩大為減少，雖然頂推臨時(shí)桿件占用 一部分鋼料，但也省去了大量費(fèi)工費(fèi)料的臨時(shí)墩基礎(chǔ)工程量，總體經(jīng)濟(jì)性好。并且，由于是 岸上拼裝成型后再行頂推，結(jié)構(gòu)加工質(zhì)量也更容易得到保證。本發(fā)明提出一種與傳統(tǒng)方法 完全不同的拱橋施工方法，在適用性、經(jīng)濟(jì)性、加工質(zhì)量、施工工期等諸方面均有較高推廣 價(jià)值，對(duì)今后類似工程具有開拓意義，并可推廣至鋼梁-鋼拱組合體系拱橋的施工。


圖1為頂推施工原理圖
圖2為頂推施工過程全橋立面3為頂推施工過程全橋平面4為頂推橋墩布置立面5為成橋狀態(tài)全橋立面6為成橋狀態(tài)橫斷面圖(立面圖和平面圖中，左側(cè)為北，右側(cè)為南)
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明拱橋的傳統(tǒng)施工方法有支架施工法、纜索吊裝法、轉(zhuǎn)體施工法等。當(dāng)拱橋位于江 中，距離兩岸較遠(yuǎn)，或者為多跨連續(xù)拱橋時(shí)，傳統(tǒng)的施工方法有些可能不適用，有些雖可采 用，但經(jīng)濟(jì)性較差、施工工期長、施工難度大、施工質(zhì)量難以保證。針對(duì)傳統(tǒng)拱橋施工方法 的缺點(diǎn)，構(gòu)思結(jié)合梁-鋼拱組合體系拱橋整體頂推的施工方法，該施工方法在適用性、經(jīng)濟(jì) 性、加工質(zhì)量、施工工期等諸方面均有較高推廣價(jià)值，本施工方法的主要施工流程如下鋼拱1、鋼梁2以及連接鋼拱、鋼梁的臨時(shí)撐桿 3在岸上先期組拼為拱梁組合體系，在該拱梁組合體系端部安裝頂推導(dǎo)梁，利用在各個(gè)橋墩 4墩頂上設(shè)置的頂推設(shè)備5進(jìn)行整體頂推。頂推到位后，拆除臨時(shí)撐桿3和頂推導(dǎo)梁，分批 張拉吊桿，進(jìn)行橋面板施工。鋼拱與結(jié)合梁鋼梁節(jié)段的加工制造以及預(yù)制橋面板可與下部 結(jié)構(gòu)施工同期展開。頂推導(dǎo)梁包括前頂推導(dǎo)梁9和后頂推導(dǎo)梁10。下面以某橋?yàn)楣こ瘫尘皩?duì)本施工方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。該橋?yàn)榻Y(jié)合梁-鋼拱組合 體系拱橋，主梁連續(xù)，三跨拱肋支承于V墩上，跨徑組合為188m+22m+188m+22m+188m。鋼拱 系統(tǒng)由主拱、副拱、主副拱之間的橫向連桿以及拱頂橫撐等構(gòu)件組成。主拱跨徑188m，外傾 12°，立面矢高43. 784m0副拱軸線為空間曲線，立面矢高33m。主副拱之間的橫向連桿采用 圓鋼管，間距8. 5m。拱橋主梁為結(jié)合梁，由鋼梁和混凝土橋面板組成，鋼梁材質(zhì)為Q345qD和 Q345C，為主縱梁、中橫梁、端橫梁、小縱梁組成的雙主梁梁格體系，兩側(cè)主縱梁間距27. 6m, 中橫梁間距4. 25m,混凝土橋面板厚^cm。主縱梁內(nèi)部設(shè)系桿索。拱橋吊桿間距8. 5m,吊桿 上端錨固于主拱，下端錨固于主縱梁。頂推施工時(shí)，橋面板尚未鋪設(shè)，主縱梁內(nèi)部的系桿索以及拱、梁之間的吊桿均未安 裝，鋼拱(包括主拱7、副拱8，主拱7和副拱8之間連接有橫向連桿以及拱頂橫撐)和鋼梁 (包括主縱梁11、中橫梁12、端橫梁13、小縱梁14)形成了一個(gè)拱梁組合體系。根據(jù)本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施例，在主拱7與主縱梁11之間設(shè)置連接主拱、主縱梁的臨時(shí)撐桿3，臨時(shí)撐桿3 的設(shè)置使得拱橋在頂推過程中具有了桁架橋的特點(diǎn)，改善了頂推過程中的受力性能；鋼梁 兩側(cè)為兩片主縱梁11，兩片主縱梁11之間設(shè)有兩片小縱梁14，鋼拱1和鋼梁2連接處設(shè)置 端橫梁13，端橫梁13與主縱梁11和小縱梁14焊接，兩側(cè)的主縱梁之間還焊接有多個(gè)中橫 梁12，為了加強(qiáng)頂推過程中鋼梁的穩(wěn)定性，在每個(gè)拱跨大約1/3跨徑處，在兩片主縱梁之間 設(shè)置了頂推臨時(shí)平聯(lián)桿件15，在該實(shí)施例中，頂推臨時(shí)平聯(lián)桿件包括設(shè)置在三個(gè)相鄰中橫 梁之間的三組桿件，其中每組桿件包括交叉設(shè)置的兩根桿件，桿件的兩端分別與主縱梁或 小縱梁和兩邊的中橫梁的連接點(diǎn)焊接，兩根桿件的交叉點(diǎn)與當(dāng)中的中橫梁焊接，這樣，頂推 臨時(shí)平聯(lián)桿件將三片中橫梁連為一體，增加了該處中橫梁的側(cè)向剛度，從而加強(qiáng)了頂推過程中鋼梁的整體穩(wěn)定性；為了減小頂推跨徑，除了在三個(gè)188米的橋跨中心處各設(shè)置一個(gè) 臨時(shí)墩之外，還在拱橋兩端分別設(shè)置了長度為45m的頂推導(dǎo)梁。各永久墩和臨時(shí)墩頂均設(shè) 置頂推設(shè)備，采用多點(diǎn)頂推進(jìn)行施工。(1)主橋鋼拱系統(tǒng)材料為Q345qD和Q370qD。主拱采用矩形截面，寬2. 2m，高3. 2m。 副拱采用方形截面，邊長1.5m。主副拱之間的連桿采用圓鋼管，直徑600 1000m。兩側(cè)副拱之間在跨中位置設(shè)3 道橫撐，橫撐為矩形840x900mm截面。(2)拱橋主梁為等截面鋼-混凝土結(jié)合梁結(jié)構(gòu)。全高4. 5m，全寬37. 7m。結(jié)合梁鋼 梁材質(zhì)為Q345qD和Q345C，為主縱梁、中橫梁、端橫梁、小縱梁組成的雙主梁梁格體系。(3)頂推臨時(shí)桿件拱橋頂推過程中，前、后端均設(shè)頂推導(dǎo)梁，材質(zhì)為Q345qD。導(dǎo)梁與主縱梁在橫橋向 對(duì)應(yīng)布置，長度為45m。導(dǎo)梁的剛度、高度等均與主縱梁相協(xié)調(diào)，截面特性適應(yīng)頂推過程的受 力需要。導(dǎo)梁與主體結(jié)構(gòu)采用焊接連接，頂推結(jié)束后予以割除。頂推過程中，主拱、主縱梁之間設(shè)置多個(gè)臨時(shí)撐桿，材質(zhì)為Q235C。臨時(shí)撐桿對(duì)頂推 過程的安全起著至關(guān)重要的作用，在頂推過程中受到了較大的軸向拉、壓力，其截面特性適 應(yīng)頂推過程強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的需要。臨時(shí)撐桿與主拱、主縱梁采用吊耳進(jìn)行連接，頂推 結(jié)束后，逐步拆除臨時(shí)撐桿，主縱梁、主拱上的臨時(shí)吊耳板也予以割除。為了加強(qiáng)頂推過程中鋼梁的穩(wěn)定性，每隔一定距離(約為拱跨的三分之一跨徑 處)在兩片主縱梁之間設(shè)置了頂推臨時(shí)平聯(lián)桿件，材質(zhì)為Q235C。頂推結(jié)束后予以拆除。(4)頂推設(shè)備本橋采用多點(diǎn)自平衡頂推工藝，自平衡頂推機(jī)具位于各永久墩(包括永久墩上安 裝的支架)、臨時(shí)墩頂部，具備水平及豎向兩套千斤頂系統(tǒng)，分別完成前進(jìn)及升降工作，對(duì)外 施加很小的水平力。頂推設(shè)備具備豎向調(diào)節(jié)、橫向糾偏功能，并確保頂推過程中各永久墩 (臨時(shí)墩、臨時(shí)支架)處頂推裝置同步工作。在豎向千斤頂與主縱梁之間設(shè)置鋼墊梁對(duì)千斤 頂集中力進(jìn)行消散。鋼墊梁具備足夠的剛度，以保證其與主縱梁接觸面間的相互作用豎向 力能在縱向均勻擴(kuò)散，擴(kuò)散范圍不小于2500mm，且保證豎向力直接傳遞到主縱梁的腹板中， 不使主縱梁底板承受豎向力。自平衡頂推機(jī)具與臨時(shí)墊梁組成一套頂推設(shè)備，臨時(shí)墊梁在自平衡頂推機(jī)具回位 時(shí)支撐鋼梁。臨時(shí)墊梁具備足夠的剛度及縱向尺寸，以保證其與主縱梁接觸面間的相互作 用豎向力能在縱向均勻擴(kuò)散，擴(kuò)散范圍不小于2500mm，且保證豎向力直接傳遞到主縱梁的 腹板中。頂推裝置為現(xiàn)有技術(shù)，只要能夠?qū)崿F(xiàn)頂推功能即可，不屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范 圍，因此在此不再贅述。(5)頂推橋墩布置本橋整體頂推利用了主橋永久墩PN2、PN1、PS1、PS2和北側(cè)引橋永久墩PN3 PN5， 引橋永久墩PN6上未設(shè)置頂推設(shè)備。引橋永久墩之間以及引橋永久墩與主橋永久墩之間的 最大間距為85米，主橋永久墩為V形墩，其V形支墩頂部的最大間距為188米，為了減小頂 推跨徑，在每個(gè)主橋永久墩中間設(shè)置一個(gè)水中臨時(shí)墩(分別為PLN1、PLO、PLS1)，可將頂推 最大跨徑減小為94米。引橋永久墩PN6以北設(shè)置有三個(gè)岸上臨時(shí)墩PD1、PD2和PD3。PD1、PD2、PD3墩之間的間距以及PD3與引橋永久墩PN5之間的最大間距為71. 135米。拱梁組合體系的拼裝在岸上臨時(shí)墩上搭設(shè)的頂推平臺(tái)上完成。組拼成拱梁組合體 系之后進(jìn)行整體頂推，途徑各永久墩和臨時(shí)墩，最終到達(dá)主橋橋位，完成頂推施工。本橋較為詳細(xì)的施工步驟如下(箭頭方向?yàn)轫斖魄斑M(jìn)方向)步驟一(1)搭設(shè)棧橋及基礎(chǔ)施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)，留出臨時(shí)通航孔。(2)主橋及引橋基礎(chǔ)、墩身施工，頂推用水中臨時(shí)墩及北岸臨時(shí)墩施工，永久墩上 頂推用臨時(shí)支架施工。(3)混凝土橋面板預(yù)制，鋼梁、鋼拱板單元工廠加工，現(xiàn)場(chǎng)組拼。(4)對(duì)北岸地基進(jìn)行硬化處理。(5)搭設(shè)拱梁拼裝、頂推平臺(tái)，提升站，采用多點(diǎn)頂推。步驟二(1)在頂推用永久墩、臨時(shí)墩和臨時(shí)支架頂部安裝頂推裝置。(2)在頂推平臺(tái)上拼裝第一拱梁組合體系的鋼梁。(3)搭設(shè)鋼拱拼裝支架。(4)在支架上拼裝鋼拱，并安裝拱、梁間臨時(shí)撐桿，頂推臨時(shí)平聯(lián)桿件，形成第一拱 梁組合體系。(5)在第一拱梁組合體系前端安裝頂推用前導(dǎo)梁。(6)利用頂推裝置對(duì)第一拱梁組合體系進(jìn)行持續(xù)頂推施工。步驟三(1)待第一拱梁組合體系頂推至特定位置時(shí)，在拼裝平臺(tái)上組拼第二拱梁組合體 系(第二拱梁組合體系的拼裝同第一拱梁組合體系)。(2)將第二拱梁組合體系和第一拱梁組合體系通過焊接連為一個(gè)拱梁組合體系整 體。(3)對(duì)拱梁組合體系整體繼續(xù)進(jìn)行頂推。步驟四(1)待拱梁組合體系整體頂推至特定位置時(shí)，在拼裝平臺(tái)上組拼第三拱梁組合體系。(2)將第三拱梁組合體系與前面的拱梁組合體系通過焊接連為一個(gè)拱梁組合體系 整體。(3)對(duì)拱梁組合體系整體繼續(xù)進(jìn)行頂推。步驟五(1)待拱梁組合體系整體頂推至特定位置時(shí)，在拱梁組合體系后端安裝頂推用后 導(dǎo)梁。(2)繼續(xù)頂推主橋拱梁組合體系前進(jìn)。(3)頂推就位后拆除前、后頂推導(dǎo)梁。步驟六(1)拆除部分臨時(shí)撐桿。(2)安裝并張拉部分吊桿(吊桿位于鋼拱和鋼梁之間)。
(3)拆除剩余的臨時(shí)撐桿。
(4)安裝并張拉剩余的吊桿。
(5)拆除臨時(shí)平聯(lián)桿件。
(6)逐步拆除臨時(shí)墩和拼裝平臺(tái)。
(7)調(diào)整吊桿索力。
步驟七
(1)在鋼梁上安裝全部預(yù)制橋面板。
(2)按照從跨中到拱腳的順序逐段澆筑橋面板濕接縫。
(3)完成拱腳處的橋面板濕接縫澆筑之后，安裝并張拉水平系桿。
步驟八
(1)附屬結(jié)構(gòu)施工。
(2)全橋竣工。
按照上述頂推施工步驟，經(jīng)分析計(jì)算表明，在頂推過程全過程，各主要構(gòu)件的受力
均滿足規(guī)范對(duì)于施工階段的要求，施工方法安全可靠。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合梁一鋼拱組合體系拱橋施工方法，其特征在于將鋼拱、鋼梁以及連接鋼拱、 鋼梁的臨時(shí)撐桿在岸上先期組拼為拱梁組合體系，在拱梁組合體系端部安裝頂推導(dǎo)梁，利 用在各個(gè)橋墩墩頂上設(shè)置的頂推設(shè)備進(jìn)行整體頂推，頂推到位后，拆除臨時(shí)撐桿和頂推導(dǎo) 梁，分批張拉吊桿，進(jìn)行橋面板施工。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)合梁一鋼拱組合體系拱橋施工方法，其特征在于鋼拱包括 主拱、副拱，和主拱、副拱之間的橫向連桿，鋼梁為主縱梁、中橫梁、端橫梁、小縱梁組成的雙 主梁梁格體系，在主拱與主縱梁之間設(shè)置連接主拱、主縱梁的臨時(shí)撐桿，在兩片主縱梁之間 設(shè)置頂推臨時(shí)平聯(lián)桿件。
3.如權(quán)利要求1結(jié)合梁一鋼拱組合體系拱橋施工方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一(1)搭設(shè)棧橋及基礎(chǔ)施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)，留出臨時(shí)通航孔；(2)主橋及引橋基礎(chǔ)、墩身施工，頂推用水中臨時(shí)墩及北岸臨時(shí)墩施工，永久墩上頂推 用臨時(shí)支架施工；(3)混凝土橋面板預(yù)制，鋼梁、鋼拱板單元工廠加工，現(xiàn)場(chǎng)組拼；(4)對(duì)北岸地基進(jìn)行硬化處理；(5)搭設(shè)拱梁拼裝、頂推平臺(tái)，提升站，采用多點(diǎn)頂推； 步驟二 (1)在頂推用永久墩、臨時(shí)墩和臨時(shí)支架頂部安裝頂推裝置；(2)在頂推平臺(tái)上拼裝第一拱梁組合體系的鋼梁；(3)搭設(shè)鋼拱拼裝支架；(4)在支架上拼裝鋼拱，并安裝拱、梁間臨時(shí)撐桿，頂推臨時(shí)平聯(lián)桿件，形成第一拱梁組 合體系；(5)安裝頂推用前導(dǎo)梁；(6)對(duì)第一拱梁組合體系進(jìn)行持續(xù)頂推施工；步驟三(1)待第一拱梁組合體系頂推至特定位置時(shí)，在拼裝平臺(tái)上組拼第二拱梁組合體系；(2)將第二拱梁組合體系和第一拱梁組合體系通過焊接連為一個(gè)拱梁組合體系整體；(3)對(duì)拱梁組合體系整體繼續(xù)進(jìn)行頂推； 步驟四(1)待拱梁組合體系整體頂推至特定位置時(shí)，在拼裝平臺(tái)上組拼第三拱梁組合體系；(2)將第三拱梁組合體系與前面的拱梁組合體系通過焊接連為一個(gè)拱梁組合體系整體；(3)對(duì)拱梁組合體系整體繼續(xù)進(jìn)行頂推； 步驟五(1)待拱梁組合體系整體頂推至特定位置時(shí)，安裝頂推用后導(dǎo)梁；(2)繼續(xù)頂推主橋拱梁組合體系前進(jìn)；(3)頂推就位后拆除前、后頂推導(dǎo)梁； 步驟六(1)拆除部分臨時(shí)撐桿；(2)安裝并張拉部分吊桿；(3)拆除剩余的臨時(shí)撐桿；(4)安裝并張拉剩余的吊桿；(5)拆除臨時(shí)平聯(lián)桿件；(6)逐步拆除臨時(shí)墩和拼裝平臺(tái)；(7)調(diào)整吊桿索力； 步驟七(1)在鋼梁上安裝全部預(yù)制橋面板；(2)按照從跨中到拱腳的順序逐段澆筑橋面板濕接縫；(3)完成拱腳處的橋面板濕接縫澆筑之后，安裝并張拉水平系桿； 步驟八(1)附屬結(jié)構(gòu)施工；(2)全橋竣工。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種結(jié)合梁-鋼拱組合體系拱橋施工方法，其特征在于將鋼拱、鋼梁以及連接鋼拱、鋼梁的臨時(shí)撐桿在岸上先期組拼為拱梁組合體系，在拱梁組合體系端部安裝頂推導(dǎo)梁，利用在各個(gè)橋墩墩頂上設(shè)置的頂推設(shè)備進(jìn)行整體頂推，頂推到位后，拆除臨時(shí)桿件和頂推導(dǎo)梁，分批張拉吊桿，進(jìn)行橋面板施工。本發(fā)明提出一種與傳統(tǒng)方法完全不同的拱橋施工方法，在適用性、經(jīng)濟(jì)性、加工質(zhì)量、施工工期等諸方面均有較高推廣價(jià)值，對(duì)今后類似工程具有開拓意義，并可推廣至鋼梁-鋼拱組合體系拱橋的施工。
文檔編號(hào)E01D21/00GK102108676SQ20091024748
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者盧永成, 孔德軍, 邵長宇, 鄒小潔 申請(qǐng)人:上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院