CN101864737A - 大跨度钢拱桥拱肋二次竖转施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大跨度钢拱桥拱肋二次竖转施工方法，将拱肋分成上下两段，在拱肋支架上完成拼装，并且拱肋上、下段之间通过中间铰铰接，拱肋下段底端与底铰铰接，利用锚碇系统设置牵引索和上、下扣索，分两次将拱肋竖转就位，最后安装合龙段。本发明充分利用“V”型山谷两岸地势，减少了支架工程量，将高空作业转换为在离地面较低的支架上进行拱肋拼装、焊接，有效降低了施工风险，并大大提高了施工质量。

Description

大跨度钢拱桥拱肋二次竖转施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工方法，具体涉及大跨度钢拱桥拱肋二次竖转施工方法，用于在环境恶劣的“V”型山谷进行钢拱桥的架设施工。

背景技术

随着我国铁路、高速公路建设电目的日益增多，在自然条件较差的深山峡谷修建桥梁的工程也越来越多，尤其是大跨度钢拱桥，因为该结构特别适宜于谷深流急、施工环境恶劣的高原峡谷地区。

现有的大跨度钢拱桥，一般采用悬臂扣挂法或转体法进行施工。悬臂扣挂法一般采用缆索吊机吊装拱肋，进行悬臂拼装，安装好的拱肋通过扣索锚固在扣塔上；转体法一般采取在岸上或已成桥面搭设拱肋支架，在支架上将半拱拼装成型，并整体平转或竖转就位。悬臂扣挂法为成熟的施工方法，但在施工过程中，由于拱肋为柔性拉索支撑的大悬臂结构，刚度较小，变形不易控制，节段连接为高空作业，因此，安装就位比较困难，且拱肋的焊接部分为高空仰焊，焊接质量难以保证。转体法有平转或竖转法两种，拼装拱肋在支架上完成，这种方法虽然解决了拱肋拼装线形不易控制及焊接质量难以保证的问题，但要求桥址处有较大的拼装场地，当施工条件不具备时，该方案难以实施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决现有大跨度钢拱桥拱肋施工方法存在安装就位比较困难、焊接质量难以保证或者施工方案难以实施的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种大跨度钢拱桥拱肋二次竖转施工方法，包括以下步骤：

A10、在山谷左、右两岸的坡面上分别搭设底铰和用于支撑拱肋上、下段的若干拱肋上、下段支架及拉压杆；

A20、在拱肋上、下段支架上分别拼装完成左、右两岸的拱肋上、下段，拱肋下段的底端分别与底铰铰接，拱肋下段上部与拉压杆连接，拱肋上、下段之间分别通过中间铰铰接；

A30、在拱肋上方左、右两岸的坡面上根据地形和地质条件设置相应的左岸锚碇系统和右岸锚碇系统；

A40、安装左岸拱肋牵引索，该牵引索一端与左岸拱肋上段的上部固定，另一端与右岸锚碇系统固定；安装左岸上、下扣索，左岸上、下扣索的一端与左岸拱肋上段固定，另一端与左岸锚碇系统固定；

A50、完成左岸拱肋的第一次竖转，即向右岸方向牵引左岸拱肋牵引索，使左岸拱肋上段绕中间铰向右岸转动，当左岸拱肋上段与拱肋下段的线形达到设计线形时，通过上下弦杆将左岸拱肋上、下段连接，使中间铰固结，完成左岸拱肋上段与下段之间的刚性连接；

A60、完成左岸拱肋的第二次竖转，即解除左岸拱肋与拉压杆的连接，继续牵引左岸拱肋牵引索使左岸拱肋整体绕底铰向右岸转动，待牵引索与上、下扣索的索力达到设计值时，停止牵引左岸拱肋牵引索，左岸拱肋在其自重和左岸上、下扣索的作用下绕底铰缓慢向下转体就位；

A70、安装右岸拱肋牵引索，该牵引索一端与右岸拱肋上段的上部固定，另一端与左岸锚碇系统固定；安装右岸上、下扣索，右岸上、下扣索的一端与右岸拱肋上段固定，另一端与右岸锚碇系统固定；

A80、完成右岸拱肋的第一次竖转，即向左岸方向牵引右岸拱肋牵引索，使右岸拱肋上段绕中间铰向右岸转动，当右岸拱肋上段与拱肋下段的线形达到设计线形时，通过上下弦杆将右岸拱肋上、下段连接，使中间铰固结，完成右岸拱肋上段与下段之间的刚性连接；

A90、完成右岸拱肋的第二次竖转，即解除右岸拱肋与拉压杆的连接，继续牵引右岸拱肋牵引索使右岸拱肋整体绕底铰向左岸转动，待牵引索与上、下扣索的索力达到设计值时，停止牵引右岸拱肋牵引索，右岸拱肋在其自重和右岸上、下扣索的作用下绕底铰缓慢向下转体就位；

A100、采用缆索吊机安装合拢段拱肋，拆除扣拉索系统，拱肋施工完成。

上述方法中，所述拱肋上、下段支架及拉压杆根据山势搭设，使拼装完成后的拱肋下段与山体基本平行，拱肋下段在拱肋下段的基础上再后仰一定角度。

上述方法中，右岸锚碇采用的是岩锚，通过预应力锚索锚于右岸山体完整岩石内，所述右岸锚碇包括钢筋混凝土锚碇、锚座、钢锚箱、斜向锚索和竖向锚索，锚座固定在锚碇的工作面上，钢锚箱的端部与锚座铰接且箱内设有张拉千斤顶，斜向锚索与锚碇的工作面垂直设置且穿过锚座和锚碇锚固在山体上，该斜向拉索与水平面的夹角为12～18度，竖向锚索垂直穿过锚碇的顶面锚固在山体上。

本发明，将拱肋分成上下两段，在拱肋支架上完成拼装，并且拱肋上、下段之间通过中间铰铰接，拱肋下段底端与底铰铰接，利用锚碇系统设置牵引索和上、下扣索，分两次将拱肋竖转就位，最后安装合龙段。本发明充分利用“V”型山谷两岸地势，减少了支架工程量，将高空作业转换为在离地面较低的支架上进行拱肋拼装、焊接，有效降低了施工风险，并大大提高了施工质量。

附图说明

图1为左岸拱肋拼装成型图；

图2为右岸拱肋拼装成型图；

图3为中间铰结构图；

图4为底铰结构图；

图5为拉压杆立面图；

图6为拉压杆平面图；

图7为拱肋下段支架立面图；

图8为拱肋下段支架平面图；

图9为拱肋上段支架立面图；

图10为拱肋上段支架断面图；

图11为M4岩锚布置图；

图12为拱肋在支架上准备扳起示意图

图13为左岸拱肋上段扳起示意图；

图14为左岸拱肋二次竖转下放就位示意图；

图15为右岸拱肋上段扳起示意图；

图16为右岸拱肋二次竖转下放就位示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作出进一步的详细说明。

该实施例全长528.1m，主跨342m，为上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥，全桥共2条拱肋，每条拱肋为单个混凝土箱梁，内包钢管混凝土劲性骨架，两条拱肋均内倾6.8°，为提篮拱结构。为充分利用两岸“V”型山谷搭设施工支架，将拱肋分成上下两段，通过中间铰连接。下段拱肋沿设计拱轴线后仰65°，基本与山体平行，上段拱肋在其基础上左岸再后仰65°，右岸后仰55°。

图1、图2分别为左、右岸拱肋拼装成型图，如图1、图2所示，左岸拱肋由左岸拱肋上段20a和左岸拱肋下段21a组成，二者通过左岸中间铰1a铰接，左岸的坡面上分别搭设有左岸底铰3a以及用于支撑左岸拱肋上、下段20a、21a的若干左岸拱肋上、下段支架4a、5a，左岸拱肋下段21a的底端与左岸底铰3a铰接，左岸拱肋下段21a的上部与拉压杆2a连接。右岸拱肋由右岸拱肋上段20b和右岸拱肋下段21b组成，二者通过右岸中间铰1b铰接，右岸的坡面上分别搭设有右岸底铰3b以及用于支撑右岸拱肋上、下段20b、21b的若干右岸拱肋上、下段支架4b、5b；其中，右岸拱肋下段21b的底端与右岸底铰3b铰接，右岸拱肋下段21b的上部与右岸拉压杆2b连接。

图12～图16为拱肋二次竖转施工过程示意图，该施工方法包括以下步骤：

A10、参见图12，首先在V型山谷左、右两岸的坡面上分别搭设左、右岸底铰3a、3b，然后在左岸坡面上搭设用于支撑左岸拱肋上、下段20a、21a的若干左岸拱肋上、下段支架4a、5a及拉压杆2a，在右岸坡面上搭设用于支撑右岸拱肋上、下段20b、21b的右岸拱肋上、下段支架4b、5b及拉压杆2b。根据山势的不同，左岸和右岸拱肋上、下段支架4a、5a、4b、5b可采用不同的结构形式，以保证能够可靠支撑住左岸和右岸拱肋上、下段20a、21a、20b、21b。

A20、利用缆索吊机吊装左岸和右岸拱肋上、下段20a、21a、20b、21b的杆件单元，并在左岸和右岸拱肋上、下段支架4a、5a、4b、5b上分别拼装完成，左岸和右岸拱肋下段21a、21b的底端分别与左、右岸底铰3a、3b铰接，岸和右岸拱肋下段21a、21b的上部分别与左、右岸拉压杆2a、2b连接，左岸和右岸拱肋上、下段20a、21a、20b、21b之间分别通过左、右岸中间铰1a、1b铰接。

A30、在拱肋上方左、右两岸的坡面上根据地形和地质条件设置相应的左岸锚碇系统和右岸锚碇系统，在本实施例中，左岸锚碇系统由左岩桩基锚7和转向鞍座6组成，转向鞍座6为滑轮式鞍座，置与左岸缆索吊塔架横梁上，转向鞍座6起转向作用，右岸锚碇系统包括第一、第二岩锚9a、9b和第三岩锚8。

A40、安装左岸拱肋牵引索10a，该牵引索10a的一端与左岸拱肋上段20a的上部固定，另一端通过千斤顶与右岸的第二岩锚9b固定；安装左岸上、下扣索10b、10c，其一端与左岸拱肋上段20a固定，另一端通过转向鞍座转向后锚于左岸桩基锚7上。

A50、完成左岸拱肋的第一次竖转，参见图13，即向右牵引左岸拱肋牵引索10a，使左岸拱肋上段20a绕中间铰1a向右岸转动，当左岸拱肋上段20a与左岸拱肋下段21a的线形达到设计线形时，用上下弦杆22a将左岸拱肋上、下段20a、21a连接，使中间铰1a固结(左岸拱肋上段20a与左岸拱肋下段21a之间不再可以转动)，实现左岸拱肋上段20a和下段21a之间的刚性连接。

A60、完成左岸拱肋的第二次竖转，参见图14，即解除左岸拱肋与拉压杆2a的连接，继续牵引左岸拱肋牵引索10a使左岸拱肋整体绕左岸底铰3a向右岸转动，待牵引索10a与上、下扣索10b、10c的索力达到设计值时，停止牵引左岸拱肋牵引索10a，左岸拱肋在其自重和左岸上、下扣索10b、10c的作用下绕底铰3a缓慢向下转体就位。

A70、安装右岸拱肋牵引索10d，参见图16，该牵引索10d的一端与右岸拱肋上段20b的上端固定，另一端通过千斤顶经鞍座6锚于左岸桩基锚7上；安装右岸上、下扣索10e、10f，其一端与右岸拱肋上段20b固定，另一端锚于右岸第一、第二岩锚9a、9b上。

A80、完成右岸拱肋的第一次竖转，即向左牵引右岸拱肋牵引索10d，使右岸拱肋上段20b绕右岸中间铰1b向左岸转动，当右岸拱肋上段20b与右岸拱肋下段21b的线形达到设计线形时，用右岸上下弦杆22b将右岸拱肋上、下段20b、21b连接，使右岸中间铰1b固结(右岸拱肋上段20b与右岸拱肋下段21b之间不再可以转动)，实现右岸拱肋上段与下段20b和21b之间的刚性连接。

A90、完成右岸拱肋的第二次竖转，参见图16，即解除右岸拱肋与拉压杆2b的连接，继续牵引右岸拱肋牵引索10d使右岸拱肋整体绕右岸底铰3b向左岸转动，待牵引索10d与上、下扣索10e、10f的索力达到设计值时，停止牵引右岸拱肋牵引索10d，右岸拱肋在其自重和右岸上、下扣索10e、10f的作用下绕底铰3b缓慢向下转体就位。

A100、采用缆索吊机安装合拢段拱肋，拆除扣拉索系统，拱肋施工完成。

上述施工方法中所使用的设备包括中间铰、拉压杆、底铰、拱肋支架、转向鞍座、锚碇和扣拉索系统，下面参照附图对这些设备的结构进行详细描述。

1)中间铰。

参照图3，中间铰由上、下铰座组成，上、下铰座均包括一个连接钢管11和分别焊接在连接钢管11两端的两个人字形支腿14和铰座板13，支腿14为H形型钢，其自由端分别与拱肋的节点板螺栓连接固定，连接钢管11内填充混凝土，上、下铰座的铰座板13分别通过销轴15连接，中间铰可进行至少65度旋转。

2)底铰。

参照图4，底铰3为接触式铰，包括铰座31、铰轴32和扣板33，铰座31锚固在左岸和右岩的坡面上，其顶面为与铰轴32外圆柱面相适配的半圆弧面，铰轴32为钢管，内填装补偿收缩混凝土，铰轴32与拱肋下段底端的拱肋腹杆34焊接为一体，扣板33设有与铰轴32外圆周面相适配的弧形凹面，扣板33扣装在铰座31上并与坡面锚固。

3)拉压杆。

本实施例中，拉压杆分为左、右岸拉压杆2a和2b，二者结构相同，下面仅以左岸拉压杆2a为例进行说明。参照图5、6，拉压杆的两根主杆21为钢箱梁结构，采用钢板焊接而成，呈八字形布置，主杆21前端通过分配梁22与拱肋相连，主杆21的中部通过支撑管25支承在3#墩承台上，主杆21的后端与锚梁23栓接，锚梁23采用4根预应力钢绞线24锚固于2#墩承台(参见图13)。拉压杆可将拱肋安装及扳起过程中产生的压力和拉力传递至2#墩承台。右岸拉压杆2b的前端与拱肋连接，后端与第三锚碇8上的钢锚梁焊接。

4)拱肋下段支架。

左、右岸拱肋下段支架的结构相似，下面以左岸拱肋下段支架4a的具体结构加以说明，参照图7、8，拱肋下段支架4a由预埋柱脚42、三角架41和垫座43组成。在岩面上开φ800孔洞，将预埋柱脚42安装就位，并用C25砼填充密实，三角架41在工厂加工好，采用缆索吊整体吊装就位，与预埋柱脚42采用螺栓连接。垫座43布置在三角架41顶端，内侧为圆弧形与拱肋钢管线形吻合，垫座43后设置有调整线形所用的千斤顶44。

5)拱肋上段支架。

根据山势不同，拱肋上段支架可采用不同的结构，图9、10为拱肋上段支架的一种实施例，在该实施例中，拱肋上段支架采用梁柱式结构，由立柱51、连接系52、斜撑53、大梁54和垫座B 55组成。立柱51采用φ600×8钢管制作，连接系52采用φ299×7.5钢管制作，均为工厂加工，现场采用法兰连接。斜撑53采用槽钢制作，两端设置铰座，分别与立柱51及大梁54的节点销接。大梁54为焊接钢箱梁，垫座B采用钢板焊接而成，内侧为圆弧形与拱肋钢管线形吻合。

6)鞍座。

鞍座为滑轮式鞍座，置与左岸缆索吊塔架横梁上。鞍座起转向作用，扣拉索通过鞍座转向后，锚于锚碇系统上。

7)锚碇系统。

根据地形和地质条件锚碇系统的具体结构有所不同，在本发明的实施例中使用到的是桩基锚和岩锚，左岸采用桩基锚，桩基呈梅花形布置，均为挖孔灌注桩，桩基锚的承台为钢筋混凝土实体结构，后端布置成斜面，与扣拉索垂直。扣拉索通过承台内预埋波纹管，采用千斤顶锚于后端斜面上。右岸锚碇采用的是岩锚，通过预应力锚索锚于右岸山体完整岩石内。参照图11，右岸锚碇由钢筋混凝土锚碇95、锚座93、钢锚箱94、斜向锚索91和竖向锚索92组成，锚座93固定在锚碇95的工作面上，钢锚箱94的端部与锚座93铰接且箱内设有张拉千斤顶，斜向锚索91与锚碇95的工作面垂直设置且穿过锚座93和锚碇95锚固在山体上，该斜向锚索91与水平面的夹角为12～18度，竖向锚索92垂直穿过锚碇95的顶面锚固在山体上。斜向锚索91和竖向锚索92采用预应力钢绞线制作，自由段长度需穿过风化层，锚固段锚于完整岩体内，锚索根据锚碇外荷载进行初张拉。在拱肋下放过程中，扣索角度不断变化，斜向锚索91用于抵抗扣索水平拉力，竖向锚索92用于抵抗扣索转动过程中对锚碇95的弯矩，从而解决了拱肋竖转过程中扣拉索角度不断变化而引起锚碇受力不均的影响。

8)扣拉索系统。

扣拉索采用φj15.24钢绞线制作，其数量根据具体荷载确定。扣拉索一端通过锚箱与拱肋扣拉点耳座连接，张拉端与千斤顶锚具相连。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.大跨度钢拱桥拱肋二次竖转施工方法，其特征在于包括以下步骤：

A10、在山谷左、右两岸的坡面上分别搭设底铰和用于支撑拱肋上、下段的若干拱肋上、下段支架及拉压杆；

A20、在拱肋上、下段支架上分别拼装完成左、右两岸的拱肋上、下段，拱肋下段的底端分别与底铰铰接，拱肋下段上部与拉压杆连接，拱肋上、下段之间分别通过中间铰铰接；

A30、在拱肋上方左、右两岸的坡面上根据地形和地质条件设置相应的左岸锚碇系统和右岸锚碇系统；

A40、安装左岸拱肋牵引索，该牵引索一端与左岸拱肋上段的上部固定，另一端与右岸锚碇系统固定；安装左岸上、下扣索，左岸上、下扣索的一端与左岸拱肋上段固定，另一端与左岸锚碇系统固定；

A50、完成左岸拱肋的第一次竖转，即向右岸方向牵引左岸拱肋牵引索，使左岸拱肋上段绕中间铰向右岸转动，当左岸拱肋上段与拱肋下段的线形达到设计线形时，通过上下弦杆将左岸拱肋上、下段连接，使中间铰固结，完成左岸拱肋上段与下段之间的刚性连接；

A60、完成左岸拱肋的第二次竖转，即解除左岸拱肋与拉压杆的连接，继续牵引左岸拱肋牵引索使左岸拱肋整体绕底铰向右岸转动，待牵引索与上、下扣索的索力达到设计值时，停止牵引左岸拱肋牵引索，左岸拱肋在其自重和左岸上、下扣索的作用下绕底铰缓慢向下转体就位；

A70、安装右岸拱肋牵引索，该牵引索一端与右岸拱肋上段的上部固定，另一端与左岸锚碇系统固定；安装右岸上、下扣索，右岸上、下扣索的一端与右岸拱肋上段固定，另一端与右岸锚碇系统固定；

A80、完成右岸拱肋的第一次竖转，即向左岸方向牵引右岸拱肋牵引索，使右岸拱肋上段绕中间铰向右岸转动，当右岸拱肋上段与拱肋下段的线形达到设计线形时，通过上下弦杆将右岸拱肋上、下段连接，使中间铰固结，完成右岸拱肋上段与下段之间的刚性连接；

A90、完成右岸拱肋的第二次竖转，即解除右岸拱肋与拉压杆的连接，继续牵引右岸拱肋牵引索使右岸拱肋整体绕底铰向左岸转动，待牵引索与上、下扣索的索力达到设计值时，停止牵引右岸拱肋牵引索，右岸拱肋在其自重和右岸上、下扣索的作用下绕底铰缓慢向下转体就位；

A100、采用缆索吊机安装合拢段拱肋，拆除扣拉索系统，拱肋施工完成。

2.如权利要求1所述的大跨度钢拱桥拱肋二次竖转施工方法，其特征在于所述拱肋上、下段支架及拉压杆根据山势搭设，使拼装完成后的拱肋下段与山体基本平行，拱肋下段在拱肋下段的基础上再后仰一定角度。

3.如权利要求1所述的大跨度钢拱桥拱肋二次竖转施工方法，其特征在于右岸锚碇采用的是岩锚，通过预应力锚索锚于右岸山体完整岩石内，所述右岸锚碇包括：

钢筋混凝土锚碇；

锚座，固定在锚碇的工作面上；

钢锚箱，其端部与锚座铰接且箱内设有张拉千斤顶；

斜向锚索，与锚碇的工作面垂直设置且穿过锚座和锚碇锚固在山体上，该斜向拉索与水平面的夹角为12～18度；

竖向锚索，垂直穿过锚碇的顶面锚固在山体上。

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