CN105133487A - 复合式桥梁临时支座及用其快速架设连续梁的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式桥梁临时支座及用其快速架设连续梁的施工方法，桥梁临时支座充分利钢、木、混凝土的材料力学特性，解决了现有各类桥梁临时支座的抗压稳定性、耐久性差、安拆不便、桥梁定位精度低等问题。上部敞口木质砂箱作为干砂容器，受荷状态下，砂箱侧向压力可忽略；钢管及砂子作为受荷整体，即充分利用砂子在侧向约束的情况下极好的抗压性能及稳定性；而混凝土立方体同样具有良好的抗压性能；三者组合制作的桥梁临时支座具有安全、经济、环保、稳定的优点。桥梁临时支座制作成本低、安拆速度快，可多次周转使用，安全稳定，配合“T”字型梁板快速定位法可实现桥梁安装一次性精准就位，在实际应用中应用效果良好。

Description

复合式桥梁临时支座及用其快速架设连续梁的施工方法

技术领域

本发明涉及路桥施工技术领域，具体涉及一种桥梁临时支座及用其快速架设连续梁的施工方法。

背景技术

先简支后连续桥梁是我国应用广泛的桥梁形式，即梁体在预制场内采用集中预制，现场架设，能够充分发挥机械性能，有效提高劳动效率，节约大量模板和支架，从而加快施工进度，降低了施工成本。先简支后连续桥梁这种结构上下部可以同时施工、进度快，上部结构采用的是简支梁的施工方法，得到的却是结构更优的连续梁。在我国公路建设中，跨径为20-45m的连续梁桥大量采用了这种结构。一般认为先简支后连续桥梁在施工过程中其技术重点和难点是进行体系转换，而桥梁临时支座的选择及使用是保证体系转换能否成功的关键。目前常用的桥梁临时支座有钢砂筒桥梁临时支座、混凝土支座、木墩桥梁临时支座、硫磺砂浆桥梁临时支座等。在大、中型桥梁中应用较为广泛的是硫磺砂浆桥梁临时支座、钢筒砂箱临时支座。

1、硫磺砂浆桥梁临时支座：其工作原理是硫磺砂浆内预先置入电热丝，通过电热融化硫磺砂浆来拆除桥梁临时支座完成体系转换。硫磺砂浆是以硫磺味胶结剂，按适当比例惨入水泥、细砂和增稠剂加热拌至而成，一般采用工业用熔点为113℃，或加入萘、石蜡等以改善其脆性、和易性并提高抗拉强度。硫磺砂浆桥梁临时支座浇筑中预置电热丝和接线端子。简支变连续卸荷时，通电让电热丝产生的热量将硫磺砂浆垫块融化变形，从而达到卸荷的目的。

硫磺砂浆桥梁临时支座的缺点在于：

a、硫磺砂浆冷却固化过程中常常表面产生开裂，并且支座表面不平整，容易造成落梁后造成应力集中，桥梁临时支座碎裂，置入的电阻丝有可能拉断，造成桥梁临时支座通电软化故障，并且容易造成“三条腿”现象；

b、硫磺砂浆工艺较复杂，熬制过程中产生二氧化硫对人体健康造成损害，通电融化时存在不可避免的安全隐患，且融化过程中易对永久支座造成损害和污染的弊病；

c、硫磺砂浆桥梁临时支座对工艺要求严，浇筑或预制后，架梁标高难以调整；

d、硫磺砂浆桥梁临时支座中电热丝通电过程中容易断丝，造成桥梁临时支座拆卸困难，如此，达不到体系转换的同步性。

2、钢制砂筒临时支座：钢制砂箱临时支座是利用钢制封闭容器内的干燥细砂，在容器底部或侧面打开开口时易流出从而减少容器内的细砂体积的原理设计的。它是通过在一个上面开口的容器盛上细砂，在上只放一块略小于容器上口的柱形钢垫块，使其高出容器上口2～3cm以上(当然容器上口要低于永久支座高程)大梁放在垫块上，简支变连续卸荷时，在砂箱侧面开口处放出砂子，容器内砂子体积减少，大梁随之下落到永久支座上。

钢制砂箱临时支座的缺点：

钢制砂箱临时支座支座工艺较为复杂，在规范使用的情况下需批量定制，耗费人工量较大，需要钢材梁较大，在周转量较小的情况下，使用成本较高。

钢制砂箱泄砂孔一般采用木楔或螺丝封口，在施工过程中会出现封口掉落的情况，造成砂子漏出，造成梁板下沉的质量事故。

3、在施工现场也会用到其他结构形式的一些桥梁临时支座，如木质砂箱临时支座等，但这些桥梁临时支座的一般用于小桥或者桥梁临时支座需求量较小要求不高的桥梁或其他卸荷装置，存在可靠性不高、拆除困难或无法保障卸荷的同步性问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种便于安装、无污染且支撑效果好的复合式桥梁临时支座以及用其快速架设连续梁的施工方法。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案（一）是：提供一种复合式桥梁临时支座，包括顶部敞口的木制砂箱、填充在所述木制砂箱内且具有流动性的干砂、竖直埋置在所述干砂内的钢管，放置在所述钢管上方且高于所述木制砂箱顶部的混凝土支撑柱，其中所述钢管的底部预留有排砂孔，所述混凝土支撑柱的顶部放置有橡胶垫。

进一步地，所述木制砂箱的外壁上围有加强板，钢管、砂、混凝土块、木质砂箱同时组合受荷。

进一步地，所述木制砂箱外部标有与所述排砂孔位置相对应的开孔标记，支撑柱为混凝土块。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案（二）是：一种使用前述复合式桥梁临时支座快速架设连续梁的施工方法，包括以下步骤：

a、设计和制作所述桥梁临时支座，所述设计包括计算、试验所述支撑柱的抗压强度、确定钢管尺寸和设计木制砂箱尺寸；

b、安装所述桥梁临时支座，所述安装包括清理墩台、通过现场测量定位、计算出所述桥梁临时支座安装的控制标高、将所述桥梁临时支座安装在所述墩台上即可，梁板安装过程中无需反复调整支座标高；

c、梁板吊装施工，通过采用“T”字型快速定位法、吊装装置将梁板吊装安放在所述桥梁临时支座上；

d、在负弯矩预应力张拉完成后且压浆强度大于设计强度后，拆除所述桥梁临时支座，在拆除时在所述标记处开孔排砂，随着干砂的排出，所述支撑柱位置下降，并可以从所述梁板下取出。

进一步地，所述计算支撑柱抗压强度时根据下列公式计算出所述混凝土支撑柱的抗压强度：

凝土抗压强度MPa=试件破坏荷载/试件承压面积；

设计钢管尺寸并根据下列公式对设计出的钢管尺寸进行验算：

d0为混凝土支撑柱的内径；

d1为钢管外径；

h0为混凝土支撑柱从最高工作位置放入下砂筒深度；

H为砂的最大下沉量；

σ为钢管壁厚；

P为荷载；

d2为出砂孔到地面的距离。

本发明的有益效果是：

本发明解决了现有桥梁临时支座的抗压稳定性、耐久性差、安拆不便、造价高等问题。利用试验对复合式桥梁临时支座样品进行抗压试验，经过详细的计算和对比，为施工提供了理论依据。通过优化木箱制作方法，解决了木制砂箱侧向受压稳定性问题等关键技术，创新地提出钢、木、混凝土组合的桥梁临时支座，即在方形木箱内加入相应尺寸的带孔钢管，充分利用干砂的流动性和抗压能力强的特点，将干砂的受压后的侧向压力传递至钢管内壁，解决了木制砂箱抗压能力差的问题。在实际应用中取得了良好的效果。另外，本发明中复合式桥梁临时支座结构简单，安装方便。

附图说明

下面结合附图对本发明的桥梁临时支座作进一步说明。

图1是本发明中复合式桥梁临时支座的结构示意图；

图2是本发明中复合式桥梁临时支座的分解结构示意图；

图3是本发明中复合式桥梁临时支座的结构剖视图；

图4为钢管尺寸验算时采用的计算模型；

图5为单位压力与变形的关系曲线图。

图中，木制砂箱1；混凝土支撑柱（或称“混凝土块”）2；无缝钢管3；排砂孔4；加强板5；开孔标记6；干砂7；橡胶垫8；砂浆9；填充干砂10。

具体实施方式

实施例一

根据图1-2所示，本发明中的复合式桥梁临时支座包括顶部敞口的木制砂箱1、填充在木制砂箱1内且具有流动性的干砂7、放置在木制砂箱1中且顶部从木制砂箱1顶部敞口处伸出的混凝土支撑柱2，还包括竖直埋置在干砂7内的钢管3，钢管3的底部预留有排砂孔4，可作为优选的是钢管为无缝钢管3。混凝土支撑柱2的顶部放置有橡胶垫8，可作为优选的是橡胶垫8的厚度为2mm，橡胶垫8的尺寸边长大于混凝土块的边长3-4cm。

其中，木制砂箱1是由酚醛树脂多层板制成。

可作为优选的是：木制砂箱1的外壁上围有加强板5，加强板5采用方木制成。

可作为优选的是：木制砂箱1外部标有与排砂孔4位置相对的开孔标记6，支撑柱2为混凝土支撑柱2。

实施例二

本实施例中的某大桥，采用一级公路技术标准，全长306m，四孔一联，共三联，上部采用25m预应力小箱梁，先简支后连续，利用实施例一中桥梁临时支座进行连续梁架设的施工方法，包括以下步骤：

1、材料准备

选择施工现场现有边角料，方木、竹木模板、壁厚5-8mm直径14-20cm钢管3，高标号混凝土支撑柱2、干燥均匀细石英砂、木制砂箱1加固件、2mm橡胶垫8（橡胶垫尺寸边长大于混凝土块3-4cm）等。

2、复合式桥梁临时支座设计

复合式桥梁临时支座设计时根据桥型设计及施工需求进行，主要考虑梁板自重、施工荷载、其他荷载之和，同时考虑梁板安装工艺，某大桥的梁板最大自重为720KN，考虑施工荷载为100KN，其他荷载为50KN，每片箱梁采用4个复合式桥梁临时支座，所以每个桥梁临时支座最大荷载为（720KN+100KN+50KN）/4=217KN。

1）混凝土支撑柱2尺寸设计

混凝土抗压强度MPa=试件破坏荷载（N）/试件承压面积（mm2）；

混凝土抗压强度MPa=217000/1502=9.6Mpa；

本实施例中的混凝土支撑柱2采用C50混凝土浇筑制成，尺寸为150mm×150mm×150mm，抗压强度＞50Mpa，极限荷载＞1125KN，所以采用150mm×150mm×150mm的混凝土支撑柱2安全系数较大，桥梁临时支座安装后，混凝土支撑柱2不会发生破坏性损坏。

2）无缝钢管3选型及受力验算

某大桥施工设计图中盖梁顶至梁底高度为25cm。钢管3选用非标内径为146mm，壁厚为8mm无缝钢管3，外径为162mm。

如图4所示，将模型进行简化并对钢管3进行受力计算：

d0——混凝土支撑柱2的内径，取值0.146m；

d1——钢管3外径，取值0.166m；

h0——混凝土支撑柱2从最高工作位置放入下砂筒深度，砂压缩量根据试验量测，取0.02m；

H——降落高度，根据抗压试验，砂压缩量根据试验量测，砂最大下沉量为0.03m；

σ——无缝钢管3的壁厚，取值为0.005m；

[σ]——砂容许承压力,将其预压,可达60MPa（试验值）；

钢管受力验算

查国标,对于结构无缝钢管3的屈服强度,由δ=5mm≤22mm,则[σ]钢管3=245MPa.

取H=0.05m,d2=0.02m,h0=0.09m.

又,筒壁应力为

即σ=219MPa＜[σ]钢管3=245MPa,钢管3侧壁受力满足要求。

在本实施例中，复合式桥梁临时支座要求安装高度为250mm，木制砂箱1内尺寸为边长×边长×高=165mm×165mm×160mm，将150mm×150mm×150mm混凝土支撑柱2置入木制砂箱15cm，钢管3高度为7cm，钢管3顶与混凝土支撑柱2底自检预留30mm间距（作为卸荷时下降值，便于桥梁临时支座拆除）。

根据桥梁梁板安装时临时支座预设高度,根据砂子在有侧限抗压试验，得出砂子受荷状态下的压力-压缩量关系，得出工作荷载与压缩值的回归方程。

例如：砂子受压前预设厚度为150mm进行临时支座抗压试验，根据试验得出单位压力与变性的关系曲线，如图5所示。

回归方程为：

l为砂子压缩量，单位mm；

p为单位面积压力，单位MPa；

如，梁板安装支座单个承受荷载为500KN，混凝土块为150mm×150mm×150mm，受荷后所需临时支座抗压强度p，

因此，22.5mm即为压缩量，根据以上曲线得出压缩值与压力之间的关系方程公式推导如下：

得出

l0为单位厚度砂子压缩量，单位mm；

L为单位厚度砂子压缩前厚度，单位mm；

那么假设临时支座在受荷500KN的情况下，需临时支座中砂子受荷后的厚度设定为L0，得出：

L0=L-l0=6.6667×l0-l0=5.666×l0；

l0=L0/5.666；

L0为砂子预设（未受荷自然状态下）厚度，单位mm；

例如：当L0设定为70mm，那么，砂子预设压缩前的厚度（砂子为自然状态，置入木箱砂子不再自然流动为止，混凝土柱安装前，一般不人工压实）为：

3、复合式桥梁临时支座制作与安装

1）木制砂箱1制作

根据以上计算，钢管3直径为162mm，木制砂箱1采用15mm厚多层板、4cm×8cm方木、5cm铁钉、7字形角铁加强板组成。

木制砂箱1采用15mm多层板，加以30mm×60mm方木用5cm铁钉加固，上下端采用90mm×90mm角铁再次加固，木制砂箱1采用15mm多层板封底，底部细小缝隙采用水泥净浆封堵严密。

木制砂箱1的尺寸可根据梁板荷载确定，根据不同的荷载、梁板形式、桥梁临时支座要求高度、现场实际条件而定，确保整体受力符合安全要求。

2）混凝土支撑柱2制作

根据本工程的特点，采用150mm×150mm×150mm混凝土支撑柱2符合尺寸及受力要求，本工程采用标准塑料试模浇筑成型，采用C50混凝土，批量制作，脱模后置于标养室养护28天。为了混凝土支撑柱2下沉，在其侧壁上抹有薄层黄油。

混凝土块尺寸依据桥梁临时支座设计而定，可以采用标准试模或木模浇筑，模板平整光洁、尺寸偏差小，对于荷载较小的可以采用100mm×100mm×100mm标准试模。

3）内置钢管3件制作

本实施例采用的钢管3内径为146mm，壁厚为8mm镀锌钢管3，钢管3采用无齿锯切割成段，底部切割排砂孔4。钢管3安装在木制砂箱1内时，将方孔朝盖梁外侧，并在孔的相应位置做好标记，便于开孔卸荷。

安装时,要保证木质砂箱1、钢管3以及混凝土支撑柱2的轴心相同。

4）细石英砂装入及混凝土块安装

对木制砂箱1里的砂有一定的质量要求，砂为细砂，砂的含泥量小于1%，细度模数为1.6，并且烘干含水量不大于1%。细砂放入后，轻敲侧壁至砂不再沉降后，刮平砂子上表面，然后安装混凝土块。

5）测量并确定每个砂筒的高度

现场精确进行高程测量，确定每个桥梁临时支座的实际总高度，根据试验确定砂子受荷状态下的沉降参数，要求复合式桥梁临时支座混凝土块顶表面要高于永久支座顶面25～30mm。为了控制梁的安装标高与设计标高一致，在复合式桥梁临时支座受到梁的重量后进行沉降量观测，要求放置大梁后细砂的后期沉降量控制在6～8mm之间。

6）试验确定桥梁临时支座的高度及承载力、砂子受荷沉降曲线、单位压力与变形的关系曲线、回归方程、推导的预设砂子压缩值方等。

首先要进行桥梁临时支座的承载力设计，桥梁临时支座在压力机上进行试压，要保证桥梁临时支座的高度及设计承载力两个方面符合要求。

7）试验室试压及沉降值确定

从制作完成的桥梁临时支座成品中随机选取3个，进行抗压性能试验，进行逐级加载，压力机上试压最大荷载为706KN，混凝土块均未出现明显裂痕，木制砂箱1无明显损坏，装入干砂7高度为130mm，压缩量为37-38mm，根据试验室取得数据如下表所示：

荷载为500KN时，压缩比例约为29.8%，根据试验结果，按最大荷载为500KN计算，选取装入砂子为13cm，加载后压缩后砂子厚度为91mm，钢管3高度为7cm，混凝土块距离钢管3顶约20mm，满足卸荷拆移要求。

组合桥梁临时支座受压后，实际高度为247mm，考虑到盖梁不平整和横坡问题，支座安装时采用5-15mm高标号砂浆进行找平，通过精确测量实际高程后，确定每个复合式桥梁临时支座安装后的实际总高度，同时考虑到砂的沉降量，要求复合式桥梁临时支座混凝土块顶要高于永久支座顶面5～8mm。为了控制梁的安装标高与设计标高一致，临时落梁后，进行沉降量观测，要求放置大梁后细砂的沉降量控制在6～8mm之间。

4、安装桥梁临时支座

1）将墩台顶清理干净。在支座及墩台顶分别画出“T”字型纵横轴线，在墩台上放出支座控制标高。

2）在每个桥梁临时支座安装前，先进行坐标定位，然后根据设计要求确定桥梁临时支座顶标高，标高偏差符合规范要求。具体步骤如下：

A、首先对盖梁上混凝土表面用0.5-2cm水泥砂浆找平，砂浆标号M20以上，砂浆的作用有两个，第一是找平，确保桥梁临时支座水平；第二是临时固定木制砂箱1；砂浆只需将找平即可，厚度一般不大于20mm。

B、对于桥梁临时支座安放处，盖梁实际标高比设计值低3cm以上时，采用高标号豆石混凝土找平，一般不采用砂浆，同时也可以采用适当增加砂子放入量的办法，而盖梁实际标高比设计值高3cm以上时，适当将钢管3缩短15-20mm。

C、钢管3放置在木制砂箱1后，倒入干燥洁净的细砂，轻击侧壁直至砂不再沉降密实均匀为止，然后用刮刀将砂子刮平，桥梁临时支座按坐标安装完成后，将混凝土块装入并安放平稳，用橡胶锤轻击顶部，用水平尺精确找平，确保混凝土块上表面水平，并根据受压压缩的比例，采用增、减砂子放入量进行适当调整，确保预置标高符合技术要求。

D、如图3所示，桥梁临时支座安装完后要进行高程复核测量和坐标复核，确认无误后，将混凝土块2与木制砂箱1侧壁间用填充干砂10填充至木制砂箱1的顶部，在填充干砂10的顶部砂面及混凝土块2与木制砂箱1的边缘之间用砂浆9进行封面和封边处理，防止雨水进入木制砂箱1，从而防止干砂吸水变潮、板结失效，导致压缩量出现偏差或拆除不便。

5、梁板吊装施工

全桥梁架设采用双机抬吊，运梁车在施工便道上，按照吊装顺序逐片进行。采用“T”字型快速定位法，梁板安装时能确保快速定位和安放，第一片边梁架设完毕后，用木方进行临时支撑加固，然后进行下一片梁的吊装，按上述吊装方法，吊装第二片梁，待第二片梁就位后与第一片边梁焊接牢固。同时，为了保证混凝土支撑柱2顶面均匀受力，混凝土块顶面宜放置2mm厚的橡胶垫8，确保箱梁底部能与混凝土块紧密均匀密贴，同时部分消除冲击荷载对复合式桥梁临时支座的损害。

6、拆除桥梁临时支座

桥面负弯矩预应力张拉完成后，待压浆强度大于设计强度后方可拆除桥梁临时支座。拆除复合式桥梁临时支座前应完成永久支座的安装和调试。拆除复合式桥梁临时支座应做到逐孔对称、均匀、同步、平稳。工人操作要有操作平台，一般设置一个活动挂篮，作为人员进行桥梁临时支座解除的平台，采用电钻在木质砂箱1侧壁标记的预留孔，即开孔标记6处钻眼，使砂子自动流出。随着木制砂箱1里的砂逐渐减少，混凝土支撑柱2缓慢下降，直至复合式桥梁临时支座与梁底脱离。复合式桥梁临时支座拆除卸载后，永久支座与墩顶、梁底严密贴合，最终实现简支变连续体系转换。

本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (5)

1.复合式桥梁临时支座，其特征在于：包括顶部敞口的木制砂箱、填充在所述木制砂箱内且具有流动性的干砂、竖直埋置在所述干砂内的钢管，放置在所述钢管上方且高于所述木制砂箱顶部的混凝土支撑柱，其中所述钢管的底部预留有排砂孔，所述混凝土支撑柱的顶部放置有橡胶垫。

2.根据权利要求1所述的复合式桥梁临时支座，其特征在于：所述木制砂箱的外侧设置八片加强板加强。

3.根据权利要求2所述的复合式桥梁临时支座，其特征在于：所述木制砂箱外部标有与所述排砂孔位置相对应的开孔标记，支撑柱为混凝土块。

4.一种使用权利要求3中所述的复合式桥梁临时支座快速架设连续梁的施工方法，包括以下步骤：

a、设计和制作所述桥梁临时支座，所述设计包括计算、试验所述支撑柱的抗压强度、确定钢管尺寸和设计木制砂箱尺寸；

b、安装所述桥梁临时支座，所述安装包括清理墩台、通过现场测量定位、计算出所述桥梁临时支座安装的控制标高、将所述桥梁临时支座安装在所述墩台上即可，梁板安装过程中无需反复调整支座标高；

c、梁板吊装施工，通过采用“T”字型快速定位法、吊装装置将梁板吊装安放在所述桥梁临时支座上；

d、在负弯矩预应力张拉完成后且压浆强度大于设计强度后，拆除所述桥梁临时支座，在拆除时在所述标记处开孔排砂，随着干砂的排出，所述支撑柱位置下降，并可以从所述梁板下取出。

5.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于：所述计算支撑柱抗压强度时根据下列公式计算出所述混凝土支撑柱的抗压强度：

凝土抗压强度MPa=试件破坏荷载/试件承压面积；

设计钢管尺寸并根据下列公式对设计出的钢管尺寸进行验算：

d0为混凝土支撑柱内径；

d1为钢管外径；

h0为混凝土支撑柱从最高工作位置放入下砂筒深度；

H为砂的最大下沉量；

σ为钢管壁厚；

P为荷载；

d2为出砂孔到地面的距离。