CN106149569B - 自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换方法，先搭建自锚式悬索桥的边梁和桥塔，安装塔梁临时锚固装置，架设主缆和形成主梁的主梁梁段，确定合龙口位置；在塔梁临时锚固装置内分别均匀布置若干台桥塔千斤顶，在合龙口处均匀布置若干台合龙口千斤顶；启动合龙口千斤顶和桥塔千斤顶，控制合龙口千斤顶和桥塔千斤顶的实际总顶力值等于主缆对边梁的水平拉力值；采用分级对称卸载的方式，调整合龙口的间隙距离，直至达到焊接需求值时锁定合龙口千斤顶和桥塔千斤顶，完成自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换。本发明实现塔梁临时锚固装置的安全拆卸、水平力从塔梁临时锚固装置到合龙口间隙调整装置的平稳转换和合龙口间隙调整的顺利进行。

Description

自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换方法

【技术领域】

本发明属于悬索桥施工技术领域，具体涉及一种自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换方法。

【背景技术】

自锚式悬索桥由于主缆锚固在主梁上，施工过程中主缆会产生巨大的水平分力，所以传统的施工方法是“先梁后缆”，即搭设支架——>支架上架设主梁——>架设主缆，主缆两端锚固于梁端——>张拉吊索——>二期铺装——>拆除支架。这种方法由于必须搭设满堂支架以安装主梁，故不可避免的会干扰航道通行或路面交通，且该工艺存在只适合于在浅水河流上搭设支架修建、大跨度搭设支架费用高、不安全因素多、安全及工期风险高等问题，其已经成为限制自锚式悬索桥广泛应用的主要因素。

在现有研究中，“先缆后梁”施工的临时固结法主要有2种：①临时地锚法，即采用拉索连接主缆锚固块与临时地锚，将主缆力传递给临时地锚。该方法的优点是传力路径清晰，但由于需要开挖地基，设置大体积临时地锚，对地基承载力有一定要求，且经济性较差；且使用连接地锚的临时拉索，施工风险较大。②边墩—主缆锚固块临时固结法，即将主缆锚固块与其桥墩临时固结，将主缆力传递给主桥边跨支墩。该方法无须设置地锚，墩梁临时锚固装置构造简单，拆卸方便快捷；但边跨支墩的抗推刚度较小，承担的水平力有限，不适合大跨度。

在上述临时固结法的基础上，发明专利公开号：104652285A；申请号：201510030958.X提出一种新型的临时锚固法——塔梁临时锚固法，即延长施工临时体系的主缆力传递路径，通过塔梁临时锚固装置将主缆水平力传给桥塔基础来实现中跨主梁的“先缆后梁”吊装施工。该发明提出的塔梁锚固法中只针对施工过程的临时体系进行了系统的阐述，但是对于从施工临时体系转换为成桥永久体系这个关键的过程没有给出确定性的技术方案。

在塔梁临时锚固施工方法的实施下，主缆的水平力均通过边梁由塔梁临时锚固装置传递给桥塔承受，在桥梁的体系转换过程中，需完成水平力的平稳转移，期间要配套合龙间隙的调整技术与装置以调整主梁压缩量和合龙段吊装过程引起的施工误差。待加劲梁合龙后，再进行合龙口间隙的调整，将主缆水平力从桥塔基础平稳地完全地转移至加劲梁，完成体系转换。体系转换时，在切掉塔梁临时锚固装置时，需进行同步的跨中梁端的合龙。

但是在最后体系转换合龙时，会有以下问题：中跨主梁吊装完成后即可进行相邻梁段的环缝焊接，直至只剩最后一道环焊缝，即合龙口间隙。目标合龙口间隙是在设计温度下达到标准焊接缝宽。由于合龙段吊装过程引起的施工误差，合龙口间隙一般大于其目标值，需要在体系转换过程中进行调整，直至达到目标值后再开始焊接，最后才进行水平力转移，完成体系转换。并且，在合龙口处进行环焊的几个小时中时，天气温度出现较大变化时，以防止温度应力将合龙口焊缝、马板拉裂，马板为焊接前两个主梁梁段之间起到固定作用的临时构造结构；合龙口应保持间隙大小不变化，即合龙口间隙调整装置能适时调整。

拆除塔梁临时锚固装置和跨中合龙口间隙的调整需协调、同步进行。保证拆除临时锚固装置时桥梁整体结构不受到损伤、构件受力合理，同时从塔梁临时锚固装置释放出来的水平力需均匀传递给跨中合龙口间隙调整装置，直至最终临时锚固装置全部拆除，并且跨中合龙口间隙达到规范要求范围之内，方可进行最后一道环焊缝的焊接。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换方法，能够在施工临时体系转换为成桥永久体系时对合龙段间隙进行调整。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括以下步骤：

步骤一：搭建自锚式悬索桥的边梁和桥塔，安装边梁和桥塔的塔梁临时锚固装置，架设主缆和形成主梁的主梁梁段，将相邻主梁梁段进行环缝焊接，直至到达最后两个相邻的主梁梁段之间，确定为合龙口所在位置；获取此时主缆对边梁的水平拉力值；

步骤二：在塔梁临时锚固装置内分别均匀布置若干台桥塔千斤顶，在合龙口处均匀布置若干台合龙口千斤顶，其中，桥塔千斤顶和合龙口千斤顶的最大总顶力值大于主缆对边梁的水平拉力值；桥塔千斤顶和合龙口千斤顶均沿主梁纵向水平设置；

步骤三：依次启动合龙口千斤顶和桥塔千斤顶，控制合龙口千斤顶和桥塔千斤顶的实际总顶力值等于主缆对边梁的水平拉力值；

步骤四：启动合龙口千斤顶和桥塔千斤顶，采用分级对称卸载的方式，调整合龙口的间隙距离，直至达到焊接需求值时锁定合龙口千斤顶和桥塔千斤顶，完成自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换。

进一步地，塔梁临时锚固装置内各自布置2台桥塔千斤顶，合龙口处布置4～6台合龙口千斤顶。

进一步地，桥塔千斤顶和合龙口千斤顶均采用500t千斤顶。

进一步地，塔梁临时锚固装置包括预先设置在桥塔侧壁上的两个竖向限位装置，两个竖向限位装置之间设置两个桥塔临时锚固反力架，其中一个连接在桥塔的侧壁，另一个连接在主梁的侧壁上，桥塔千斤顶位于两个桥塔临时锚固反力架中心；

步骤四中分级对称卸载具体为：首先合龙口千斤顶两侧的桥塔千斤顶每级均分别回缩卸载其顶力值的1/8～1/4，合龙口千斤顶卸载的总顶力值与其一侧桥塔千斤顶每级回缩卸载的总顶力值相等，然后切割塔梁临时锚固装置的桥塔临时锚固反力架，切割比例与桥塔千斤顶的卸载比例相同；且当每级对称卸载完成后，同一断面位置的桥塔千斤顶或合龙口千斤顶行程差不大于1mm，顶力差不大于10t才能进行下一级调整。

进一步地，在分级对称卸载之前，先沿着主梁纵向将桥塔临时锚固反力架割开一个8～12cm的缺口。

进一步地，步骤四中焊接需求值为18～22mm。

步骤四中锁定合龙口千斤顶和桥塔千斤顶后，对合龙口处的马板进行焊接；马板焊接完成后，将桥塔千斤顶完全卸载，拆除剩余的塔梁临时锚固装置，合龙口千斤顶保持受力状态，对合龙口处的箱梁进行环缝焊接，环缝焊接结束后，卸载合龙口千斤顶。

进一步地，在2小时内完成马板焊接；且在马板焊接过程中，当环境温度变化导致桥塔千斤顶或合龙口千斤顶顶力变化大于10t时，调节桥塔千斤顶直至锁定时顶力值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明在桥塔的塔梁临时锚固装置内均匀布置桥塔千斤顶，在合龙口处布设合龙口千斤顶，实现塔梁临时锚固装置的安全拆卸、水平力从塔梁临时锚固装置到合龙口间隙调整装置的平稳转换和合龙口间隙调整的顺利进行，有效解决了合龙口间隙不满足规范要求致使施工难以进行这一问题。实际监测表明，体系转换后，边跨向跨中移动在5cm以下，偏差及对钢梁中线里程影响都小于控制目标2cm。本发明特别适用于双塔三跨大跨径自锚式悬索桥先缆后梁施工过程的体系转换，尤其是在塔梁临时锚固法的施工中，拆除临时锚固装置进行桥梁体系转换时合龙段间隙的调整。

进一步地，本发明分级对称卸载能够有效地提高水平力从塔梁临时锚固装置到合龙口间隙调整装置的转换平稳度。

进一步地，本发明在分级对称卸载之前先沿着主梁纵向将桥塔临时锚固反力架割开一个缺口，留出施工操作空间，便于后续切割。

进一步地，本发明在2小时内完成马板焊接，且根据环境温度变化调节桥塔千斤顶的顶力值，可以有效消除吊装引起的施工误差和温度引起的间隙误差，保证了施工时的高精度要求。

【附图说明】

图1是本发明合龙时装置安装位置图；

图2是本发明合龙口间隙调整装置俯视图；

图3是合龙口处合龙口千斤顶布置的侧视图；

图4是塔梁临时锚固装置处的桥塔千斤顶布置的侧视图。

其中：1-人行道，2-风嘴，3-合龙口，4-合龙口千斤顶，5-牛腿，6-桥梁中轴线，7-中腹板轴线，8-边腹板轴线，9-主梁梁段，10-桥塔，11-桥塔临时锚固反力架，12-桥塔千斤顶，13-竖向限位装置，14-塔梁临时锚固装置，15-合龙口间隙调整装置，16-主梁，17-主缆，18-边梁。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做详细说明。

参见图1至图4，本发明包括以下步骤：

步骤一：参见图1，搭建自锚式悬索桥的边梁18和桥塔10，安装边梁18和桥塔10的塔梁临时锚固装置14，架设主缆17和形成主梁16的主梁梁段9，将相邻主梁梁段9进行环缝焊接，直至到达整个桥梁最后两个相邻的主梁梁段9之间环焊缝的位置，确定为合龙口3所在位置；获取此时主缆17对边梁18的水平拉力值；

步骤二：在两桥塔10的塔梁临时锚固装置14内分别均匀布置若干台桥塔千斤顶12，在合龙口3处安装有的箱梁纵向腹板的反力牛腿5处均匀布置若干台合龙口千斤顶4，其中，桥塔千斤顶12和合龙口千斤顶4所能提供的最大总顶力值大于主缆17对边梁18的水平拉力值；根据需要，合龙口千斤顶4一般在合龙口3处主梁梁段9之间横向均匀布置4～6台；桥塔千斤顶12和合龙口千斤顶4均沿主梁16纵向水平设置，且均采用500t千斤顶；

参见图2和图3，主梁16的侧边设置人行道1，本发明中悬索桥的主梁16均采用箱梁构造，箱梁由中腹板、边腹板和风嘴2组成，合龙口千斤顶4位于中腹板轴线7和边腹板轴线8上。合龙口3处的合龙口千斤顶4和牛腿5组成合龙口间隙调整装置15。

步骤三：在检查了各项设备的数量和安全性以及其他准备工作已完成的情况下，启动跨中合龙口3处的合龙口千斤顶4，并将合龙口千斤顶4的总顶推力控制在某一数值后，锁定油泵并做好保护措施；与此同时，启动两桥塔10的塔梁临时锚固装置14内的桥塔千斤顶12，将合龙口3两侧的桥塔千斤顶12的总顶推力分别控制在某一数值后，锁定油泵并做好保护措施，控制合龙口千斤顶4和合龙口3一侧桥塔千斤顶12的实际总顶力值等于主缆17对边梁18的水平拉力值；

步骤四：参见图4，塔梁临时锚固装置14包括预先设置在桥塔10侧壁上的两个竖向限位装置13，两个竖向限位装置13之间设置桥塔临时锚固反力架11，桥塔临时锚固反力架11为两个，一个连接桥塔10的侧壁，一个连接在主梁16的侧壁上；桥塔千斤顶12位于两个桥塔临时锚固反力架11中心。

可以在确定合龙口3处箱梁无变形等情况后，沿着主梁16纵向切割桥塔临时锚固反力架11，割开一个8～12cm的缺口，留出施工操作空间，便于后续切割；然后启动全部合龙口千斤顶4和桥塔千斤顶12，采用分级对称卸载的方式，逐步将合龙口3间隙距离调整到焊接需求值时锁定合龙口千斤顶4和桥塔千斤顶12；分级对称卸载，卸载时采用回缩量进行控制，直到满足焊接要求值，具体为：首先合龙口千斤顶4两侧的桥塔千斤顶12每级均分别回缩卸载其顶力值的1/8～1/4，使塔梁临时锚固装置14处的力转移到主梁16上，同时桥塔千斤顶12合龙口千斤顶4每级回缩卸载的顶力值与其一侧的桥塔千斤顶12每级回缩卸载的总顶力值相等，然后沿着主梁16纵向切割两岸桥塔10的塔梁临时锚固装置14的部分桥塔临时锚固反力架11，切割时按照卸载的比例来的确定切割比例，比如第一次卸载1/4就切割1/4，以逐步切断桥塔10与主梁16两者之间的传力路径，未完全切断之前剩余部分可以传力；然后再对桥塔千斤顶12进行卸载，对合龙口千斤顶4进行卸载，按卸载比例切割桥塔临时锚固反力架11，直至合龙口3的间隙达到焊接需求值；且当每级行程完成后，同一断面位置的桥塔千斤顶12或合龙口千斤顶4行程差不大于1mm，顶力差不大于10t方可进行下一级调整；焊接需求值为18～22mm左右；

在2小时内完成对合龙口3处马板的焊接；同时在马板焊接过程中，根据温度变化情况调整各千斤顶的油压数值，当环境温度变化导致桥塔千斤顶12或合龙口千斤顶4顶力变化大于10t时，调节桥塔千斤顶12直至锁定时顶力值；

步骤五：马板焊接完成后，将桥塔千斤顶12完全卸载，此时水平力从塔梁临时锚固装置14完全转换到合龙口间隙调整装置15处；拆除剩余的塔梁临时锚固装置14，合龙口3处的合龙口千斤顶4保持受力状态，对合龙口3处的箱梁进行环缝焊接，环缝焊接结束后，卸载合龙口千斤顶4，完成自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例一

东苕溪大桥将合龙口3定于西侧B6梁段与B7梁段的接缝处。在合龙前，其余梁段都已完成接缝调整且环焊完毕，此时主缆17对边梁18的水平拉力为1800t。在两岸塔梁临时锚固装置14内各布置2台500t桥塔千斤顶12，主梁16一端含有两个桥塔10，因此主梁16一端有4台500t桥塔千斤顶12；合龙口3处布置4台500t合龙口千斤顶4，共12台共同进行体系转换，步骤如下：

1、检查各项准备工作是否完成。

2、启动合龙口3处4台合龙口千斤顶4，每台顶力控制在200t，共计800t，锁定油缸，在合龙口千斤顶4两侧做好防护措施。此时桥塔10处桥塔临时锚固反力架11还有水平力1000t。

3、启动两岸塔梁临时锚固装置14内的4台桥塔千斤顶12，每台顶力控制在250t，此时总行程8cm，共计1000t，锁定油缸。在桥塔千斤顶12两侧做好防护措施。

4、确定合龙口3处箱梁无变形等情况后，同时切割两岸塔梁临时锚固装置14的桥塔临时锚固反力架11，割除长度10cm。

5、桥塔临时锚固反力架11割除后，同时启动12台千斤顶。采用分级对称卸载，逐步将合龙口3焊缝间隙调整到20mm左右。两岸塔梁临时固结处桥塔千斤顶12每级分别回缩行程10mm，即每级回缩卸载其总顶力值的1/8，为125t；合龙口3处合龙口千斤顶4每级行程回缩卸载125t；按卸载比例1/8切割桥塔临时锚固反力架11；当每级行程完成后，同一断面位置的千斤顶行程差不大于1mm，千斤顶顶力差不大于10t方可进行下一级调整。

6、当合龙口3焊缝间隙满足焊接要求后，锁定合龙口3处合龙口千斤顶4和塔梁临时固结处桥塔千斤顶12，记录各油泵车的油表压力值。焊接合龙口3处马板，马板需在2小时内焊接完成。在两个箱梁内各布置2台焊机，在箱梁顶布置6台焊机。

焊接马板过程中，根据环境温度变化情况，密切关注油泵车压力值变化，当任意千斤顶力变化大于10t时，调整桥塔千斤顶12到锁定时顶力值。当处于升温状态时，钢箱梁伸长，塔梁临时锚固装置14处油泵车压力值减小，此时增加固结处桥塔千斤顶12的顶力；当降温时，钢箱梁缩短，塔梁临时锚固装置14处油泵车压力值增大，此时降低固结处桥塔千斤顶12的顶力。

7、马板焊接完成后，将塔梁临时锚固装置14处的桥塔千斤顶12完全卸载，拆除塔梁临时锚固装置14。合龙口3处合龙口千斤顶4保持受力状态，直至箱梁环焊缝基本焊接完成。

实际监测表明，体系转换后，西侧边跨向跨中移动4.8cm，东侧边跨向跨中移动3.4cm，偏差及对钢梁中线里程影响都小于控制目标2cm。

本发明在两桥塔10的塔梁临时锚固装置14内均匀布置4台桥塔千斤顶12，在合龙口3的箱梁纵向腹板的反力牛腿5处布设4台合龙口千斤顶4，实现塔梁临时锚固装置14的安全拆卸、水平力从塔梁临时锚固装置14到合龙口间隙调整装置15的平稳转换和合龙口3间隙调整的顺利进行，提供了一种大跨径自锚式悬索桥在先缆后梁施工中的体系转换方法，以及体系转换时合龙段间隙调整方法，有效解决了合龙口3间隙不满足规范要求致使施工难以进行这一问题，尤其是在双塔三跨的塔梁临时锚固法的施工工法中，拆除临时锚固装置进行桥梁体系转换的情况。本发明还具有如下优点：

(Ⅰ)在塔梁临时锚固装置14已可以很好地解决自锚式悬索桥的无支架施工问题的吊装阶段安全性的基础上，合龙口间隙调整装置15又将自锚式悬索桥施工体系转换中的合龙口3间隙控制住。

(Ⅱ)自锚式悬索桥先缆后梁施工体系转换时，本发明将桥塔10临时锚固的水平力均匀安全的传递给合龙口间隙调整装置15。

(Ⅲ)本发明可以有效消除了吊装引起的施工误差和温度引起的间隙误差，保证了施工时的高精度要求。

(Ⅳ)本发明可以保证合龙口3处焊缝及马板的自身安全，不会因外界因素损伤破坏。

Claims (7)

1.自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：搭建自锚式悬索桥的边梁(18)和桥塔(10)，安装边梁(18)和桥塔(10)的塔梁临时锚固装置(14)，架设主缆(17)和形成主梁(16)的主梁梁段(9)，将相邻主梁梁段(9)进行环缝焊接，直至到达最后两个相邻的主梁梁段(9)之间，确定为合龙口(3)所在位置；获取此时主缆(17)对边梁(18)的水平拉力值；

步骤二：在塔梁临时锚固装置(14)内分别均匀布置若干台桥塔千斤顶(12)，在合龙口(3)处均匀布置若干台合龙口千斤顶(4)，其中，桥塔千斤顶(12)和合龙口千斤顶(4)的最大总顶力值大于主缆(17)对边梁(18)的水平拉力值；桥塔千斤顶(12)和合龙口千斤顶(4)均沿主梁(16)纵向水平设置；

步骤三：依次启动合龙口千斤顶(4)和桥塔千斤顶(12)，控制合龙口千斤顶(4)和桥塔千斤顶(12)的实际总顶力值等于主缆(17)对边梁(18)的水平拉力值；

步骤四：启动合龙口千斤顶(4)和桥塔千斤顶(12)，采用分级对称卸载的方式，调整合龙口(3)的间隙距离，直至达到焊接需求值时锁定合龙口千斤顶(4)和桥塔千斤顶(12)，完成自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换；

塔梁临时锚固装置(14)包括预先设置在桥塔(10)侧壁上的两个竖向限位装置(13)，两个竖向限位装置(13)之间设置两个桥塔临时锚固反力架(11)，其中一个连接在桥塔(10)的侧壁，另一个连接在主梁(16)的侧壁上，桥塔千斤顶(12)位于两个桥塔临时锚固反力架(11)中心；

步骤四中分级对称卸载具体为：首先合龙口千斤顶(4)两侧的桥塔千斤顶(12)每级均分别回缩卸载其顶力值的1/8～1/4，合龙口千斤顶(4)卸载的总顶力值与其一侧桥塔千斤顶(12)每级回缩卸载的总顶力值相等，然后切割塔梁临时锚固装置(14)的桥塔临时锚固反力架(11)，切割比例与桥塔千斤顶(12)的卸载比例相同；且当每级对称卸载完成后，同一断面位置的桥塔千斤顶(12)或合龙口千斤顶(4)行程差不大于1mm，顶力差不大于10t才能进行下一级调整。

2.根据权利要求1所述的自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换方法，其特征在于：塔梁临时锚固装置(14)内各自布置2台桥塔千斤顶(12)，合龙口(3)处布置4～6台合龙口千斤顶(4)。

3.根据权利要求1所述的自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换方法，其特征在于：桥塔千斤顶(12)和合龙口千斤顶(4)均采用500t千斤顶。

4.根据权利要求1所述的自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换方法，其特征在于：在分级对称卸载之前，先沿着主梁(16)纵向将桥塔临时锚固反力架(11)割开一个8～12cm的缺口。

5.根据权利要求1所述的自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换方法，其特征在于：步骤四中焊接需求值为18～22mm。

6.根据权利要求1所述的自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换方法，其特征在于：步骤四中锁定合龙口千斤顶(4)和桥塔千斤顶(12)后，对合龙口(3)处的马板进行焊接；马板焊接完成后，将桥塔千斤顶(12)完全卸载，完全拆除塔梁临时锚固装置(14)，合龙口千斤顶(4)保持受力状态，对合龙口(3)处的箱梁进行环缝焊接，环缝焊接结束后，卸载合龙口千斤顶(4)。

7.根据权利要求6所述的自锚式悬索桥先缆后梁施工的体系转换方法，其特征在于：在2小时内完成马板焊接；且在马板焊接过程中，当环境温度变化导致桥塔千斤顶(12)或合龙口千斤顶(4)顶力变化大于10t时，调节桥塔千斤顶(12)直至锁定时顶力值。