CN107190627B - 部分地锚式悬索桥及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种部分地锚式悬索桥及其施工方法，包括两个边墩、架设在两个边墩上的主梁、位于两个边墩之间的主塔、架设在主塔上并锚固于主梁两端的主缆、用于提拉主梁的吊杆、设置在主梁两端之外的地锚以及用于连接地锚和主梁端部的锚索，施工方法既有别于传统自锚式悬索桥，又有别于传统地锚式悬索桥。与现有技术相比，本发明扩展了悬索桥的经济跨径：该桥型有利于同时发挥地锚式悬索桥和自锚式悬索桥的优势、进一步提升悬索桥的竞争力，与传统地锚式悬索桥相比，主梁可分担主缆部分拉力，减少地锚的体量规模，节省造价；与传统自锚式悬索桥相比，地锚的锚索可以减少主梁轴向压力，改善梁体受力情况，提高跨径。

Description

部分地锚式悬索桥及其施工方法

技术领域

本发明属于桥梁领域，涉及一种部分地锚式悬索桥及其施工方法。

背景技术

悬索桥一般可分为地锚式悬索桥和自锚式悬索桥。地锚式悬索桥与自锚式悬索桥相比明显的外形特征就是前者的主缆是锚固在地锚(如锚碇)上的，而后者没有地锚、主缆直接锚固在主梁端部。结构受力方面，地锚式悬索桥的加劲梁不承受主缆的水平力，是受弯构件，而自锚式悬索桥的主梁为压弯构件。两者的施工建造方法也大相径庭，前者的加劲梁一般是通过安装在主缆上的吊机进行架设，而后者的主梁一般是通过增设临时支架或支墩进行架设。由于结构受力和施工建造方法方面的差异，因此地锚式悬索桥的跨度比自锚式悬索桥大许多。地锚式悬索桥适合于千米级的大跨度或超大跨度桥梁的建造，而自锚式悬索桥适合300m的中小跨度桥梁。虽然自锚式悬索桥在一些特定桥位处相比同等跨度的斜拉桥、拱桥等具有一定的竞争优势，但是因自锚式悬索桥必须先行架设主梁而限制了更优越的施工建造方法的应用，尤其是对于跨越重要航道或水域的桥梁，因此也降低了自锚式悬索桥与300～600m跨度的斜拉桥或拱桥的竞争优势。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种部分地锚式悬索桥及其施工方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种部分地锚式悬索桥，包括两个边墩、架设在两个边墩上的主梁、位于两个边墩之间的主塔、架设在主塔上并锚固于主梁两端的主缆、用于提拉主梁的吊杆、设置在主梁两端之外的地锚以及用于连接地锚和主梁端部的锚索。

从结构受力和功能上来讲，本发明的部分地锚式悬索桥的地锚既可以分担主缆部分拉力、又同时减小了主梁轴向压力。这是本发明既有别于传统地锚式悬索桥的主缆拉力完全由地锚承担，又有别于传统自锚式悬索桥的主缆拉力完全由主梁承担的明显特征。地锚的体量规模或所需要承受的拉力相比同等条件下地锚式悬索桥的要小，故而本发明称为部分地锚式悬索桥。

作为优选的实施方式，所述的主梁的两端均设有主缆锚固位和锚索锚固位，所述的主缆架设在主塔上并锚固于主梁两端的主缆锚固位，所述的地锚通过锚索与主梁两端的锚索锚固位连接。

主缆锚固位与锚索锚固位可以通过具体的构造设计确保其锚固系统的可行和可靠。

作为优选的实施方式，所述的锚索的一端作为可调张拉端锚固在地锚上，另一端作为固定端锚固在主梁端部。

作为优选的实施方式，所述的锚索的索力采用千斤顶张拉、设置锚下压力传感器或拉索加速度传感器进行观测和记录，并通过千斤顶张拉进行调整。从而满足建造施工需要或设计要求，以确保桥梁的结构受力状态安全。

作为优选的实施方式，所述的地锚具体结构形式可以根据地质等场地情况采用重力式锚碇或岩锚，所述的锚索可根据功能和性能要求采用预应力钢绞线、平行钢绞线拉索或平行钢丝拉索等。

部分地锚式悬索桥的施工方法，既有别于传统自锚式悬索桥，又有别于传统地锚式悬索桥：

分地锚式悬索桥的主缆在主梁架设完成前进行施工，主缆和主梁施工过程中主缆的拉力由地锚及其锚索承担，并根据施工进程适时进行锚索索力监测与调整，待主梁形成整体结构后，对锚索进行放张，减小锚索索力，同时主梁由受弯状态转变为压弯状态；

或，所述的主缆在主梁架设完成后进行施工，再通过调整锚索拉力来分担主缆部分拉力，减小主梁轴向压力。

其中，主梁架设可以采用类似传统地锚悬索桥主梁的架设方法，如采用缆索吊机进行主梁节段的吊装。

作为优选的实施方式，当所述的主缆在主梁架设完成前进行施工时，施工方法包括以下步骤：

(1)施工主塔、边墩和地锚，搭设边跨施工临时支架或支墩，在边跨临时支架或支墩上施工梁端部分主梁；

(2)安装锚索，架设主缆，同时对锚索的索力进行监测和调整；

(3)安装吊杆；

(4)架设主梁，在主梁的架设过程中，进行索力、地锚变位及主梁端部水平变位的监测，并根据施工进程张拉调整锚索的索力；

(5)主梁形成整体后，拆除边跨施工临时支架或支墩，放张锚索，将锚索的部分拉力转移成主梁的压力；

(6)完成后续桥面系、附属设施的施工，直至完成所述的部分地锚式悬索桥的施工。

作为优选的实施方式，所述的地锚采用重力锚。这种情况下，可以充分发挥锚碇基础-岩土间的被动土压力，通过地锚变位监测和索力监测确保施工过程的安全，这样可以减小重力式锚碇的设计体量和规模，从而节约工程造价。

作为优选的实施方式，为了减小锚索的最大索力和地锚的体量规模，所述的主梁采用适合两阶段施工的组合结构，包括钢-混组合梁。施工过程中，钢主梁形成整体，锚索放张后，再进行混凝土桥面板的施工，从而形成钢-混组合结构主梁。

作为优先的实施方式，当所述的主缆在主梁架设完成后进行施工时，包括以下步骤：

(1)施工主塔、边墩和地锚，搭设施工临时支架或支墩，在临时支架或支墩上施工全桥主梁；

(2)安装锚索，架设主缆，同时对锚索的索力进行监测和调整；

(3)安装吊杆，并对其进行张拉，同时张拉地锚锚索分担主梁部分轴向压力；

(4)吊杆张拉完毕后，调整锚索索力，拆除施工临时支架或支墩；

(5)完成后续桥面系及附属设施的施工，直至完成所述的部分地锚式悬索桥的施工。

地锚及其锚索可以根据设计和结构受力需要，承受主缆的部分恒载拉力和运营期的部分活载拉力。

本发明的主塔不限于双塔结构形式，也适用于独塔、三塔或更多塔的结构形式。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明扩展了悬索桥的经济跨径：该桥型有利于同时发挥地锚式悬索桥和自锚式悬索桥的优势、进一步提升悬索桥的竞争力，特别地，可在千米级以下桥型或特殊桥位桥梁中提高悬索桥的竞争优势。与传统地锚式悬索桥相比，主梁可分担主缆部分拉力，减少地锚的体量规模，节省造价；与传统自锚式悬索桥相比，地锚的锚索可以减少主梁轴向压力，改善梁体受力情况，提高跨径。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的部分地锚式悬索桥的施工工序之一；

图3为本发明的部分地锚式悬索桥的施工工序之二；

图4为本发明的部分地锚式悬索桥的施工工序之三；

图5为本发明的部分地锚式悬索桥的施工工序之四。

图中，1为河床线或地面线，2为水面线，3为桥下通航净空界限，4为引桥，101为主塔，102为边墩，103为主梁，104为主缆，105为吊杆，106为主缆锚固位，201为地锚，202为锚索，203为锚索锚固位，301为施工临时支架或支墩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例的部分地锚式悬索桥为双塔结构，如图1所示，包括两个边墩102、架设在两个边墩102上的主梁103、位于两个边墩102之间的两个主塔101、架设在主塔101上并锚固于主梁103两端的主缆104、用于提拉主梁103的吊杆105、设置在主梁103两端之外的地锚201以及用于连接地锚201和主梁103端部的锚索202。

主梁103的两端均设有主缆锚固位106和锚索锚固位203，主缆104架设在主塔101上并锚固于主梁103两端的主缆锚固位106，地锚201通过锚索202与主梁103两端的锚索锚固位203连接。进一步地，锚索锚固位203与主缆锚固位106可以通过具体的构造设计确保其锚固系统的可行和可靠。锚索202的一端作为可调张拉端锚固在地锚201上，另一端作为固定端锚固在主梁103端部。锚索202的索力采用千斤顶张拉、设置锚下压力传感器或拉索加速度传感器等进行观测和记录，并通过千斤顶张拉进行调整，从而满足建造施工需要或设计要求，以确保桥梁的结构受力状态安全。地锚201可以根据地质等场地情况采用重力式锚碇或岩锚，锚索202可根据功能和性能要求采用预应力钢绞线、平行钢绞线拉索或平行钢丝拉索等。

从外观上来讲：与传统自锚式悬索桥相比，部分地锚式悬索桥增加了地锚201、锚索202和锚索锚固位203；与传统地锚式悬索桥相比，“主缆”分为两部分，即主缆104和锚索202，并从功能构造上增加了主缆锚固位106和锚索锚固位203。

本发明的部分地锚式悬索桥的建造过程即有别于传统自锚式悬索桥，又有别于传统地锚式悬索桥。与传统自锚式悬索桥的建造过程相比：

主缆104在主梁103架设完成前进行施工，主梁103架设可以采用类似传统地锚悬索桥主梁的架设方法，如采用缆索吊机进行主梁节段的吊装，主缆104和主梁103施工过程中主缆104的拉力由地锚201及锚索202承担，并根据施工进程适时进行锚索202索力监测与调整，待主梁103形成整体结构后，对锚索202进行放张，减小锚索202索力，同时主梁103由受弯状态转变为压弯状态；

或者主缆104在主梁103架设完成后进行施工，再通过调整锚索202拉力来分担主缆104部分拉力，减小主梁103轴向压力。

一、当主缆104在主梁103架设完成前进行施工时，包括以下步骤：

(1)施工主塔101、边墩102和地锚201，搭设边跨施工临时支架或支墩301，在边跨临时支架或支墩301上施工梁端部分主梁103，尤其是主梁上的主缆锚固位106和主梁上的锚索锚固位203，如图2所示；

(2)安装锚索202，架设主缆104，同时对锚索202的索力进行监测和调整，本实施例的锚索张拉端设置在连接地锚201的一端，如图3所示；

(3)安装吊杆105，如图4所示；

(4)架设主梁103，采用缆索吊机或其他吊装方式进行主梁103的架设，主梁103可以逐节段进行吊装，直至主梁103形成整体，在主梁103的架设过程中，进行索力、地锚变位及主梁端部水平变位的监测，并根据施工进程张拉调整锚索202的索力，如图5所示；

(5)主梁103形成整体后，拆除边跨施工临时支架或支墩301，放张锚索202，将锚索202的部分拉力转移成主梁103的压力，即主缆水平分力-锚索水平分力＝主梁轴向压力；

(6)完成后续桥面系及附属设施的施工，直至完成部分地锚式悬索桥的施工，连接引桥4，如图1所示。

在主梁的端部，主缆的拉力、锚索的拉力及主梁的压力三者平衡。

其中，施工前，根据地质情况、河床线或地面线1、水面线2及桥下通航净空界限3等确定主塔101、边墩102和主梁103的设计参数。

地锚201采用重力锚，可以充分发挥锚碇基础-岩土间的被动土压力，通过锚碇位移监测和索力监测确保施工过程的安全，这样可以减小地锚的设计体量和规模，从而节约工程造价。

为了减小锚索的最大索力和地锚的体量规模，主梁103采用适合两阶段施工的组合结构，包括钢-混组合梁。施工过程中，钢主梁形成整体，锚索放张后，再进行混凝土桥面板的施工，从而形成钢-混组合结构主梁。

二、当主缆104在主梁103架设完成后进行施工时，包括以下步骤：

(1)施工主塔101、边墩102和地锚201，搭设施工临时支架或支墩，在临时支架或支墩上施工全桥主梁103；

(2)安装锚索202，架设主缆104，同时对锚索202的索力进行监测和调整；

(3)安装吊杆105，并对其进行张拉，同时张拉锚索202分担主梁103的部分轴向压力；

(4)吊杆105张拉完毕后，调整锚索202索力，拆除施工临时支架或支墩；

(5)完成后续桥面系及附属设施的施工，直至完成所述的部分地锚式悬索桥的施工。

最后应说明的是，以上具体实施方式用于说明本发明的技术方案，本领域的技术人员应当理解，根据本发明的技术方案进行等同修改或替换，如独塔部分地锚式悬索桥、三塔或更多塔部分地锚式悬索桥，而不脱离本发明的范围和精神，均应涵盖在本发明要求的权利范围内。

Claims (11)

1.一种部分地锚式悬索桥，其特征在于，包括两个边墩(102)、架设在两个边墩(102)上的主梁(103)、位于两个边墩(102)之间的主塔(101)、架设在主塔(101)上并锚固于主梁(103)两端的主缆(104)、用于提拉主梁(103)的吊杆(105)、设置在主梁(103)两端之外的地锚(201)以及用于连接地锚(201)和主梁(103)端部的锚索(202)。

2.根据权利要求1所述的一种部分地锚式悬索桥，其特征在于，所述的主梁(103)的两端均设有主缆锚固位(106)和锚索锚固位(203)，所述的主缆(104)架设在主塔(101)上并锚固于主梁(103)两端的主缆锚固位(106)，所述的地锚(201)通过锚索(202)与主梁(103)两端的锚索锚固位(203)连接。

3.根据权利要求1所述的一种部分地锚式悬索桥，其特征在于，所述的锚索(202)的一端作为可调张拉端锚固在地锚(201)上，另一端作为固定端锚固在主梁(103)端部。

4.根据权利要求3所述的一种部分地锚式悬索桥，其特征在于，所述的锚索(202)的索力采用千斤顶张拉、设置锚下压力传感器或拉索加速度传感器进行观测和记录，并通过千斤顶张拉进行调整。

5.根据权利要求1所述的一种部分地锚式悬索桥，其特征在于，所述的地锚(201)采用重力式锚碇或岩锚，所述的锚索(202)采用预应力钢绞线、平行钢绞线拉索或平行钢丝拉索。

6.如权利要求1～5任一所述的部分地锚式悬索桥的施工方法，其特征在于：

所述的主缆(104)在主梁(103)架设完成前进行施工，主缆(104)和主梁(103)施工过程中主缆(104)的拉力由地锚(201)及锚索(202)承担，并根据施工进程适时进行锚索(202)索力监测与调整，待主梁(103)形成整体结构后，对锚索(202)进行放张，减小锚索(202)索力，同时主梁(103)由受弯状态转变为压弯状态；

或，所述的主缆(104)在主梁(103)架设完成后进行施工，再通过调整锚索(202)拉力来分担主缆(104)部分拉力，减小主梁(103)轴向压力。

7.根据权利要求6所述的部分地锚式悬索桥的施工方法，其特征在于，当所述的主缆(104)在主梁(103)架设完成前进行施工时，包括以下步骤：

(1)施工主塔(101)、边墩(102)和地锚(201)，搭设边跨施工临时支架或支墩(301)，在边跨临时支架或支墩(301)上施工梁端部分主梁(103)；

(2)安装锚索(202)，架设主缆(104)，同时对锚索(202)的索力进行监测和调整；

(3)安装吊杆(105)；

(4)架设主梁(103)，在主梁(103)的架设过程中，进行索力、地锚变位及主梁端部水平变位的监测，并根据施工进程张拉调整锚索(202)的索力；

(5)主梁(103)形成整体后，拆除边跨施工临时支架或支墩(301)，放张锚索(202)，将锚索(202)的部分拉力转移成主梁(103)的压力；

(6)完成后续桥面系及附属设施的施工，直至完成所述的部分地锚式悬索桥的施工。

8.根据权利要求7所述的部分地锚式悬索桥的施工方法，其特征在于，所述的地锚(201)采用重力锚。

9.根据权利要求7所述的部分地锚式悬索桥的施工方法，其特征在于，所述的主梁(103)采用适合两阶段施工的组合结构。

10.根据权利要求9所述的部分地锚式悬索桥的施工方法，其特征在于，适合两阶段施工的组合结构包括钢-混组合梁。

11.根据权利要求6所述的部分地锚式悬索桥的施工方法，其特征在于，当所述的主缆(104)在主梁(103)架设完成后进行施工时，包括以下步骤：

(1)施工主塔(101)、边墩(102)和地锚(201)，搭设施工临时支架或支墩，在临时支架或支墩上施工全桥主梁(103)；

(2)安装锚索(202)，架设主缆(104)，同时对锚索(202)的索力进行监测和调整；

(3)安装吊杆(105)，并对其进行张拉，同时张拉锚索(202)分担主梁(103)的部分轴向压力；

(4)吊杆(105)张拉完毕后，调整锚索(202)索力，拆除施工临时支架或支墩；

(5)完成后续桥面系及附属设施的施工，直至完成所述的部分地锚式悬索桥的施工。

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