CN108252220A - 一种特大跨度劲性骨架的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特大跨度劲性骨架的施工方法，包括以下步骤，在山谷两端架设斜拉扣挂系统，自拱脚两边对称逐段拼接至预设定节段，从山谷的宽端往山谷的窄端方向拼接劲性骨架节段直至合拢，得到拱圈劲性骨架；往拱圈劲性骨架的钢管内压注管内混凝土；待管内混凝土达到设计强度后，浇筑拱圈劲性骨架的外包混凝土。采用先对称后不对称的方式，只设定一个起吊平台，极大的方便了施工及保证了安全，节约了工期和成本，克服了地形陡峭、施工场地狭窄引起的施工困难，实现了大跨度劲性骨架的顺利安装。

Description

一种特大跨度劲性骨架的施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工研究领域中的一种施工方法，特别是一种特大跨度劲性骨架的施工方法。

背景技术

随着我国高速铁路的快速发展，特别是在西南山区铁路的建设中，越来越多的遇到需采用大跨度拱桥进行跨越高山峡谷地形。钢筋混凝土拱桥与其他材料拱桥相比具有刚度大、温度变形小、经济性好等优点，能更好的满足高速铁路对桥梁结构的要求。基于上述原因，在高速铁路建设过程中，若需要修建大跨度拱桥，钢筋混凝土拱桥是优选选择的方案。

也正是由于钢筋混凝土拱桥存在上述优点。近年来，该桥型在桥梁建筑领域中的发展非常迅速。在1997年我国就建成了420米大跨度的钢筋混凝土拱桥——万县长江大桥，该桥采用钢管混凝土劲性骨架外包混凝土法成拱。该桥的建成也使得劲性骨架法成拱技术跨上一个新的台阶，也使得采用该技术建造体量更大的铁路大跨度混凝土拱桥成为可能。

但是，现有技术中的劲性骨架一般采用对称拼装拱圈劲性骨架直至合拢，但是这种方法对地形环境要求比较高，有足够的空间去建立起吊平台。而对于一些高山峡谷的地形，没有足够的空间建立合适的起吊平台，故现有的劲性骨架的施工方法无法使用。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种特大跨度劲性骨架的施工方法，其采用先对称后不对称的架设方式将劲性骨架拼装至合拢。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种特大跨度劲性骨架的施工方法，包括以下步骤，

1)在山谷两端架设斜拉扣挂系统，自拱脚两边对称逐段拼接至预设定节段，从山谷的宽端往山谷的窄端方向拼接劲性骨架节段直至合拢，得到拱圈劲性骨架；

2)往拱圈劲性骨架的钢管内压注管内混凝土；

3)待管内混凝土达到设计强度后，浇筑拱圈劲性骨架的外包混凝土。

作为上述技术方案的进一步改进，在步骤1)中，在山谷的窄端设置一个起吊平台，通过斜拉扣挂系统中的缆索吊机将位于起吊平台的劲性骨架节段吊装并拼接至预定节段后，缆索吊机将起吊平台的劲性骨架节段吊装并从山谷的宽端拼接至桥位的中间里程，将劲性骨架节段输送至山谷窄端需拼接位置下方，从桥位的中间里程往山谷窄端依次吊装劲性骨架节段并拼接至合拢。

作为上述技术方案的进一步改进，位于山谷窄端的劲性骨架节段通过钢管垫座存放在山谷的河道内。

作为上述技术方案的进一步改进，每一个劲性骨架节段的上端面铺设有边箱底板。

作为上述技术方案的进一步改进，在步骤3)中，对拱圈劲性骨架分环，沿拱圈劲性骨架的截面划分为边箱底板、拱脚段全断面、边箱腹板、边箱顶板、中箱底板和中箱顶板；按上述分环划分进行浇筑，浇筑顺序为：边箱底板、拱脚段全断面、边箱腹板、边箱顶板、中箱底板和中箱顶板。

作为上述技术方案的进一步改进，在浇筑边箱底板的混凝土时，依托劲性骨架，沿立模分六个工作面对称浇筑边箱底板的混凝土直至合拢；浇筑拱脚段全断面的混凝土时，利用斜拉扣挂索和劲性骨架，分5个节段对称同步全断面外包拱脚段腹板和顶板的混凝土；浇筑边箱腹板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段同步浇筑边箱拱顶段下腹板的混凝土直至合拢；浇筑边箱顶板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段浇筑边箱顶板的混凝土直至合拢，从拱顶至拱脚依次拆除扣索及相应背索；浇筑中箱底板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段浇筑中箱底板的混凝土直至合拢；浇筑中箱顶板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段浇筑中箱顶板的混凝土直至合拢。

本发明的有益效果是：本发明中拱圈劲性骨架的架设采用先对称后不对称的方式，只设定一个起吊平台，极大的方便了施工及保证了安全，节约了工期和成本，克服了地形陡峭、施工场地狭窄引起的施工困难，实现了大跨度劲性骨架的顺利安装。另外，本发明对拱脚段拱圈采用斜拉扣挂悬浇法全断面外包施工，其余段拱圈按纵向分段、横向分环的平衡加载法外包施工，实现了多箱室、大断面劲性骨架外包混凝土现浇施工，极大降低了拱圈控制截面的应力，丰富了特大跨径混凝土拱桥的成拱技术。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明中劲性骨架节段吊装的示意图一；

图2是本发明中劲性骨架节段吊装的示意图二；

图3是本发明中劲性骨架节段吊装的示意图三；

图4是本发明中拱圈劲性骨架的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1～图4，一种特大跨度劲性骨架的施工方法，包括以下步骤，

1)在山谷两端架设斜拉扣挂系统，自拱脚两边对称逐段拼接至预设定节段，从山谷的宽端往山谷的窄端方向拼接劲性骨架节段2直至合拢，得到拱圈劲性骨架；

2)往拱圈劲性骨架的钢管内压注管内混凝土；

3)待管内混凝土达到设计强度后，浇筑拱圈劲性骨架的外包混凝土。

进一步作为优选的实施方式，在步骤1)中，在山谷的窄端设置一个起吊平台，通过斜拉扣挂系统中的缆索吊机将位于起吊平台的劲性骨架节段2吊装并拼接至预定节段后，缆索吊机将起吊平台的劲性骨架节段2吊装并从山谷的宽端拼接至桥位的中间里程，将劲性骨架节段2输送至山谷窄端需拼接位置下方，从桥位的中间里程往山谷窄端依次吊装劲性骨架节段2并拼接至合拢。

进一步作为优选的实施方式，位于山谷窄端的劲性骨架节段2通过钢管垫座存放在山谷的河道内。

进一步作为优选的实施方式，每一个劲性骨架节段2的上端面铺设有边箱底板。将边箱底板和劲性骨架节段2一起吊装，节省工序，边箱底板也可以作为外包时其他模板安装的通道。

进一步作为优选的实施方式，在步骤3)中，对拱圈劲性骨架分环，沿拱圈劲性骨架的截面划分为边箱底板、拱脚段全断面、边箱腹板、边箱顶板、中箱底板和中箱顶板；按上述分环划分进行浇筑，浇筑顺序为：边箱底板、拱脚段全断面、边箱腹板、边箱顶板、中箱底板和中箱顶板。

进一步作为优选的实施方式，在浇筑边箱底板的混凝土时，依托劲性骨架，沿立模分六个工作面对称浇筑边箱底板的混凝土直至合拢；浇筑拱脚段全断面的混凝土时，利用斜拉扣挂索和劲性骨架，分5个节段对称同步全断面外包拱脚段腹板和顶板的混凝土；浇筑边箱腹板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段同步浇筑边箱拱顶段下腹板的混凝土直至合拢；浇筑边箱顶板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段浇筑边箱顶板的混凝土直至合拢，从拱顶至拱脚依次拆除扣索及相应背索；浇筑中箱底板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段浇筑中箱底板的混凝土直至合拢；浇筑中箱顶板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段浇筑中箱顶板的混凝土直至合拢。

以下是本发明优选的一个实施例：

界墩采用翻模分段施工，共加工4层模板，每层2m，总共8m。内模采用木模，每节段现场拼装。在拱座基础上安装塔吊1，配合材料的倒运和模板的装拆。施工时，每次浇注一个节段6m的高度，即每次翻3层模板。翻模时，保留最顶上一层模板，作为翻升下层模板的持力部分，然后，把最下3层模板拆开，利用塔吊1将模板吊起，并放置于顶层模板相应平面位置上，将模板与周围模板联接。重复以上操作至墩身浇筑完成。

混凝土浇筑通过接泵管至浇筑面，用地泵泵送入模。施工过程中要注意高空作业安全，严格检查模板加固系统。

墩横梁采用挂壁支架法施工，即利用墩身中预埋的爬锥预埋件将现浇支架固定在已浇筑交界墩混凝土上，然后在支架上安装模板、绑扎钢筋，最后浇筑横梁混凝土。

该方案与落地支架方案相比，施工方便，极大的减少了钢材用量，特别是对墩高比较高的横梁施工具有很大的优点。

帽梁采用顶帽底模及钢筋在起吊平台一次拼装完成后整体吊装的施工方案。即根据设计尺寸在桥位下方的起吊平台上拼装帽梁底模及钢筋，拼装前要设置好吊装骨架。拼装完成后用缆索吊机一次性吊装就位。0#块钢筋也是在起吊平台整体绑扎吊装。

劲性骨架由上、下游桁架拱肋及其间的横向联接系构成，全桥拱圈劲性骨架划分为80个安装节段、2个拱脚预埋段和1个跨中合拢段。每个节段分上下游拱肋和横向连接系三部分三次吊装成型。劲性骨架弦管采用8根材质Q370qC的Φ750×24mm钢管，联接系为等边角钢及缀板联接的组合杆件。全桥劲性骨架钢材用量约4500t。

劲性骨架沿拱轴线方向为等高，上、下弦钢管中心桁高8m，骨架沿纵向变宽，其中拱顶315m段为16.8m等宽，拱脚65m段为16.8～26.8m变宽。变宽段两拱肋间的内侧桁片平行，横向联接系长度不变，宽度变化由外侧桁片外倾来实现，外倾角度为3.429°。桁架拱肋两桁片在等宽段桁距为3.5m，变宽段桁距为3.5～8.5m变化。全桥横向联接系长度均为9.8m，每个吊装节段均设一榀横向联接系。

起吊平台位于桥位下靠山谷的窄端侧公路边，便于节段运输和吊装。起吊平台平面尺寸为30m×33m，采用钢管基础，贝雷梁和混凝土面板结构。

起拱段支架利用后续劲性骨架起拱段外包混凝土现浇支架。支架由钢管柱基础及型钢分配梁组成。

斜拉扣挂系统包括扣塔和扣锚碇。扣塔分两部分，一部分是交界墩本身，另一部分是设置在交界墩墩顶0#块上的钢结构塔架。该方案充分利用了永久结构交界墩，只需对交界墩局部进行加强，极大的减少了新设钢结构落地扣塔的工程量和安全风险，节约了工期，永临结合节省了投资。扣锚碇同样遵循了永临结合的原则，即利用了部分引桥墩台的基础，通过与设计单位沟通，对墩台基础进行了加强(预应力锚索)，将锚碇直接设置于承台基础上。另一部分则是设置在边坡上了钢结构锚碇，通过预应力锚索锚固于山体山。

劲性骨架节段2采用缆索吊空中运输，斜拉扣挂悬臂拼装法进行架设。每个节段分为上、下游拱肋和横向联接系三部分三次吊装成型，吊装顺序为小里程、大里程对应架设，待所有悬臂劲性骨架节段2安装完成，等待合拢段安装。骨架拼装张拉扣索、背索力以控制交界墩墩顶水平位移为原则，同时兼顾墩底应力。

采用斜拉扣挂系统，锚索、扣索均采用钢绞线束(抗拉强度标准值为1860MPa)，一一对应设置。两岸扣索张拉端分别设在交界墩每道横梁和扣塔顶，锚固端设于钢管拱前端的扣梁上；锚索张拉端设在交界墩每道横梁和扣塔顶，固定端设在两岸锚碇处。固定端均采用P锚形式，张拉端根据计算张拉力选用相应的OVM锚具。

吊装时每节段吊点均采用固定吊点方式进行。

骨架节段就位后，应及时联结，节段间弦管采用高强螺栓临时连接，节段间钢管接头焊接应及时跟进，其进度落后吊装不能超过2个节段。

劲性骨架扣索、锚索采用卷扬机辅助牵引到位。在两岸分别布置二台1～3吨的卷扬机，并在塔顶适当的位置设置转向滑轮，满足各扣、锚索的牵引工作。临时连接螺栓连接完成后，根据监控单位提供的张拉力，张拉扣锚索，并复测线形，满足要求后摘掉缆索吊吊钩，进行下一节段的吊装。

提前考虑后续外包混凝土施工措施，劲性骨架吊装前在起吊平台将外包底模安装到位，并随劲性骨架一起吊装就位。该方案比在劲性骨架架设完毕后再安装底模的方案节约了大量的时间，且底模为后续施工提供了安全平台，减小了安全风险。过程中因架设顺序的调整及外包底模引起的荷载变化，对劲性骨架线形及应力有很大影响，现场依托设计和监控单位，在架设过程中及时对扣锚索索力、扣塔偏位进行调整，保证了线形及结构安全。

交界墩作为扣塔结构，是整个吊装作业的生命线。在施工过程中由于预先张拉锚索及后期扣索索力的变化引起的交界墩顶不平衡水平力，通过缆风索抵销一部分，然后完全由交界墩承受，严控交界墩扣塔塔顶的纵向位移值，是劲性骨架吊装的关键。为保证扣锚系的安全，在交界墩扣塔顶部及扣索锚碇的关键部位设置观测点。

劲性骨架逐节拼装，逐节调整锚索、扣索的索力，使劲性骨架线型达到设计要求。根据现场实际情况确定整个劲性骨架吊装的合拢段，合拢时定在合拢当天最佳温度时段进行。

仅在山谷的窄端设置了起吊平台，起吊平台不是在桥位的中心里程。当山谷的窄端架设至13节以后，限制了起吊空间，剩余节段无法吊装。所以现场架设顺序采用对称---不对称方案。即两岸对称架设至13节段后，先将山谷的宽端架设至20节段，然后将山谷的窄端剩余节段按逆序加工预先存放至对应的起吊位置，再依次架设，直至合拢。具体地，将劲性骨架节段2输送至山谷窄端需拼接位置下方，从桥位的中间里程往山谷窄端依次吊装劲性骨架节段2并拼接至合拢。

将联接系架设调整为在有扣索的节段(偶数节段)先装，等主拱全部合拢后再完成剩余(奇数节段)联接系的安装。通过方案的调整，确保了劲性骨架的按时合拢。

合拢前应对拱圈进行全面的线形、位置调整，同时应对拱圈进行不小于24小时的温度影响观测，并绘制一个反映升温和降温过程中的“温度-悬臂端点挠度”关系曲线，在此基础上进行修正。拱圈选择一个温度稳定时段进行合拢。

b、合拢时须安排操作人员进行同时合拢。合拢前对拱圈位置及线形进行精测。按照相关规范及设计要求，通过扣索和导链拉拽等方式对合拢口进行微调，调整到位后锁定两岸合拢端口。填入合拢段钢管，在锁定温度下同时完成对接环焊缝的焊接，最后解除临时锁定，完成拱圈的正式合拢。

环焊缝焊接和临时锁定应在同一温度下。

d、临时锁定原则：先锁定下弦4根管，再锁定上弦4根管。

e、锁定完成后吊装合拢段钢管过程中环焊缝的焊接必须在选定的合拢时间内(温度下)8根管同时施焊。

f、所有现场焊缝必须通过探伤检测。

压注管内混凝土如下：

单根钢管管内混凝土顶升压注采用两岸对称从拱脚一次性压注的方案。单根钢管两侧拱脚各设一处注浆管，并在两侧各设一处备用注浆管。注浆管安装在上下弦管顶面或侧面，注浆管与拱肋轴线夹角在10°-15°之间，注浆管伸入拱肋管内10cm，外露50cm。注浆管应与输送管同型号，注浆管应设防回流阀门，防止混凝土回流。注浆管应加焊加劲板与拱肋管连接，焊缝应封闭不得漏浆。

从拱顶出浆孔内插入水管，利用水冲洗主弦管，然后在拱脚处出渣排水孔用高压水冲洗拱脚预埋段弦管，并用抽水泵将管内的杂物及水抽出管外，完成后迅速将出渣排水口焊接封闭(采用割掉的部分补偿焊牢)。在正式压注管内混凝土之前，泵送2m3水泥浆润滑混凝土泵及泵管，然后将安装在泵管头上的插板式阀门与主弦管上的泵管连接。

现场控制混凝土泵送速度在0.3～0.5m3/min左右，拱顶隔板两侧混凝土泵送填满直到排浆口流出合格混凝土后，关闭出浆管阀门及插板式阀门，拆除泵管，收回设备。

在混凝土压注过程中如出现混凝土泵压力过大现象时，调整泵送方法，采用二级泵送，将混凝土输送泵与备用泵管连接，继续向弦管内泵送混凝土直至从拱顶排浆孔冒出合格混凝土为止，同时关闭出浆管阀门及插板式阀门，拆除泵管，收回设备。

对拱圈劲性骨架分环，沿拱圈劲性骨架的截面划分为边箱底板、拱脚段全断面、边箱腹板、边箱顶板、中箱底板和中箱顶板；按上述分环划分进行浇筑，浇筑顺序为：边箱底板、拱脚段全断面、边箱腹板、边箱顶板、中箱底板和中箱顶板。

在浇筑边箱底板的混凝土时，依托劲性骨架，沿立模分六个工作面对称浇筑边箱底板的混凝土直至合拢；浇筑拱脚段全断面的混凝土时，利用斜拉扣挂索和劲性骨架，分5个节段对称同步全断面外包拱脚段腹板和顶板的混凝土；浇筑边箱腹板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段同步浇筑边箱拱顶段下腹板的混凝土直至合拢；浇筑边箱顶板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段浇筑边箱顶板的混凝土直至合拢，从拱顶至拱脚依次拆除扣索及相应背索；浇筑中箱底板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段浇筑中箱底板的混凝土直至合拢；浇筑中箱顶板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段浇筑中箱顶板的混凝土直至合拢。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种特大跨度劲性骨架的施工方法，其特征在于：包括以下步骤，

1)在山谷两端架设斜拉扣挂系统，自拱脚两边对称逐段拼接至预设定节段，从山谷的宽端往山谷的窄端方向拼接劲性骨架节段直至合拢，得到拱圈劲性骨架；

2)往拱圈劲性骨架的钢管内压注管内混凝土；

3)待管内混凝土达到设计强度后，浇筑拱圈劲性骨架的外包混凝土。

2.根据权利要求1所述的特大跨度劲性骨架的施工方法，其特征在于：在步骤1)中，在山谷的窄端设置一个起吊平台，通过斜拉扣挂系统中的缆索吊机将位于起吊平台的劲性骨架节段吊装并拼接至预定节段后，缆索吊机将起吊平台的劲性骨架节段吊装并从山谷的宽端拼接至桥位的中间里程，将劲性骨架节段输送至山谷窄端需拼接位置下方，从桥位的中间里程往山谷窄端依次吊装劲性骨架节段并拼接至合拢。

3.根据权利要求2所述的特大跨度劲性骨架的施工方法，其特征在于：位于山谷窄端的劲性骨架节段通过钢管垫座存放在山谷的河道内。

4.根据权利要求1～3任一项所述的特大跨度劲性骨架的施工方法，其特征在于：每一个劲性骨架节段的上端面铺设有边箱底板。

5.根据权利要求1所述的特大跨度劲性骨架的施工方法，其特征在于：在步骤3)中，对拱圈劲性骨架分环，沿拱圈劲性骨架的截面划分为边箱底板、拱脚段全断面、边箱腹板、边箱顶板、中箱底板和中箱顶板；按上述分环划分进行浇筑，浇筑顺序为：边箱底板、拱脚段全断面、边箱腹板、边箱顶板、中箱底板和中箱顶板。

6.根据权利要求5所述的特大跨度劲性骨架的施工方法，其特征在于：在浇筑边箱底板的混凝土时，依托劲性骨架，沿立模分六个工作面对称浇筑边箱底板的混凝土直至合拢；浇筑拱脚段全断面的混凝土时，利用斜拉扣挂索和劲性骨架，分5个节段对称同步全断面外包拱脚段腹板和顶板的混凝土；浇筑边箱腹板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段同步浇筑边箱拱顶段下腹板的混凝土直至合拢；浇筑边箱顶板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段浇筑边箱顶板的混凝土直至合拢，从拱顶至拱脚依次拆除扣索及相应背索；浇筑中箱底板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段浇筑中箱底板的混凝土直至合拢；浇筑中箱顶板的混凝土时，沿立模分六个工作面，每个工作面分五个节段浇筑中箱顶板的混凝土直至合拢。