一种连续梁拱桥钢管拱肋安装施工方法
技术领域
本发明涉及桥梁施工技术领域,更具体地,涉及一种连续梁拱桥钢管拱肋安装施工方法。
背景技术
目前常用拱肋安装方法有异位支架拼装整体纵移法、竖转法、原位桥面拼装法等。其中:
异位支架拼装整体纵移法需在主跨以外的简支梁或路基地段,设置钢管拱安装支架,设置轨道及纵移台车,在支架及纵移台车上安装拱肋后,采用钢绞线将拱脚预紧,拆除支架,采用顶推设备将钢管拱纵向顶推至设计位置。该方法因需从桥下地面搭设拼装支架,当桥下地形复杂时实施条件受到一定限制。
竖转法为将拱肋分成两段半拱,在桥面上搭设半拱拼装支架,完成两段半拱卧拼。在拱脚预埋段接口处设置临时转铰装置,在连续梁0#块上方设置钢结构索塔,在连续梁边跨梁端设置后锚装置,在塔顶后端设置后锚索,前端设置牵引索,利用牵引装置将半拱竖转就位后,桥面吊装合龙段完成拱肋拼装。一般竖转塔架搭设高度较高,高空吊装作业及搭设难度大,锚固系统、牵引系统的安装相对复杂,两个半拱不能同步施工,所需工期较长。
原位拼装法为在主跨桥面搭设原位拼装支架,将拱肋节段及横撑构件吊运至连续梁边跨按顺序摆放,分别在大小里程方向用两台汽车吊完成拱肋拼装。该方法相对于异位支架拼装整体纵移法减少了拱肋纵移轨道及台车、拱脚临时锁紧装置、牵引顶推装置等较大费用投入。相对于竖转法能节约工期2~3个月。
在中国专利申请CN201410739501.1中公开了一种连续系杆钢管拱桥施工方法,该方法虽然解决现有支架法存在施工周期长、安全隐患大、施工难度大等问题,但是由于该方法的支架立柱是支撑在桥梁底部的支撑墩上的,这就造成构建支撑墩的时间成本和材料成本增加,且在该方案中由于塔吊处于钢筋混凝土连续梁主跨之外,因此,需要纵向移位,这就导致其工程施工量变大,影响其施工周期和成本。
发明内容
本发明提供一种连续梁拱桥钢管拱肋安装施工方法,旨在解决现有钢管拱桥施工采用支架法等存在施工周期长、安全隐患大、施工难度较大等问题。
根据本发明的一个方面,提供了一种连续梁拱桥钢管拱肋安装施工方法,包括以下步骤:
步骤S1,对钢管拱拼装支架基础施工,采用汽车吊搭设钢管拱肋拼装支架系统;
步骤S2,在工厂内分节段制作钢管拱肋节段、横撑,运输至施工现场后,从钢筋混凝土连续梁主跨两端往中间依次对称吊装拱肋节段直至拱顶合龙,完成拱肋安装。
在上述方案基础上优选,所述步骤S1中钢管拱肋拼装支架系统的搭设具体包括:
步骤S11,将钢筋混凝土连续梁主跨桥面预留钢筋朝立柱方向弯制并增设钢筋相互绑焊搭接,在立柱端部焊接封底钢板,穿过封底钢板预留孔洞设锚固钢筋,并增设加劲钢板对立柱基础加强,最后浇筑基础混凝土;
步骤S12,支架立柱在现场按设计长度加工,焊接横向连接系,在钢筋混凝土连续梁主跨桥面将钢管立柱、横向连接系焊接呈门字形,再用汽车吊整体吊装,钢管立柱底部焊接于封底钢板上。
在上述方案基础上优选,所述步骤S12还包括,在支架立柱顶面安装分配梁及与拱肋钢管外缘适配的弧形临时支座,在立柱横向连接系上采用型钢设置水平调整限位结构装置。
在上述方案基础上优选,所述钢管立柱上还装设有操作平台,且所述钢管立柱的纵向连接系和横向连接系均采用钢构件焊接而成。
在上述方案基础上优选,所述步骤S2中拱肋节段的吊装过程为:
在钢筋混凝土连续梁主跨桥面的两端分别采用吊车双机抬吊,同步对称往合龙方向安装拱肋节段及横撑,且每安装一节,复测调整已安装节段线形,最后安装合龙段的拱肋节段并安装合龙段的横撑,进行整体焊装。
在上述方案基础上优选,所述拱肋节段采用二吊点吊装,且拱肋节段之间采用临时码板固接。
在上述方案基础上优选,所述吊点采用钢板制作成吊耳并焊接于拱肋节段的上弦管,所述吊点间距为钢管拱肋节段上弦管弧长的0.5倍处,每个吊点距离拱肋端头距离为上弦管弧长的0.25倍处,且每吊装一个节段后将拱肋节段焊接固定于水平调整限位结构。
在上述方案基础上优选,所述步骤S2中,钢管拱合龙节段在工厂加工时,需在钢管合拢节段的每侧预留5cm余长,在吊装合龙节段时,现场测量出合龙口精确长度,并记录当时环境气温,且测量的环境气温在10℃~15℃之间,然后对合龙节精确切割,并按设计要求将切割面打磨坡口,并在测量时相同气温条件下实施合龙节段的安装。
在上述方案基础上优选,所述钢管拱肋的轴线为二次抛物线,现场采用通过测定拱肋上边缘线的方法来确定拱轴线,同时测定拱肋下弦管上缘线复核。
在上述方案基础上优选,采用千斤顶及顶架调整钢管拱肋节段管口的椭圆度并用十字撑固定,确保所述钢管拱肋节段的椭圆度f/d≤3/1000,且f表示所述钢管拱肋节段的管口直径偏差;d表示所述钢管拱肋节段的管口的外径。
本发明的一种连续梁拱桥钢管拱肋安装施工方法,采用原位拼装钢管拱肋的施工方法,支架体系直接搭设在钢筋混凝土连续梁主跨桥面,不仅无需从地面上构建支架体系的支撑墩,成本低廉且施工简单,而且还可避免从地面上构建支架体系的支撑墩造成对桥下公路、铁路、河流等影响,且本发明的支架体系结构简单,搭设简便,可以有效确保拱肋安装精度和焊接质量,保证施工安全。
附图说明
图1为本发明的主跨钢管拱肋节段拼装支架体系结构示意图。
图2为图1的主跨跨中拼装支架体系横截面示意图。
图3为拼装支架体系立柱基础示意图。
图4为拼装支架体系立柱顶面拱肋节段水平调整限位结构装置示意图。
图5为拼装支架体系立柱顶面拱肋节段竖向精确调整装置示意图。
图6为拼装节段钢管端口调整装置示意图。
图7为拱肋节段在安装过程中出现错台处理装置示意图。
图8为拱肋合龙段安装示意图;
图9为本发明的一种连续梁拱桥钢管拱肋安装施工方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
请参阅图9,并结合图图1、图2、图5和图8所示,本发明还提供了一种连续梁拱桥钢管拱肋安装施工方法,包括以下步骤:
步骤S1,对钢管拱拼装支架基础施工,采用汽车塔吊搭设钢管拱肋拼装支架系统2;
其中,钢管拱肋拼装支架系统2的搭设具体包括:
步骤S11,将钢筋混凝土连续梁主跨1桥面预留钢筋9朝立柱方向弯制并增设钢筋相互绑焊搭接,在立柱端部焊接封底钢板6,穿过封底钢板6预留孔洞设锚固钢筋7,并增设加劲钢8板对立柱基础加强,最后浇筑基础混凝土10,具体结构请参阅图3所示;
步骤S12,支架立柱5在现场按设计长度加工,焊接横向连接系12,在钢筋混凝土连续梁主跨1桥面将钢管立柱、横向连接系12焊接呈门字形,再用汽车吊3整体吊装,钢管立柱底部焊接于封底钢板6上。
而在步骤S12还包括,在支架立柱5顶面安装分配梁11及与拱肋钢管外缘适配的弧形临时支座15,在立柱横向连接系12上采用型钢设置水平调整限位结构14装置。与此同时,为了方便拱肋节段4拼装作业,本发明还在钢管立柱上还装设有操作平台13,且钢管立柱的纵向连接系和横向连接系12均采用钢构件焊接而成,以确保确保支架的稳定,具体结构参阅图4和图5所示。
步骤S2,在工厂内分节段制作钢管拱肋节4段、横撑,运输至施工现场后,从钢筋混凝土连续梁主跨1两端往中间依次对称吊装拱肋节段4直至拱顶合龙,完成拱肋安装。
而在步骤S2中拱肋节段4的吊装过程为:
在钢筋混凝土连续梁主跨1桥面的两端分别采用吊车双机抬吊,同步对称往合拢方向安装拱肋节段4及横撑,且每安装一节,复测调整已安装节段线形,最后安装合拢段的拱肋节段4并安装合拢段的横撑,进行整体焊装,其中合拢段的拱肋节段4的安装如图8所示。
且拱肋节段4采用二吊点吊装,且拱肋节段4之间采用临时码板固接,且吊点采用钢板制作成吊耳并焊接于拱肋节段4的上弦管,吊点间距为钢管拱肋节4段上弦管弧长的0.5倍处,每个吊点距离拱肋端头距离为上弦管弧长的0.25倍处,且每吊装一个节段后将拱肋节段4焊接固定于水平调整限位结构14。
进一步的,在步骤S2中,钢管拱合龙节段在工厂加工时,需在钢管合拢节段的每侧预留5cm余长,在吊装合龙节段时,现场测量出合龙口精确长度,并记录当时环境气温,且测量的环境气温在10℃~15℃之间,然后对合龙节精确切割,并按设计要求将切割面打磨坡口,并在测量时相同气温条件下实施合龙节段的安装,以确保安装的精确度,避免外界环境温差造成的精度误差。在合拢节段时,左右两侧同时分别安装,以减少温度变化对合拢精度的影响。
值得说明的时,本发明的钢管拱肋的轴线为二次抛物线,现场采用通过测定拱肋上边缘线的方法来确定拱轴线,同时测定拱肋下弦管上缘线复核。为尽量减少温差对拱肋安装影响,安装施工放样及验收测量尽量安排在7:00~9:00和16:00~18:00时间段进行,其他施工观测及施工验收测量随进度进行。
焊接拱肋节段4时先焊对接环缝,焊接完成后割除临时连接的加肋板,再将加肋板处的焊缝补齐,焊接完成后将焊缝打磨平整,并进行无损探伤合格后,再安装瓦管并进行焊接。钢管拱拱焊接完成后,对所有现场焊缝进行超声波探伤。对于探伤不合各的焊缝采用碳弧气刨,将不合格的焊缝刨开,重新进行焊接,焊接后再次进行探伤,确保焊缝合格为止。
为了确保立柱的直线度,钢管拱在运输及存放过程中拼装节段钢管端口会出现失圆,椭圆度要求f/d≤3/1000,其中,f表示直径偏差;d表示钢管外径;现场处理方法为利用千斤顶16及顶架18处理,并及时用十字撑19固定,如图6所示。
使用时,通过十字支撑19实现对钢管的内部支撑,并利用千斤顶16施加作用力在顶架18上,由于千斤顶16的一端固定下端的顶架18上,千斤顶16的伸缩杆抵触在上端的顶架18上,通过千斤顶16的作用,可以施加作用力在钢管的内圆面上,从而以实现对钢管的失圆度进行调节。
进一步的,拱肋节段4在安装过程中出现错台的问题,即相邻两个拱肋节段4拼接时产生位置高度差,为了提高拼接强度,并提高处理效率和精度,本发明的处理方法是,通过在其中一个拱肋节段4上装设调整千斤顶21,并在相邻的拱肋节段4上装设呈L型的调整架20,使得调整千斤顶21的伸缩杆输出端与调整架20的伸出端对齐,当调整千斤顶21的伸缩杆向上伸出时,调整千斤顶21的伸缩杆作用在调整架20的端面上,带动与调整架20固定连接的相邻拱肋节段4的上升,从而实现对相邻拱肋节段4的高度位置调整及顶架微调并及时用码板固定,具体结构如图7所示。
为进一步详细说明本发明的技术效果,以下将列举具体实施例予以说明。
1、工程简介
武九铁路客运专线马家垄特大桥设计采用(76+160+76)m连续梁拱以27.7度夹角斜跨杭瑞高速公路。拱肋轴线采用二次抛物线,计算跨径L=160m,计算矢高f=32m,矢跨比1/5。拱轴线方程Y=-1/200X2+0.8X。横桥向设置两道拱肋,拱肋中心距为11.8m。
主桥设置两道拱肋,拱肋采用外径φ1000mm,壁厚δ=16mm的钢管混凝土哑铃型截面,上下两钢管中心距2.0m,拱肋截面高3.0m,钢管内灌注C55无收缩混凝土。拱肋之间共设9道桁架式横撑,横撑采用4根φ450×12mm主钢管和32根φ250×10mm钢管。两道拱肋共设置15对双吊杆。
2拱肋安装方案确定
目前常用拱肋安装方法有桥头异位支架拼装整体纵移法、竖转法、原位桥面拼装法等。方案比选如下:
异位支架拼装整体纵移法:在避开高速公路的铁路简支梁或路基地段,设置钢管拱安装支架,设置轨道及纵移台车,在支架及纵移台车上安装拱肋后,采用钢绞线将拱脚预紧,拆除支架,采用顶推设备将钢管拱纵向顶推至设计位置。该方法相对于原位拼装法,虽然可以和现浇连续梁同步实施以节约工期,但需增加拱肋纵移轨道及台车、拱脚临时锁紧装置、牵引顶推装置等较大费用投入。
竖转法:将拱肋分成两段半拱,在桥面上搭设半拱拼装支架,完成两段半拱卧拼。在拱脚预埋段接口处设置临时转铰装置,在连续梁0#块上方设置钢结构索塔,在连续梁边跨梁端设置后锚装置,在塔顶后端设置后锚索,前端设置牵引索,利用牵引装置将半拱竖转就位后,桥面吊装合龙段完成拱肋拼装。通过初步方案设计,竖转塔架需搭设45米高,高空吊装作业及搭设难度大,锚固系统、牵引系统的安装相对复杂,两个半拱不能同步施工。初步分析工期需4.5个月。
原位桥面拼装法:在桥位处搭设支架原位拼装支架(支架可自桥面搭设或自桥下地面搭设,本桥斜跨高速公路,不具备地面支架搭设条件),将拱肋节段4及横撑构件吊运至连续梁边跨按顺序摆放,分别在大小里程方向用两台汽车吊3完成拱肋拼装。初步分析工期需2个月。
结合现场条件,综合考虑工期、质量安全、成本等因素,选择在桥面搭设支架的原位拼装方案。
3拱肋制造分节
综合考虑拱肋吊杆设置位置、现场分节吊装作业空间要求及吊装重量等因素,钢管拱纵向单侧拱肋分为15(不含拱脚预埋段)段在工厂加工,共30节拱肋、9节横撑及其它配件,拱肋最长节段为11.755m,吊重最大16.9t,横撑不分节,每段横撑长10.8m,重9.9t。
4原位拼装支架体系设计
拼装支架共设28根立柱,立柱采用Φ720×10mm、Φ1020×10mm螺旋钢管,管钢质材为Q235B钢。为确保钢管支架稳定,钢管立柱间采用Φ219×6mm及2I40b作为连接系。钢管底采用δ=12mm的钢板封底,封底钢板6上焊Φ12mm螺纹钢筋与桥面挡碴墙预留钢筋焊接,浇注C30混凝土基础,正方形基础尺寸长宽1.3m,厚0.3m。
5吊装前主要准备工作
1)拱肋节段4吊装利用两台80t汽车吊3配合吊装,根据拼装总图在桥面确定汽车吊3的站位点及吊臂活动空间。
2)将拱肋节段4和横撑按吊装顺序对称摆放于连续梁主跨两侧的桥面上,并留出4m宽的汽车通道。
3)根据拱肋节段4和横撑重心位置,在拱肋和横撑上焊上吊耳,并确定吊装每节拱肋、横撑的起吊钢丝绳的长度,确保拱肋、横撑垂直起吊,不偏斜。
6节段对称吊装
先将需要安装的钢管拱节段摆放到对应安装位置的正下方。利用两台80吨汽车吊3吊装拱肋节段4,拱段吊至设计位置附近后,用倒链将拼装管沿导向装置收紧至设计位置。对接接头采用内衬管连接,并用临时码板固接。
7钢管拱顶合龙
钢管拱合龙节段,在工厂加工时每侧预留6cm余长,在吊装合龙节段时,现场测量出合龙口精确长度,并记录当时环境气温,宜选择在气温在10℃~15℃之间进行测量,然后对合龙节精确切割,并按设计要求将切割面打磨坡口。合龙节段的安装必须选定在合龙口长度测量时相同气温条件下实施。合龙节段左、右幅分别安装,并应尽快完成,减少温度变化对合龙精度影响。
8拱肋定位测量
钢管拱轴线是二次抛物线,现场采用通过测设拱肋上边缘线的方法来确定拱轴线,同时测定拱肋下弦管上缘线复核;拱肋安装过程中,每安装一节拱肋都会对已安装拱肋产生影响,因此每安装一节拱肋均须对已安装就位的拱肋接口进行复测检查,如发现误差超限应及时纠偏;为尽量减少温差对拱肋安装影响,拱肋安装施工放样及验收测量尽量安排在7:00~9:00和16:00~18:00时间段进行,其他施工观测及施工验收测量随进度进行;对于钢管拱合龙段拱肋在加工时应预留一定加工余量,在安装时切割。拱肋合龙段安装前应准确测量合龙口的长度以便精确合龙。合龙段距离测量复核、切割和安装应选择相同气温进行作业,以减少温度对拱肋的影响。
最后,本申请的方法仅为较佳的实施方案,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。