CN111455870A - 一种钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁施工技术领域，涉及一种钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构及施工方法，包括用于固定拱肋自由端的固定端拱座和用于固定拱肋转动端的转体系统，转体系统包括用于完成拱肋平面转动的平转体系和用于完成拱肋竖直平面内上提和下放的竖转体系，平转体系包括下转盘、平转系统、上转盘以及牵引系统；竖转体系包括竖转铰、扣索、扣塔以及后锚系统，拱肋的中部设置有V型撑架，V型撑架自由端通过撑架连杆固定，扣索依次通过拱肋自由端、V型撑架上端的撑架连杆后锚固于上转盘，解决了现有拱桥施工存在的双侧转体拱座开挖量大、防护困难、施工精度控制难度大的问题。

Description

一种钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构及施工方法

技术领域

本发明属于桥梁施工技术领域，涉及一种钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构及施工方法，尤其涉及一种适用于单侧场地受限的钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构及施工方法。

背景技术

随着钢结构在各种桥梁上的应用，大大提高了桥梁的跨越能力，增加了桥梁承重结构的稳定性，钢箱拱以其超级强大的跨越能力而受到桥梁设计者的青睐。但是山区拱桥建设由于地形复杂，受到各种因素如地形、气候和地质水文的制约面临着诸多困难，拱桥常见施工方法有缆索吊装法及转体施工法。缆索吊装斜拉扣挂法施工工艺技术比较成熟、可靠，但是对于第四系土层和强风化破碎地层以及岩溶相对较发育地区，地基承载力低，吊扣系统因两岸地质条件限制，锚碇布设比较困难；或由于地形限制，存在锚锭距扣塔距离太短或太长的问题，影响缆索吊系统受力；缆索吊装高空作业工期长，安全风险高。传统拱桥转体施工方法，峡谷两侧对称进行转体施工，在拱顶合龙，两侧均需设置平转系统，由于平转转盘尺寸较大导致开挖量大，防护困难，影响山体的稳定，易诱发地质灾害；同时两岸分别进行转体施工，安全风险较高，施工精度控制难度较大。

本发明针对传统拱桥施工存在的不足，采用一种钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构及施工方法，根据桥位地形条件和桥梁结构特点，在拱座后方引桥或路基上利用低矮支架完成拱肋节段拼装后，进行拱上K撑安装，增加拱肋稳定性，然后采用平转+竖转相结合的方式进行整幅单侧转体合龙。本发明解决了“V”形河谷陡峭山体斜坡上缆索吊装斜拉扣挂法锚碇布设困难、安全风险高以及双侧转体拱座开挖量大、防护困难、施工精度控制难度大等难题，保障了施工质量，降低安全风险，且施工方便，降低施工成本。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有拱桥施工存在的双侧转体拱座开挖量大、防护困难、施工精度控制难度大的问题，提供一种施工方便、安全可靠、材料投入少且便于拱桥合龙的钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构及施工方法。

为达到上述目的，本发明提供一种钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构，包括用于固定拱肋自由端的固定端拱座和用于固定拱肋转动端的转体系统，转体系统包括用于完成拱肋平面转动的平转体系和用于完成拱肋竖直平面内上提和下放的竖转体系；

平转体系包括坐落在地基上的下转盘、固定安装在下转盘上的平转系统、转动安装在平转系统上的上转盘以及与上转盘可拆卸连接的牵引系统；

竖转体系包括安装在上转盘内侧且用于固定待拼装拱肋的竖转铰、安装在上转盘外侧的两根扣索、安装在上转盘上的扣塔以及固定安装在上转盘外侧用于平衡固定上转盘的后锚系统，拱肋的中部设置有V型撑架，V型撑架自由端通过撑架连杆固定，其中一根扣索依次通过拱肋自由端、V型撑架上端的撑架连杆后锚固于上转盘。V型撑架以及撑架连杆的设置，能够改变拉索方向，在拱肋前端形成一个向上的荷载分量，便于拱肋的竖转，如果没有V型撑架的话，拱肋前端这个拉索方向几乎是水平的，起不了竖转的作用。

进一步，拱肋在拱肋转动端的上转盘后方利用支架分幅拼装，分幅拼装后的拱肋间安装有K撑。

进一步，平转系统包括设置在上转盘和下转盘之间的球铰和固定安装在下转盘上便于球铰移动的环形滑道，球铰和环形滑道的中心处固定安装有定位销轴，上转盘底部于环形滑道的上方周向间隔设置有脚撑。

进一步，牵引系统包括牵引索、牵引千斤顶、牵引反力座和千斤顶反力座，牵引反力座、千斤顶反力座锚固在下转盘上，千斤顶反力座呈环状分布于环形滑道外侧，牵引索一端锚固在上转盘混凝土中，绕上转盘1～2圈后穿过牵引反力座与牵引千斤顶连接。

进一步，上转盘外侧固定安装有用于调整实际转体重心与理论转体重心偏差的配重块。

进一步，后锚系统包括锚固结构以及固定在锚固结构上用于固定上转盘的锚固钢筋。

进一步，锚固结构为条形马牙搓钢筋混凝土结构，锚固钢筋为精轧螺纹钢，马牙搓钢筋混凝土结构内设置型钢且与精轧螺纹钢锚固。

进一步，固定端拱座上设置有用于固定拱肋自由端首节的拱肋预埋段。

一种钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构的施工方法，包括如下步骤：

A、转动端上、下转盘施工：浇筑混凝土形成转动端下转盘，在下转盘上预留平转系统相关槽口，完成平转系统安装，待平转系统安装完成后，浇筑各个槽口内混凝土，并浇筑牵引反力座和千斤顶反力座，将上转盘安装在平转系统上，同时需在上转盘混凝土中预埋固定好牵引索、拱肋预埋段和扣塔柱脚；

B、后锚施工：后锚采用预应力岩锚，预应力岩锚施工完成后，待拱肋脱架前，张拉精轧螺纹钢，完成第一次后锚施工；待拱肋竖转完成后，解除精轧螺纹钢，使上转盘可以平面转动，平面转动完成后，在上转盘尾部连接精轧螺纹钢并张拉，进行第二次后锚施工；

C、固定端拱座施工：为减少土方开挖量，固定端拱座采用分幅施工，同时固定端拱座设置首节拱肋预埋段，用于固定拱肋自由端；

D、拱肋拼装：按照现场地形条件，拱肋在拱肋转动端的上转盘后方利用支架分幅拼装，在支架上进行单拱肋拼装，拱肋下部设置竖转铰；拱肋拼装完成后，进行拱肋间K撑安装，将分幅拱肋连接成整体，增加拱肋稳定性；

E、整幅拱肋竖转：利用扣塔、扣索将附着低矮支架上拼装完成的整幅拱肋绕位于拱脚处的竖转铰转至比设计标高高的位置，减少拱肋平转过程不平衡荷载；竖转到位后，临时固定拱脚竖转铰，形成平转体系，准备平转；

F、整幅拱肋平转施工：拱肋平转到位后，浇筑上下转盘间固封混凝土封固转盘，同时张拉后锚，准备拱肋下放，为确保平转过程中上部结构的平衡，需要准确计算上部结构的重心位置，根据需要在转动端上转盘尾部设置混凝土配重块；

G、拱肋下放及合龙：拱肋平转到位后开始下放拱肋到设计高程，拱轴线满足要求后焊接跨中合龙段，合龙后，逐步分级放松扣索和平衡索，将拱脚竖转铰封固，变为固定端，完成拱肋转体施工；

H、桥面纵横梁安装：采用吊机安装桥面纵横梁，形成桥面骨架。

进一步，步骤A中下转盘上预留环道槽口和球铰槽口，在环道槽口上安装环道钢板作为环形滑道，在球铰槽口上安装球铰，精确调整环道钢板标高和球铰位置，浇筑各个槽口内混凝土。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构，通过采用整幅单侧转体施工方法，避免双侧转体拱座大方量基坑开挖施工，减少防护工程量，同时整幅转体，拱肋转体过程稳定性加强，降低了安全风险，且单侧转体仅在一侧进行平竖转体，有利于提高施工进度，施工方便快捷，适用于单侧场地受限的钢箱拱桥施工。

2、本发明所公开的钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构，拱肋先进竖转提升到比设计高程高的位置，进行平转，平转到位后，再下放到设计高程进行合龙对接，对接采用无合龙段楔形对接方式，减少了拱肋平转过程不平衡荷载，提高了拱肋平转过程的安全性。

3、本发明所公开的钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构，拱桥转体施工将复杂的、技术性强的高空及水上作业变为岸边的陆上作业，它既能保证施工的质量安全，同时在施工期间不影响桥下通车、通航，适合于上跨山谷、大河、既有线等桥梁建设。并且该拱桥整幅单侧组合转体结构简单，受力明确，施工方便，有效解决了传统钢箱拱施工过程存在的双侧转体拱座开挖量大、防护困难、施工精度控制难度大等难题。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构竖转的结构示意图；

图2为本发明钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构平转的结构示意图；

图3为本发明钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构平转到位后进行拱肋合龙的结构示意图。

附图标记：下转盘1、平转系统2、上转盘3、竖转系统4、扣塔5、后锚系统6、扣索7、V型撑架8、撑架连杆9、拱肋10、K撑11、配重块12、锚固结构13、固定端拱座14、拱肋预埋段15、临时后锚端16。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1～3所示的一种钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构，包括用于固定拱肋10自由端的固定端拱座14和用于固定拱肋10转动端的转体系统，转体系统包括用于完成拱肋10平面转动的平转体系和用于完成拱肋10竖直平面内上提和下放的竖转体系；固定端拱座14上设置有用于固定拱肋自由端首节的拱肋预埋段15。

平转体系包括坐落在地基上的下转盘1、固定安装在下转盘1上的平转系统2、转动安装在平转系统2上的上转盘3以及与上转盘3可拆卸连接的牵引系统；其中下转盘1兼做拱座基础，下转盘1是整个转体结构的基础，转体平转竖转完成后，下转盘1与上转盘3连接共同形成主拱基础。平转系统2包括设置在上转盘3和下转盘1之间的球铰和固定安装在下转盘1上便于球铰移动的环形滑道，球铰和环形滑道的中心处固定安装有定位销轴，为增加转体稳定性和减少平衡配重，平转系统2的设计以中心支承为主，环道支承为辅。球铰是转体机构的转动中心，同时承受并传递整个转体结构的全部重量。上转盘3底部于环形滑道的上方周向间隔设置有脚撑11。

牵引系统包括牵引索、牵引千斤顶、牵引反力座和千斤顶反力座，牵引反力座、千斤顶反力座锚固在下转盘1上，千斤顶反力座呈环状分布于环形滑道外侧，牵引索一端锚固在上转盘3混凝土中，绕上转盘31～2圈后穿过牵引反力座与牵引千斤顶连接。牵引系统是整个转体系统的动力之源，通过张拉牵引千斤顶，为转体系统提供扭转力矩，实现拱肋10平面转动。

竖转体系包括安装在上转盘3内侧且用于固定待拼装拱肋10的竖转铰、安装在上转盘3外侧的扣索7、安装在上转盘3上的扣塔5以及固定安装在上转盘3外侧用于平衡固定上转盘3的后锚系统6，竖转时，通过在上转盘3尾部张拉扣索7使拱肋10以竖转铰为转动中心完成上提和下放。

后锚系统6包括锚固结构13以及固定在锚固结构13上用于固定上转盘3的锚固钢筋。后锚系统6用于固定不同旋转位置的上转盘3以及上转盘3上方的转体。锚固结构13为条形马牙搓钢筋混凝土结构，锚固钢筋为精轧螺纹钢，为了提高锚固结构13的锚固能力，锚固结构13施工时采取人工挖孔施工的方法，马牙搓钢筋混凝土的钢筋孔内绑扎钢筋，串筒内灌注混凝土，马牙搓钢筋混凝土结构内设置的型钢与精轧螺纹钢锚固。为减小扣索7牵引力，在拱肋10的中部设置有V型撑架8，V型撑架8自由端通过撑架连杆9固定，扣索7依次通过拱肋10自由端、V型撑架8上端的撑架连杆9后锚固于上转盘3。竖转时，通过在上转盘3尾部张拉扣索7使拱肋10以竖转铰为转动中心完成上提和下放，在上转盘3尾部设置后锚确保上部结构的平衡。

拱肋10在拱肋10转动端的上转盘3后方利用支架分幅拼装，分幅拼装后的拱肋10间安装有K撑11。将分幅拱肋10连接成整体，增加拱肋10稳定性，先竖转到比设计高程高的位置，拱脚临时固结后进行平转，平转到位后，再下放到设计高程进对接，对接采用无合龙段楔形对接方式。上转盘3外侧固定安装有用于调整实际转体重心与理论转体重心偏差的配重块12。配重块12是用来调节由于施工误差等原因造成的实际转体重心和理论转体重心的偏差，确保转体系统转动安全，不向拱肋10前端倾覆。

一种钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构的施工方法，包括如下步骤：

A、转动端上、下转盘施工：浇筑混凝土形成转动端下转盘1，在下转盘1上预留环道槽口和球铰槽口，在环道槽口上安装环道钢板作为环形滑道，在球铰槽口上安装球铰，精确调整环道钢板标高和球铰位置，浇筑各个槽口内混凝土，并浇筑牵引反力座和千斤顶反力座，将上转盘3安装在平转系统2上，同时需在上转盘3混凝土中预埋固定好牵引索、拱肋预埋段和扣塔柱脚；

B、后锚施工：后锚采用预应力岩锚，预应力岩锚施工完成后，待拱肋10脱架前，张拉精轧螺纹钢，完成第一次后锚施工；待拱肋10竖转完成后，解除精轧螺纹钢，使上转盘3可以平面转动，平面转动完成后，在上转盘3尾部连接精轧螺纹钢并张拉，进行第二次后锚施工；

C、固定端拱座施工：为减少土方开挖量，固定端拱座14采用分幅施工，同时固定端拱座14设置首节拱肋10预埋段，用于固定拱肋10自由端；

D、拱肋拼装：按照现场地形条件，拱肋10在拱肋10转动端的上转盘3后方利用支架分幅拼装，在支架上进行单拱肋10拼装，拱肋10下部设置竖转铰；拱肋10拼装完成后，进行拱肋10间K撑11安装，将分幅拱肋10连接成整体，增加拱肋10稳定性；

E、整幅拱肋竖转：利用扣塔5、扣索7将附着低矮支架上拼装完成的整幅拱肋10绕位于拱脚处的竖转铰转至比设计标高高的位置，减少拱肋10平转过程不平衡荷载；竖转到位后，临时固定拱脚竖转铰，拉索自由端固定在下转盘1中为临时后锚端16，形成平转体系，准备平转；

F、整幅拱肋平转施工：拱肋10平转到位后，浇筑上下转盘1间固封混凝土封固转盘，同时张拉后锚，准备拱肋10下放，为确保平转过程中上部结构的平衡，需要准确计算上部结构的重心位置，根据需要在转动端上转盘3尾部设置混凝土配重块12；

G、拱肋下放及合龙：拱肋10平转到位后开始下放拱肋10到设计高程，拱轴线满足要求后焊接跨中合龙段，合龙后，逐步分级放松扣索7和平衡索，将拱脚竖转铰封固，变为固定端，完成拱肋10转体施工；

H、桥面纵横梁安装：采用吊机安装桥面纵横梁，形成桥面骨架。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构，其特征在于，包括用于固定拱肋自由端的固定端拱座和用于固定拱肋转动端的转体系统，所述转体系统包括用于完成拱肋平面转动的平转体系和用于完成拱肋竖直平面内上提和下放的竖转体系；

所述平转体系包括坐落在地基上的下转盘、固定安装在下转盘上的平转系统、转动安装在平转系统上的上转盘以及与上转盘可拆卸连接的牵引系统；

所述竖转体系包括安装在上转盘内侧且用于固定待拼装拱肋的竖转铰、安装在上转盘外侧的扣索、安装在上转盘上的扣塔以及固定安装在上转盘外侧用于平衡固定上转盘的后锚系统，所述拱肋的中部设置有V型撑架，V型撑架自由端通过撑架连杆固定，扣索依次通过拱肋自由端、V型撑架上端的撑架连杆后锚固于上转盘。

2.如权利要求1所述的钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构，其特征在于，所述拱肋在拱肋转动端的上转盘后方利用支架分幅拼装，分幅拼装后的拱肋间安装有K撑。

3.如权利要求2所述的钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构，其特征在于，所述平转系统包括设置在上转盘和下转盘之间的球铰和固定安装在下转盘上便于球铰移动的环形滑道，球铰和环形滑道的中心处固定安装有定位销轴，上转盘底部于环形滑道的上方周向间隔设置有脚撑。

4.如权利要求3所述的钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构，其特征在于，所述牵引系统包括牵引索、牵引千斤顶、牵引反力座和千斤顶反力座，牵引反力座、千斤顶反力座锚固在下转盘上，千斤顶反力座呈环状分布于环形滑道外侧，牵引索一端锚固在上转盘混凝土中，绕上转盘1～2圈后穿过牵引反力座与牵引千斤顶连接。

5.如权利要求4所述的钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构，其特征在于，所述上转盘外侧固定安装有用于调整实际转体重心与理论转体重心偏差的配重块。

6.如权利要求1所述的钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构，其特征在于，所述后锚系统包括锚固结构以及固定在锚固结构上用于固定上转盘的锚固钢筋。

7.如权利要求6所述的钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构，其特征在于，所述锚固结构为条形马牙搓钢筋混凝土结构，锚固钢筋为精轧螺纹钢，马牙搓钢筋混凝土结构内设置型钢且与精轧螺纹钢锚固。

8.如权利要求1所述的钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构，其特征在于，所述固定端拱座上设置有用于固定拱肋自由端首节的拱肋预埋段。

9.一种钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、转动端上、下转盘施工：浇筑混凝土形成转动端下转盘，在下转盘上预留平转系统相关槽口，完成平转系统安装，待平转系统安装完成后，浇筑各个槽口内混凝土，并浇筑牵引反力座和千斤顶反力座，将上转盘安装在平转系统上，同时需在上转盘混凝土中预埋固定好牵引索、拱肋预埋段和扣塔柱脚；

B、后锚施工：后锚采用预应力岩锚，预应力岩锚施工完成后，待拱肋脱架前，张拉精轧螺纹钢，完成第一次后锚施工；待拱肋竖转完成后，解除精轧螺纹钢，使上转盘可以平面转动，平面转动完成后，在上转盘尾部连接精轧螺纹钢并张拉，进行第二次后锚施工；

C、固定端拱座施工：为减少土方开挖量，固定端拱座采用分幅施工，同时固定端拱座设置首节拱肋预埋段，用于固定拱肋自由端；

D、拱肋拼装：按照现场地形条件，拱肋在拱肋转动端的上转盘后方利用支架分幅拼装，在支架上进行单拱肋拼装，拱肋下部设置竖转铰；拱肋拼装完成后，进行拱肋间K撑安装，将分幅拱肋连接成整体，增加拱肋稳定性；

E、整幅拱肋竖转：利用扣塔、扣索将附着低矮支架上拼装完成的整幅拱肋绕位于拱脚处的竖转铰转至比设计标高高的位置，减少拱肋平转过程不平衡荷载；竖转到位后，临时固定拱脚竖转铰，形成平转体系，准备平转；

F、整幅拱肋平转施工：拱肋平转到位后，浇筑上下转盘间固封混凝土封固转盘，同时张拉后锚，准备拱肋下放，为确保平转过程中上部结构的平衡，需要准确计算上部结构的重心位置，根据需要在转动端上转盘尾部设置混凝土配重块；

G、拱肋下放及合龙：拱肋平转到位后开始下放拱肋到设计高程，拱轴线满足要求后焊接跨中合龙段，合龙后，逐步分级放松扣索和平衡索，将拱脚竖转铰封固，变为固定端，完成拱肋转体施工；

H、桥面纵横梁安装：采用吊机安装桥面纵横梁，形成桥面骨架。

10.如权利要求9所述的钢箱拱桥整幅单侧组合转体结构的施工方法，其特征在于，步骤A中下转盘上预留环道槽口和球铰槽口，在环道槽口上安装环道钢板作为环形滑道，在球铰槽口上安装球铰，精确调整环道钢板标高和球铰位置，浇筑各个槽口内混凝土。

Images