CN112342917A - 一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法 - Google Patents

Abstract

一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法，其特征在于：先将钢梁结构在岸上平台组拼，进行多点顶推就位；随后在钢梁上搭设拼装支架，将拱肋分为三大节段进行梁上低位拼装，包括中部整体提升的中节段拱肋和两端原位拼装的边拱段拱肋，两端边拱段拱肋与拱梁节点拼接；中部拱肋段采用大节段整体提升法安装，提升到位后与两端边拱段拱肋合龙；最后进行吊索安装、二期铺装及附属结构施工。该施工工法采用先梁顶推、梁上低位拼拱、整体提升拱节段的组合施工工法，可减小水中临时墩数量，减小对顶推设备的要求，降低施工难度，其在适用性、经济性、施工质量、施工工期等诸多方面均具有较高推广意义，对今后类似建设条件的工程具有借鉴意义。

Description

一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体地说是一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法。

背景技术

系杆拱桥由拱肋、系梁、吊杆、横撑、桥面系等基本结构组成，属外部静定、内部高次超静定结构，兼有拱桥跨越能力大、梁桥对地基适应能力强的特点，适用范围较广。常用的系杆拱桥施工方法有支架法、转体施工法、整体提升法、缆索吊装法、顶推施工法等。

支架施工法是根据拱肋结构的设计线形，搭设支架，然后将拱肋节段在支架上完成焊接拼装的施工方法，具有对提升设备要求低、拱肋线形易控制等优点。但由于支架稳定性等因素的控制，支架结构高度受限，因此支架法多用于中小跨度桥梁；同时支架法施工一般需在河中设置较多的临时墩，这在有通航要求河道会受到限制。“一种大跨度钢管拱桥拼装施工结构”（专利申请号：201420744499.2）公开了一种大跨度钢管拱桥拼装施工结构，包括永久结构与拼装组成的施工系统。

转体施工一般将拱肋分为两个半跨，分别在两岸或低位拼装两半拱，利用动力及转动设备将两半拱平转或竖转至设计拱轴线位置，最终进行合龙成拱。转体施工可加快施工速度、提高工程质量、降低施工风险，避免干扰通航、减少施工机具设备、降低施工费用，但对于位于江中、距离两岸较远的系杆拱桥或多跨连续系杆拱桥并不适用。

大节段整体提升法一般采用一台或多台起吊设备，将钢构件起吊并安装至墩顶永久支座上或预定位置上。该方法可提高现场作业效率，保证焊接质量，但同时需兼顾构件划分情况、吊装重量、起吊设备能力、起吊（浮吊）条件大小等多方面的平衡。“一种大型钢管拱纵移及提升安装施工方法”（专利申请号：201910309553.8）提供一种大型钢管拱整体纵移及提升施工方法，将整个钢管拱划分为中部主拱段和两端的拱座段，在主桥引桥上完成主拱段拼装，在主桥连续梁施工的时，在主桥两端分别搭设用于提升主拱段的提升塔架，在主桥连续梁合龙完成后，平稳连续地将主拱段纵移至主跨设计起吊位置；在钢管拱设计拱座位置两端安装两拱座段，然后利用提升塔架将主拱段提升到设计安装位置，并与两拱座段连接，完成钢管拱安装。“一种下承式钢管混凝土系杆拱桥架设施工方法”（专利申请号：201610053214.4）本发明公开一种新型的下承式钢管混凝土系杆拱桥架设施工方法，采取钢管拱、系杆劲性骨架现场拼装、焊接，整桥吊装法施工。“一种钢系杆拱桥整体浮吊架设施工方法”（专利申请号：201610663521.4）公开了一种钢系杆拱桥整体浮吊架设施工方法，其采用在岸侧整体拼装，后期整体架设施工，采用两台浮吊船进行整体浮吊架设施工，包括如下步骤：浮吊船的地锚设置；浮吊船的整体试吊；浮吊船的同步后退；浮吊船同步旋转90°；浮吊船向桥位方向移动就位；人工桥位处精度调整、落桥。

缆索吊装法通过设置塔架、锚碇、缆索等施工系统，利用缆索吊装系统进行无支架施工，一般多用于山区、峡谷的拱桥施工，对于平原地区上、距离岸边较远的水中桥梁，搭设塔架、建造锚碇的造价非常高，极不经济。

系杆拱桥采用整体顶推方式施工，其拱、梁拼装在陆地进行，可更好地控制施工质量。在拱、梁拼装完成后，可采用临时支撑等措施将拱、梁形成整体，即主梁和与其协作的主拱一并整体顶推到位。在跨越江河或复杂地形时，可减少施工期对通航、河道水文等影响，可减少造价高昂的临时结构费用。“大吨位多跨组合拱桥带拱整体顶推方法”（专利申请号：201010125496.7）提出了带拱整体顶推施工的方法，该方法拱肋之间仅通过撑杆临时连接，顶推完成后再安装吊杆。“网状系杆拱桥的整体顶推施工法”（专利申请号：201110102879.7）提出了网状系杆拱桥的无导梁整体施工顶推方法。“一种施工状态可调的大跨度组合体系拱桥顶推施工工法”（专利申请号：201811140835.1）提出了一种施工状态可调的拱桥整体顶推施工方法。

系杆拱桥采用拱梁岸上拼装、整体顶推的施工工法，可保证施工质量，缩短施工工期，减小对河道影响，近年来越来越受到青睐。但对大跨度系杆拱桥而言，采用拱梁整体顶推工法，由于桥梁结构规模的增加，无论对顶推设备、水中临时墩、拱梁间临时撑杆、桥梁结构构件本身均提出了较高的要求，增加了施工难度和风险，尤其是采用网状吊杆布置的系杆拱桥，由于运营荷载下，拱、梁等主要构件以承受轴力为主，可充分利用材料强度，结构本身设计比较纤细，但成桥运营阶段与施工过程两种受力体系的巨大差别，采用整体顶推施工需对结构构件本身做很多临时加强，构造复杂，施工措施费高昂。从减小施工难度和风险出发，同时保持传统顶推施工方法的优势，对于大跨度系杆拱桥而言，采用先钢梁拼装顶推就位、后在梁上搭设支架三节段低位拼拱、利用提升支架提升大节段拱肋节段就位、最后合龙主拱的组合施工方法，具有相当的借鉴和应用推广价值。

发明内容

本发明的目的是公开一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法，以适应某些限定条件下大跨度系杆拱桥施工的需要。

为了实现上述目的，本发明所采用的施工技术方案是：一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法，其特征在于先将主梁结构在岸上平台组拼，进行多点顶推就位；随后在主梁上搭设拼装支架，将拱肋分为三大节段进行梁上低位拼装，所述三大节段包括中部整体提升的中节段拱肋和两端原位拼装的边拱段拱肋，两端的边拱段拱肋与主梁上预留的拱梁节点拼接，中节段拱肋采用大节段整体提升法安装，提升到位后与边拱段拱肋合龙；最后进行吊索安装、二期铺装及附属结构施工。

进一步地，主梁采用组合梁结构或钢箱梁结构，其中组合梁由钢梁结构、混凝土桥面板通过剪力键形成组合断面共同承担荷载，钢梁同时承担系梁作用，不另设置预应力系杆。

进一步地，先在岸上搭设主梁拼装平台，水中架设临时墩，临时墩上安装顶推设备，按照节段顺序进行主梁节段拼装、顶推，直至整跨主梁拼接完成后，将整跨主梁顶推到位。

进一步地，顶推设备采用步履式顶推装置。

进一步地，中节段拱肋采用钢结构，所述钢结构为钢桁结构、钢箱结构或钢管混凝土结构，拱肋采用平行布置或提篮拱布置。

进一步地，主梁顶推到位后，首先在主梁上安装拼拱临时支架，钢拱肋采用三节段法拼装，两端的边拱段采用满堂支架与拱梁节点拼接到位，中段主拱段先在主梁上低位拼装成整体大节段，其拱脚部位张拉临时水平拉索，安装提升支架，采用大节段整体提升安装中节段拱肋，中节段拱肋提升到位后与边拱段拱肋合龙。

进一步地，主拱合龙后，逐步拆除拱肋临时水平拉索、提升支架、拱梁拼装支架等工装系统，开始吊杆安装、附属工程施工、和索力调整。

进一步地，吊杆可采用竖直吊杆布置、尼尔森体系布置或网状吊杆布置等形式。

进一步地，该施工工法包括以下步骤：

步骤一：

（1）搭设栈桥及基础施工平台；

（2）基础、承台、桥墩施工，钢梁及钢拱肋节段单元工厂加工；

（3）岸上顶推拼装平台搭设，顶推临时墩、墩旁临时支架搭设，顶推设备安装；

步骤二：

（1）在岸上顶推拼装平台上拼装钢梁，安装顶推用前导梁，采用顶推设备多点顶推钢梁前移；

（2）钢梁继续拼装、顶推，直至全跨钢梁拼装完成，安装后导梁；

（3）持续顶推全跨钢梁结构直至到位，拆除前、后导梁，落梁就位；

步骤三：

（1）在就位后的钢梁上搭设拱肋拼装支架，安装提升支架；

（2）钢梁两端各一定长度范围内采用满堂支架拼装边拱段拱肋到位；

（3）中节段拱肋在拱肋拼装支架上低位拼装，中节段拱肋拱脚处安装临时水平拉索，利用提升支架整体提升就位，与边拱段拱肋合龙；

（4）逐步拆除拱肋拼装支架、提升支架、临时水平拉索；

步骤四：

（1）吊杆安装，逐步拆除临时墩；

（2）二期及附属结构施工；

（3）调整吊杆索力；

（4）全桥竣工。

本发明公开的一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法，一方面保持了传统顶推施工工法在保证施工质量、缩短施工周期、减小施工期对河道及水文影响等方面的优势，另一方面减小了整体顶推工法对顶推设备、水中临时墩、拱梁间临时撑杆等施工设备及措施的要求，避免了结构构件因成桥运营阶段与施工过程受力状态的过大差异而进行的临时补强措施，减小施工措施费，降低了施工难度和风险。此外，采用梁上三节段低位拼拱，减低施工难度，边拱段支架采用满堂支架拼装到位，中拱段拱段拼装为整体后张拉临时水平拉索，利用提升支架整体提升就位合龙，确保施工质量与工期。该工法采用的组合施工工法，可减小水中临时墩数量，减小对顶推设备的要求，降低施工难度，其在适用性、经济性、施工质量、施工工期等诸多方面均具有较高推广意义，对今后类似建设条件的工程具有借鉴意义。

附图说明

图1为本发明举例的实施案例总体布置图。

图2为下部结构施工、顶推平台等临时措施施工完成阶段的示意图。

图3为钢梁拼装及顶推阶段的示意图。

图4为钢梁拼装完成、全跨顶推就位阶段的示意图。

图5为梁上拼拱完成、整体提升前阶段的示意图。

图6为拱肋整体提升就位、准备主拱合龙前阶段的示意图。

图7为成桥后主桥结构布置图。

图中包括：拱肋1、钢梁2、吊杆3、桥墩4、承台5、基础6、临时墩7、顶推拼装平台8、顶推设备9、临时通航孔10、墩旁临时支架11、前导梁12、后导梁13、中节段拱肋拼装支架14、提升支架15、边拱段拱肋拼装支架16、中节段拱肋17、南侧边拱段18、北侧边拱段19、临时水平拉索20、铺装附属结构21、拱梁节点22。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；所述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

结合某大桥为背景工程，介绍具体实施步骤。该桥主桥为420m网状吊杆组合梁系杆拱桥（见图1），矢跨比为1/6，矢高70m，采用抛物线拱轴线，提篮拱布置，拱肋内倾角度3.5°。拱肋1采用五边形钢箱断面，拱肋1在跨中165m范围内合并为整体式断面，此外全桥另设6道一字横撑，横撑采用八边形钢箱断面。主梁采用正交异性组合桥面板组合梁，中心线处梁高4.12m，钢梁2梁高4.0m，标准段全宽60.7m，为整体闭口钢箱梁2，钢梁2标准节段为9m，每间隔4.5m设置一道空腹式隔板和挑梁。桥面板采用12cm高强韧性混凝土结构，钢梁与桥面板之间利用剪力钉连接。吊索3采用网状布置，主梁上标准间距为9m，顺桥向倾角约60°。下部结构桥墩4采用尖端型薄壁墩，承台5采用矩形承台，基础6采用钻孔灌注桩基础。

施工工法主要流程：先将钢梁结构在岸上平台组拼，进行多点顶推就位；随后在钢梁上搭设拼装支架，将拱肋分为三大节段进行梁上低位拼装，包括中部主拱段和两端的边拱段，两端边拱段与拱梁节点拼接，中段主拱段采用大节段整体提升法安装，提升到位后与边拱段合龙；最后进行吊索安装、二期铺装及附属结构施工。本桥较为详细的施工布置如下：

步骤一（见图2）：

（1）搭设栈桥及基础施工平台；

（2）基础6、承台5、桥墩4施工，钢梁2及钢拱肋节段单元工厂加工；

（3）岸上顶推拼装平台8搭设，顶推临时墩7、墩旁临时支架11搭设，预留临时通航孔10，顶推设备9安装；

步骤二：

（1）在岸上顶推拼装平台8上拼装钢梁2，安装顶推用前导梁12，顶推设备9采用步履式千斤顶多点顶推钢梁2前移，如图3所示；

（2）钢梁2继续拼装、顶推，每次顶推3~4个标准节段长度，直至全跨钢梁2拼装完成，安装后导梁13，如图4所示；

（3）持续顶推全跨钢梁2直至到位，拆除前导梁12、后导梁13，落梁就位；

步骤三（见图5、图6）：

（1）在就位后的钢梁2上搭设中节段拱肋拼装支架14、边拱段拱肋拼装支架16，安装提升支架15；

（2）钢梁2两端各一定长度范围内采用边拱段拱肋拼装支架16拼装南侧边拱段18、北侧边拱段19，并与拱梁节点22连接；

（3）中节段拱肋17在中节段拱肋拼装支架14上低位拼装，中节段拱肋17拱脚处安装临时水平拉索20，利用提升支架15整体提升就位，与南侧边拱段18、北侧边拱段19合龙；

（4）逐步拆除中节段拱肋拼装支架14和边拱段拱肋拼装支架16、提升支架15、临时水平拉索20；

步骤四（见图7）：

（1）吊杆3安装，逐步拆除临时墩；

（2）混凝土桥面板施工，二期铺装及附属结构施工；

（3）调整吊杆3索力；

（4）全桥竣工。

Claims (6)

1.一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法，其特征在于先将主梁结构在岸上平台组拼，进行多点顶推就位；随后在主梁上搭设拼装支架，将拱肋分为三大节段进行梁上低位拼装，所述三大节段包括中部整体提升的中节段拱肋和两端原位拼装的边拱段拱肋，两端的边拱段拱肋与主梁上预留的拱梁节点拼接，中节段拱肋采用大节段整体提升法安装，提升到位后与边拱段拱肋合龙；最后进行吊索安装、二期铺装及附属结构施工。

2.根据权利要求1所述的一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法，其特征在于主梁采用组合梁结构或钢箱梁结构，其中组合梁由钢梁结构、混凝土桥面板通过剪力键形成组合断面共同承担荷载，钢梁同时承担系梁作用，不另设置预应力系杆。

3.根据权利要求2所述的一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法，其特征在于先在岸上搭设主梁拼装平台，水中架设临时墩，临时墩上安装顶推设备，按照节段顺序进行主梁节段拼装、顶推，直至整跨主梁拼接完成后，将整跨主梁顶推到位。

4.根据权利要求3所述的一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法，其特征在于顶推设备采用步履式顶推装置。

5.根据权利要求1所述的一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法，其特征在于中节段拱肋采用钢结构，所述钢结构为钢桁结构、钢箱结构或钢管混凝土结构，拱肋采用平行布置或提篮拱布置。

6.据权利要求1所述的一种大跨度系杆拱桥先梁顶推后拱提升的组合施工工法，其特征在于该施工工法包括以下步骤：

步骤一：

（1）搭设栈桥及基础施工平台；

（2）基础、承台、桥墩施工，钢梁及钢拱肋节段单元工厂加工；

（3）岸上顶推拼装平台搭设，顶推临时墩、墩旁临时支架搭设，顶推设备安装；

步骤二：

（1）在岸上顶推拼装平台上拼装钢梁，安装顶推用前导梁，采用顶推设备多点顶推钢梁前移；

（2）钢梁继续拼装、顶推，直至全跨钢梁拼装完成，安装后导梁；

（3）持续顶推全跨钢梁结构直至到位，拆除前、后导梁，落梁就位；

步骤三：

（1）在就位后的钢梁上搭设拱肋拼装支架，安装提升支架；

（2）钢梁两端各一定长度范围内采用满堂支架拼装边拱段拱肋到位；

（3）中节段拱肋在拱肋拼装支架上低位拼装，中节段拱肋拱脚处安装临时水平拉索，利用提升支架整体提升就位，与边拱段拱肋合龙；

（4）逐步拆除拱肋拼装支架、提升支架、临时水平拉索；

步骤四：

（1）吊杆安装，逐步拆除临时墩；

（2）二期及附属结构施工；

（3）调整吊杆索力；

（4）全桥竣工。

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