CN114250689A - 钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁施工技术领域，尤其涉及钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法。其主要针对现有的桥梁施工方法中施工难度大，不能适应钢箱拱肋分节现场拼装施工，使用受到局限，吊装在上空安装调整不便，稳定性有待提高的问题，提出如下技术方案：S1、施工方案设定；S2、拱肋支架结构加工；S3、接口、吊点结构处理；S4、施工的前期准备；S5、拱肋安装施工。本发明本发明运用能有效的加快施工进度、缩短施工周期，降低措施费用，而且工艺的优化简单了施工步骤和工序，使得施工操作更为简便快捷，节约了工期，在工程竣工后，能够保证拱肋整体线形顺畅，造型美观，满足设计要求。

Description

钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法

技术领域

本发明涉及桥梁施工技术领域，尤其涉及钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法。

背景技术

随着设计、施工水平的逐步提高，桥梁的功能趋于多样化，已从单纯强调使用功能向多功能并重逐步转变，如今很多桥梁都具备使用功能及景观功能两种甚至多种功能。桥梁景观的建设作为一种反映城市特色、体现地域文化、展示时代风貌的精神文明建设活动倍受倡导与推崇，倾斜式钢箱拱肋式桥梁就是代表，其集使用功能和景观功能于一体，其特异美观的造型对施工提出了更高要求。

在倾斜式钢箱拱肋安装施工中关键是制定最优的安装工艺、选用适宜的施工机具、设计便捷的安装辅助构件以提高拱肋安装精度、控制安装线形及施工质量；专利“CN104652281B”中提出的“一种外倾式钢箱拱安装方法”，该方案中通过将姿态调整工序移到地面进行，消除了高空施工的安全风险，降低了质量控制风险，施工操作方便；同时，支架上通过支架顶部托架和调整架的组合形式，使支架顶部托架可以在调整架顶面横向水平滑动，以及托架上设置千斤顶进行竖向位移调整的方法；但实际操作中预先安装使用的方式整体结构过于庞大，因此在操作安装和吊装方面施工难度较大，不能适应钢箱拱肋分节现场拼装施工，使用受到局限，对施工单位的考验较高，且在吊装上调整不便，稳定性有待提高等；鉴于此，我们提出钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的现有的桥梁施工方法中施工难度大，不能适应钢箱拱肋分节现场拼装施工，使用受到局限，吊装在上空安装调整不便，稳定性有待提高的问题，提出钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法。

本发明的技术方案：钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法，包括以下步骤：

S1、施工方案设定：通过拱肋空间建模和拱肋安装方案的确定，实施拱肋支架的搭建试验，设计并制作拱托；

S2、拱肋支架结构加工：对使用的拱肋钢管支架、安装平台和定位托预安装加工；

S3、接口、吊点结构处理：在相邻连接的两个拱肋节接口处安装限位码板，计算拱节吊点位置；

S4、施工的前期准备：拱肋吊装施工前对拱肋节处理、吊耳设计、拱肋节定位、限位码板和拱脚位置定位等结构预先处理；

S5、拱肋安装施工：先对拱脚段吊装，拱脚段安装焊接完成后对标准段连接施工，最后对合拢段连接处理。

优选的，所述S2中定位托还包括钢板，所述钢板的中心线为拱肋节的重心位置线，所述定位托为支撑拱肋节的主要受力结构，多个钢板的设置将拱肋节向外翻倒的倾覆力转化对定位托的竖直压力，使定位托受力更加明确。

优选的，所述安装平台中包括支架，所述支架的顶部安装有工字钢，所述工字钢与定位托通过螺栓连接。

优选的，所述工字钢选用32a，所述工字钢与定位托通过M24螺栓连接，所述工字钢上翼缘开设有横向长圆孔，定位托的底座板设置纵向长圆孔，用于对拱肋节的安装进行X和Y坐标的微调，最大调整量为30mm。

优选的，所述定位托还能用于调整高度位置即：Z坐标，具体通过在定位托的底部增加垫板，调节范围视垫板的厚度而定，所述定位托还用于拱肋吊杆在张拉受力时，松开与工字钢之间连接的螺栓，使拱肋节处于无约束状态，适应拱肋张拉产生位移的要求。

优选的，所述S3中限位码板用于在拱肋节吊装时空间姿态与设计姿态存在偏差时，限位码板的限制将拱肋节的空间姿态进行校正，保证钢拱同时限位码板还用于两节拱肋接口处临时连接的码板使用。

优选的，所述限位码板与拱肋节的具体安装要求为：a、选用20mm厚的钢板作为限位码板，用于安装在拱肋节的接口处，将限位码板安装在拱肋节一角的两侧外壁；b、限位码板与与拱肋节的外壁采用焊接连接，焊接长度为40cm，焊口采用双面角焊形式、焊缝高度8mm；c、限位码板探出接口30cm，并刨切5mm的坡角，在两块限位码板伸出端头采用相同厚度的钢板加强，最终组成“Π”形状。

优选的，所述S4中吊耳位置设计采用空间制图形式进行模拟拱肋的空间姿态，从而计算拱箱重心和吊点位置，在吊点位置上焊接吊耳，所述S4中施工的前期准备具体包括：①、拱肋节在加工厂内完成预拼装，吊耳结构在厂内完成焊接，并对吊耳焊接质量进行探伤及X光射线检验，用于确保吊耳焊口质量以及满足吊耳疲劳实验标准；②、各节钢拱加工完成后，根据计算的拱节定位点位置，在拱肋节的上、下口打出样冲眼，用于拱节的定位，并结合S2中的加工步骤对拱肋支架结构进行预安装，具体包括定位托的组装，以及安装平台与定位托的组装；③、通过法兰钢板将拱脚位置与桥梁横隔梁进行组装，并在底口外沿靠近边跨两角位置焊接两块限位板对拱脚定位。

优选的，所述S5中拱脚段的吊装具体包括以下操作流程：通过在支架上定位出定位托的安装位置，并将定位托与支架通过四个高强螺栓连接，通过履带吊将拱节按安装到位时的方向、角度调离地面，通过测量上下口水平距离差及拱箱底角边与水平面的夹角，复测拱箱的空间姿态，将拱脚箱口放置于法兰盘上的定位线框内，拱脚外沿两角紧贴定位板，在拱脚位置确定后通过吊车放钢丝绳，通过全站仪复测控制点三维坐标，拱托与拱箱之间填塞钢板楔稳固拱箱，拱脚与法兰钢板焊接并通过高强螺栓拧紧安装；

所述S5中标准段的吊装具体包括以下操作流程：结合拱脚段特征截面的空间位置进行复测，计算出安装定位的空间坐标；通过坐标值按照拱脚段吊装方式吊装，将拱肋节的下口与已经安装拱肋节的上口限位码板组装，将上部拱身放置于已定位的定位托上；通过吊车卸力、填塞钢板块和移动拱托的方式调整拱肋节的位置和方向；焊口位置通过安置T形板及码板采用千斤顶调解；通过对拱肋节的下端和已安装拱肋节上端间的限位码板的焊接，确定相邻连接的两个拱肋节的位置；

所述S5中合拢段的吊装具体包括以下操作流程：通过对气温的检测，计算实际合拢长度，通过两侧拱箱接口形状对合拢段下料；通过履带吊和四点吊的方式吊装组装，拱箱倾斜角度通过吊点设置位置调节；通过限位码板、L形板及千斤顶确保接口平顺。

优选的，所述合拢段的安装温度为20℃，所述拱肋节的焊接接口偏差控制在±2mm以内，吊点位置偏差控制在±10mm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

1、本发明通过倾斜式钢箱拱肋安装采用分节吊装、组拼、焊接工艺，降低了钢箱拱肋操作的难度，钢箱拱肋安装采用支架现场拼装，加工更为便捷，减少转运的作业量，钢箱拱肋节段吊装采用四点吊倾斜式吊装方法在提升高度安装时的稳定性提高，且在调整拱肋节的安装位置和方向上更为便捷精准，通过设计专用的定位托辅助拱肋安装，采用空间坐标测量、焊缝宽度及吊点位置控制三重手段进行安装精度及线形控制；

2、本发明适用于钢箱拱肋分节现场拼装施工，拱肋截面可为矩形、圆形及各种变截面形式，拱肋线形可以竖直式、倾斜式等结构，适应性高，通过本施工方法的运用，有效的缩短施工周期，降低了使用大型机械的费用，同时减少了大量措施项目，使得资源得到了节约；

3、综上所述，本发明运用能有效的加快施工进度、缩短施工周期，降低措施费用，而且工艺的优化简单了施工步骤和工序，使得施工操作更为简便快捷，节约了工期，在工程竣工后，能够保证拱肋整体线形顺畅，造型美观，满足设计要求。

附图说明

图1是钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法中定位托和拱肋节的位置示意图；

图2是钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法中安装平台和定位托的俯视位置示意图；

图3是钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法中限位码板和拱肋节安装示意图。

附图标记：1、定位托；11、钢板；2、安装平台；21、工字钢；22、支架；23、横向长圆孔；3、拱肋节；4、限位码板。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例

工程项目：南昌市艾溪湖大桥工程

艾溪湖大桥为三跨连续外倾式四索面下承式钢箱系杆拱桥，以对称倾斜拱结构与桥外伸出的半圆人行道等相对，全长168m，跨径为30m+108m+30m，桥面宽度为41～73m；拱肋竖向为叠拱形式，下层主拱肋为受力拱，上层副拱肋为装饰拱，两拱间以联系件连接。

具体施工要求为：拱肋为矩形钢箱结构，拱平面向外倾斜比例1：3，主拱圈在竖直平面内的投影高度为39m，装饰拱圈在最高点比主拱圈高7米，主拱肋及装饰拱肋横截面均为变截面；

主拱肋宽自拱冠至拱底由1.5m至2.5m线形变化，截面高度自拱冠至拱底由1.3m至2.0m按拱轴线水平投影方向线形变化，截面四边壁厚相等，壁厚40mm；

装饰拱平面倾斜同主拱圈，在竖向平面内的投影高度为46米，截面宽度同主拱宽度变化，截面高度均为1.2m，截面四边壁厚相等，壁厚14mm。

采用本方案钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法进行施工，具体包括以下施工步骤：包括以下步骤：

S1、施工方案设定：通过拱肋空间建模和拱肋安装方案的确定，实施拱肋支架的搭建试验，设计并制作拱托；

S2、拱肋支架结构加工：对使用的拱肋钢管支架22、安装平台2和定位托1预安装加工；

S3、接口、吊点结构处理：在相邻连接的两个拱肋节3接口处安装限位码板4，计算拱节吊点位置；

S4、施工的前期准备：拱肋吊装施工前对拱肋节3处理、吊耳设计、拱肋节3定位、限位码板4和拱脚位置定位等结构预先处理；

S5、拱肋安装施工：先对拱脚段吊装，拱脚段的吊装具体包括以下操作流程：通过在支架21上定位出定位托1的安装位置，并将定位托1与支架21通过四个高强螺栓连接，通过履带吊将拱节按安装到位时的方向、角度调离地面，通过测量上下口水平距离差及拱箱底角边与水平面的夹角，复测拱箱的空间姿态，将拱脚箱口放置于法兰盘上的定位线框内，拱脚外沿两角紧贴定位板，在拱脚位置确定后通过吊车放钢丝绳，将拱节上口沿拱托立板夹角开口缓慢落下，通过全站仪复测控制点三维坐标，拱托与拱箱之间填塞钢板楔稳固拱箱，拱脚与法兰钢板焊接并通过高强螺栓拧紧安装，钢拱拱脚段定位、焊接完成后准备进行下节拱的安装；拱脚段安装焊接完成后对标准段连接施工，标准段的吊装具体包括以下操作流程：结合拱脚段特征截面的空间位置进行复测，计算出安装定位的空间坐标；通过坐标值按照拱脚段吊装方式吊装，将拱肋节3的下口与已经安装拱肋节3的上口限位码板4组装，将上部拱身放置于已定位的定位托1上；通过吊车卸力、填塞钢板块和移动拱托的方式调整拱肋节3的位置和方向；焊口位置通过安置T形板及码板采用千斤顶调节，在全部码板焊接完成前，履带吊始终对该节拱处于保护状态；通过对拱肋节3的下端和已安装拱肋节3上端间的限位码板4的焊接，确定相邻连接的两个拱肋节3的位置；最后对合拢段连接处理，合拢段的吊装具体包括以下操作流程：通过对气温的检测，计算实际合拢长度，通过两侧拱箱接口形状对合拢段下料；通过履带吊和四点吊的方式吊装组装，拱箱倾斜角度通过吊点设置位置调节；通过限位码板4、L形板及千斤顶确保接口平顺；合拢段的安装温度为20℃，因气温影响造成拱节长度变化，因此在合拢段安装前针对气温变化观测并计算出合拢实际长度，长度确定后根据两侧拱箱接口形状对合拢段进行下料，以满足安装、焊接要求；拱肋节3的焊接接口偏差控制在±2mm以内，吊点位置偏差控制在±10mm。

S2中定位托1还包括钢板11，钢板11的中心线为拱肋节3的重心位置线，定位托1为支撑拱肋节3的主要受力结构，多个钢板11的设置将拱肋节3向外翻倒的倾覆力转化对定位托1的竖直压力，使定位托1受力更加明确。

安装平台2中包括支架22，支架22的顶部安装有工字钢21，工字钢21与定位托1通过螺栓连接，定位托1还能用于调整高度位置即：Z坐标，具体通过在定位托1的底部增加垫板，调节范围视垫板的厚度而定，定位托还用于拱肋吊杆在张拉受力时，松开与工字钢21之间连接的螺栓，使拱肋节3处于无约束状态，适应拱肋张拉产生位移的要求，工字钢21选用32a，工字钢21与定位托通过M24螺栓连接，工字钢21上翼缘开设有横向长圆孔23，定位托1的底座板设置纵向长圆孔，用于对拱肋节3的安装进行X和Y坐标的微调，最大调整量为30mm；S3中限位码板4用于在拱肋节3吊装时空间姿态与设计姿态存在偏差时，限位码板的限制将拱肋节3的空间姿态进行校正，保证钢拱同时限位码板4还用于两节拱肋接口处临时连接的码板使用；限位码板4与拱肋节3的具体安装要求为：a、选用20mm厚的钢板作为限位码板4，用于安装在拱肋节3的接口处，将限位码板4安装在拱肋节3一角的两侧外壁；b、限位码板与4与拱肋节3的外壁采用焊接连接，焊接长度为40cm，焊口采用双面角焊形式、焊缝高度8mm；c、限位码板4探出接口30cm，并刨切5mm的坡角，在两块限位码板4伸出端头采用相同厚度的钢板加强，最终组成“Π”形状。

本实施例中S4中吊耳位置设计采用空间制图形式进行模拟拱肋的空间姿态，从而计算拱箱重心和吊点位置，在吊点位置上焊接吊耳，S4中施工的前期准备具体包括：①、拱肋节3在加工厂内完成预拼装，吊耳结构在厂内完成焊接，并对吊耳焊接质量进行探伤及X光射线检验，用于确保吊耳焊口质量以及满足吊耳疲劳实验标准；②、各节钢拱加工完成后，根据计算的拱节定位点位置，在拱肋节3的上、下口打出样冲眼，用于拱节的定位，并结合S2中的加工步骤对拱肋支架结构进行预安装，具体包括定位托1的组装，以及安装平台2与定位托1的组装；③、通过法兰钢板将拱脚位置与桥梁横隔梁进行组装，并在底口外沿靠近边跨两角位置焊接两块限位板对拱脚定位。

本方案的施工方法在完成艾溪湖大桥工程中具有以下突出优点：

(1)、通过本工法施工有效的加快了施工进度、缩短了施工周期，使得拱肋安装工作简单化，增强了安装进度的准确性；

(2)、通过现场实施情况及拱肋安装质量和线形的情况可得，拱肋安装定位点空间三维坐标X方向最大偏差3mm、Y方向最大偏差5mm、Z方向最大偏差8mm；拱肋整体线形顺畅，造型美观，满足设计要求；

(3)、通过工艺的优化简便了施工步骤和工序，使得施工操作更为简便快捷，直接节约工期20天；

(4)、通过简单便行的拱肋安装辅助构造的设计实施，增强了施工安全性并满足了质量要求，同时节约了复杂设备的使用，直接节约安装措施费用30万元。

上述具体实施例仅仅是本发明的一种优选的实施例，基于本发明的技术方案和上述实施例的相关启示，本领域技术人员可以对上述具体实施例做出多种替代性的改进和组合。

Claims (10)

1.钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、施工方案设定：通过拱肋空间建模和拱肋安装方案的确定，实施拱肋支架的搭建试验，设计并制作拱托；

S2、拱肋支架结构加工：对使用的拱肋钢管支架(22)、安装平台(2)和定位托(1)预安装加工；

S3、接口、吊点结构处理：在相邻连接的两个拱肋节(3)接口处安装限位码板(4)，计算拱节吊点位置；

S4、施工的前期准备：拱肋吊装施工前对拱肋节(3)处理、吊耳设计、拱肋节(3)定位、限位码板(4)和拱脚位置定位等结构预先处理；

S5、拱肋安装施工：先对拱脚段吊装，拱脚段安装焊接完成后对标准段连接施工，最后对合拢段连接处理。

2.根据权利要求1所述的钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法，其特征在于，所述S2中定位托(1)还包括钢板(11)，所述钢板(11)的中心线为拱肋节(3)的重心位置线，所述定位托(1)为支撑拱肋节(3)的主要受力结构，多个钢板(11)的设置将拱肋节(3)向外翻倒的倾覆力转化对定位托(1)的竖直压力，使定位托(1)受力更加明确。

3.根据权利要求1所述的钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法，其特征在于，所述安装平台(2)中包括支架(22)，所述支架(22)的顶部安装有工字钢(21)，所述工字钢(21)与定位托(1)通过螺栓连接。

4.根据权利要求3所述的钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法，其特征在于，所述工字钢(21)选用32a，所述工字钢(21)与定位托通过M24螺栓连接，所述工字钢(21)上翼缘开设有横向长圆孔(23)，定位托(1)的底座板设置纵向长圆孔，用于对拱肋节(3)的安装进行X和Y坐标的微调，最大调整量为30mm。

5.根据权利要求4所述的钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法，其特征在于，所述定位托(1)还能用于调整高度位置即：Z坐标，具体通过在定位托(1)的底部增加垫板，调节范围视垫板的厚度而定，所述定位托还用于拱肋吊杆在张拉受力时，松开与工字钢(21)之间连接的螺栓，使拱肋节(3)处于无约束状态，适应拱肋张拉产生位移的要求。

6.根据权利要求1所述的钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法，其特征在于，所述S3中限位码板(4)用于在拱肋节(3)吊装时空间姿态与设计姿态存在偏差时，限位码板的限制将拱肋节(3)的空间姿态进行校正，保证钢拱同时限位码板(4)还用于两节拱肋接口处临时连接的码板使用。

7.根据权利要求6所述的钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法，其特征在于，所述限位码板(4)与拱肋节(3)的具体安装要求为：a、选用20mm厚的钢板作为限位码板(4)，用于安装在拱肋节(3)的接口处，将限位码板(4)安装在拱肋节(3)一角的两侧外壁；b、限位码板与(4)与拱肋节(3)的外壁采用焊接连接，焊接长度为40cm，焊口采用双面角焊形式、焊缝高度8mm；c、限位码板(4)探出接口30cm，并刨切5mm的坡角，在两块限位码板(4)伸出端头采用相同厚度的钢板加强，最终组成“Π”形状。

8.根据权利要求7所述的钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法，其特征在于，所述S4中吊耳位置设计采用空间制图形式进行模拟拱肋的空间姿态，从而计算拱箱重心和吊点位置，在吊点位置上焊接吊耳，所述S4中施工的前期准备具体包括：①、拱肋节(3)在加工厂内完成预拼装，吊耳结构在厂内完成焊接，并对吊耳焊接质量进行探伤及X光射线检验，用于确保吊耳焊口质量以及满足吊耳疲劳实验标准；②、各节钢拱加工完成后，根据计算的拱节定位点位置，在拱肋节(3)的上、下口打出样冲眼，用于拱节的定位，并结合S2中的加工步骤对拱肋支架结构进行预安装，具体包括定位托(1)的组装，以及安装平台(2)与定位托(1)的组装；③、通过法兰钢板将拱脚位置与桥梁横隔梁进行组装，并在底口外沿靠近边跨两角位置焊接两块限位板对拱脚定位。

9.根据权利要求8所述的钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法，其特征在于，所述S5中拱脚段的吊装具体包括以下操作流程：通过在支架(21)上定位出定位托(1)的安装位置，并将定位托(1)与支架(21)通过四个高强螺栓连接，通过履带吊将拱节按安装到位时的方向、角度调离地面，通过测量上下口水平距离差及拱箱底角边与水平面的夹角，复测拱箱的空间姿态，将拱脚箱口放置于法兰盘上的定位线框内，拱脚外沿两角紧贴定位板，在拱脚位置确定后通过吊车放钢丝绳，通过全站仪复测控制点三维坐标，拱托与拱箱之间填塞钢板楔稳固拱箱，拱脚与法兰钢板焊接并通过高强螺栓拧紧安装；

所述S5中标准段的吊装具体包括以下操作流程：结合拱脚段特征截面的空间位置进行复测，计算出安装定位的空间坐标；通过坐标值按照拱脚段吊装方式吊装，将拱肋节(3)的下口与已经安装拱肋节(3)的上口限位码板(4)组装，将上部拱身放置于已定位的定位托(1)上；通过吊车卸力、填塞钢板块和移动拱托的方式调整拱肋节(3)的位置和方向；焊口位置通过安置T形板及码板采用千斤顶调解；通过对拱肋节(3)的下端和已安装拱肋节(3)上端间的限位码板(4)的焊接，确定相邻连接的两个拱肋节(3)的位置；

所述S5中合拢段的吊装具体包括以下操作流程：通过对气温的检测，计算实际合拢长度，通过两侧拱箱接口形状对合拢段下料；通过履带吊和四点吊的方式吊装组装，拱箱倾斜角度通过吊点设置位置调节；通过限位码板(4)、L形板及千斤顶确保接口平顺。

10.根据权利要求9所述的钢拱桥倾斜式钢箱叠拱拱肋施工工法，其特征在于，所述合拢段的安装温度为20℃，所述拱肋节(3)的焊接接口偏差控制在±2mm以内，吊点位置偏差控制在±10mm。

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