一种自锚式悬索桥的塔锚-墩锚联合式快速建造方法

摘要

本发明提供了一种自锚式悬索桥的塔锚‑墩锚联合式快速建造方法，包括：步骤一，同步施工边跨主梁与桥塔；步骤二，安装塔梁止推连接装置对边跨主梁与桥塔进行临时连接；步骤三，架设主缆，吊装60％数量的中跨主梁梁段，使得主缆施加给边跨主梁的水平分力由桥塔共同承担；步骤四，按照步骤二的方法安装墩梁止推连接装置对边跨主梁与桥墩进行临时连接；步骤五，按照步骤三的方法吊装剩余数量的中跨主梁梁段，使得主缆施加给边跨主梁的水平分力由桥塔和桥墩共同承担；步骤五，依次拆除墩梁止推连接装置和塔梁止推连接装置，完成体系转换。步骤六，张拉吊杆，拆除支架，完成施工。

说明书

技术领域

本发明属于道路桥梁领域，涉及自锚式悬索桥，具体涉及一种自锚式悬索桥的塔锚-墩锚联合式快速建造方法。

背景技术

自锚式悬索桥不同于一般的地锚式悬索桥，不需要巨大的锚碇，主缆锚固于边跨主梁端部，由主梁承担主缆的水平分力和竖向分力，解决了地质条件不允许修建锚碇而建造悬索桥的问题，并且保留了传统悬索桥的优美外形。

自锚式悬索桥由于主缆直接锚固在主梁上，施工过程中主缆将产生巨大的水平分力，所以在施工方法上一般采用先搭设临时支撑完成主梁施工，然后架设主缆的施工方案。然而“先梁后缆”临时支架工艺将不可避免地干扰航道或路面交通，同时临时支架的搭设与拆除费用高，工期长，安全隐患多。

为减少对既有交通的不利影响，加快建造速度，降低工程风险，快速建造技术开始受到社会各界的广泛重视。已提出的快速建造技术归纳如下：

(A)临时地锚法：利用拉索连将主缆力传递给临时地锚。缺点是涉及大体积临时锚碇的安装与拆除，施工成本高，工期长；

(B)墩梁临时固结法：将主缆锚固块与其桥墩临时固结，将主缆力传递给主桥边跨支墩。缺点是桥墩的抗推刚度较小，承担的水平力有限，不适合较大跨度的自锚悬索桥。

(C)临时斜拉法：用临时斜拉索悬臂对称架设加劲梁，形成斜拉桥体系之后架设主缆，逐步用吊杆替换斜拉索成为自锚悬索桥。缺点是涉及临时拉索的安装与拆除，施工成本高，工期长，存在技术风险。

现有技术中虽然公开了一种塔梁临时锚固装置，第一格栅架的一个端面和第二格栅架的一个端面相对设置，形成传力撑的作用面；第一格栅架和第二格栅架相对设置的两个端面之间通过传力撑支撑传力，在施工过程中将边跨主梁上承受的水平力传递给桥塔；由内筒和外筒组成的可伸缩套筒内安装有千斤顶，千斤顶的一端固结在外筒远离内筒的端部设置的钢架上，千斤顶的油管通过设置在外筒侧壁上的油管进出口进入外筒内部。但是现有的塔梁临时锚固装置存在以下问题：

(A)液压传动对油温变化极其敏感，由于施工现场的环境与进度变动很大，实际应用中发现现有技术很容易出现油液泄露，且油液也难以始终保持清洁，严重影响传力过程的稳定性；

(B)面对临时塔锚式自锚式悬索桥快速施工，液压传动在能量转化的过程中承受巨大压力，流量损失大，系统工作效率低下；

(C)现有临时支撑中不论是内外筒之间的螺纹转动还是千斤顶的液压传动，均对元件制造的材料强度、制造精度提出苛刻的要求，使得临时构件的工艺复杂，成本较高；

(D)现有临时支撑中内外筒的转动构造以及千斤顶液压传动构造对精度要求苛刻，首次使用后内外筒连接处常常出现无法恢复的细小变形，无法实现重复多次使用。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种自锚式悬索桥的塔锚-墩锚联合式快速建造方法，解决现有技术中自锚式悬索桥施工时主跨交通干扰大，施工工期长的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种自锚式悬索桥的塔锚-墩锚联合式快速建造方法，该方法采用塔梁止推连接装置和墩梁止推连接装置的联合来建造自锚式悬索桥；

所述的塔梁止推连接装置和墩梁止推连接装置的结构相同；

该方法包括以下步骤：

步骤一，同步施工边跨主梁与桥塔；

步骤二，安装塔梁止推连接装置对边跨主梁与桥塔进行临时连接；

步骤三，架设主缆，吊装60％数量的中跨主梁梁段，使得主缆施加给边跨主梁的水平分力由桥塔共同承担；

步骤四，按照步骤二的方法安装墩梁止推连接装置对边跨主梁与桥墩进行临时连接；

步骤五，按照步骤三的方法吊装剩余数量的中跨主梁梁段，使得主缆施加给边跨主梁的水平分力由桥塔和桥墩共同承担；

步骤六，依次拆除墩梁止推连接装置和塔梁止推连接装置，完成体系转换。

步骤七，张拉吊杆，拆除支架，完成施工。

本发明还具有如下区别技术特征：

所述的塔梁止推连接装置包括梁端预留钢板和塔端承压钢板，所述的梁端预留钢板和塔端承压钢板相互垂直布设，所述的梁端预留钢板上固定安装有梁端阻推器，所述的塔端承压钢板上固定安装有塔端阻推器，所述的梁端阻推器与塔端阻推器之间设置有推力传导器；

所述的推力传导器包括外筒和内筒，所述的外筒的一端开放，所述的内筒的两端封闭，外筒的封闭端安装在塔端阻推器上，内筒的一端安装在梁端阻推器上，内筒的另一端插入外筒的开放端使得外筒内形成砂腔，砂腔内填充有砂粒；内筒的另一端与外筒的内壁之间设置有橡胶密封层；

所述的外筒上设置有与砂腔连通的进砂阀和排砂阀。

所述的外筒的封闭端通过第一端承板安装在塔端阻推器上，所述的内筒的一端通过第二端承板顶在梁端阻推器上；所述的第一端承板上设置有预留连接孔。

所述的外筒外壁上靠近开放端的位置设置有环向加强板。

所述的内筒内浇筑有水泥混凝土。

所述的外筒内壁和内筒外壁之间的间隙尺寸控制在1～2mm范围内。

所述的塔梁止推连接装置的梁端预留钢板的端部预设有横桥向贯穿边跨主梁的抗推型钢。

所述的自锚式悬索桥的桥塔的塔柱内侧与边跨主梁腹板外侧的水平间隙小于大于150cm。

步骤一的具体过程为：

步骤1.1，对桥塔和桥墩的基础进行地基处理，施工桥塔基础、桥墩基础、桥塔及桥墩；

步骤1.2，设边跨支架，在支架上施工边跨主梁，完成边跨主梁施工；

步骤1.3，支架上浇筑主梁钢混结合段，张拉结合段预应力钢束。

步骤二的具体过程为：

步骤2.1，在桥塔的塔柱正面边跨侧的塔端承压钢板上固定安装塔端阻推器；

步骤2.2，安装推力传导器，先在外筒的外壁以及外筒和内筒的端面分别焊接环向加强板、第一端承板和第二端承板，之后在砂腔内填充烘干的砂粒，振捣压实后将内筒安装在砂腔内压于砂粒之上，确保砂腔内无空隙且砂粒预压严实后，用橡胶密封层对外筒和内筒侧壁之间的空隙进行封闭处理。拼装完成后，将推力传导器进行水平固定安装，即通过预留连接孔和螺栓将外筒的第一端承板与塔端阻推器的端面进行固定连接，若砂腔内砂粒填充仍不密实，可打开进砂阀进行灌砂填实；

步骤2.3，在边跨主梁腹板外侧上的梁端预留板上固定安装梁端阻推器，并保证内筒的第二端承板完全顶在梁端阻推器的端面上，形成推力传导支撑，实现塔梁临时锚固。

步骤三的具体过程为：

步骤3.1，架设猫道，安装主索鞍与转索鞍并调整预偏量；在猫道上架设主缆，在主缆上安装吊杆；

步骤3.2，吊装中跨主梁，主缆施加给边跨主梁的水平分力通过塔梁止推连接装置传递给桥塔承担；同步对边跨主梁段上的吊杆进行首次张拉，并按目标控制主索鞍顶推量，用于平衡中跨和边跨主缆的水平张力；吊装完60％数量的中跨主梁梁段。

步骤六的具体过程为：

步骤6.1，拆除墩梁止推连接装置：

打开排砂阀和进砂阀，若砂粒不能在重力作用下自动流出，,用钢筋从上侧进砂阀捅向下侧排砂阀，使砂粒能从排砂阀顺利排出，同时内筒在纵向推力作用下进行缓慢回缩；

待砂粒停止流出，松开预留连接孔处的螺栓，移走推力传导器，拆除梁端阻推器和塔端阻推器，其中梁端阻推器作为吊索锚箱在之后的施工工序中进行重复使用；

步骤6.2，拆除塔梁止推连接装置：

采用与步骤6.1相同的方法拆除塔梁止推连接装置。

步骤七的具体过程为：

步骤7.1，主缆防腐施工，拆除猫道，对边跨主梁的吊杆进行第二次张拉；

步骤7.2，拆除边跨支架，完成全桥施工。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)本发明的塔梁止推连接装置能够将空缆状态下主缆产生的水平力传递给桥塔承担，简单且有效的解决了主缆水平力在主梁施工完成前的平衡问题。构造简单，安装拆卸方便，避免设置传统大型临时锚碇，降低施工风险。本发明的止推连接装置造价经济，无需建造临时承载构件，只需要低价的临时连接构件用于推力传导，部分构件经拆除可在之后的施工工序中作为永久性构件进行重复性使用，明显降低施工成本。

(Ⅱ)本发明的方法在最大程度不影响既有交通的前提下，施工简单，避免临时承载构件的安装与拆除，施工进度快。

(Ⅲ)本发明的施工方法安全可靠，主塔抗推刚度大，结合边跨桥墩共同作为临时推力承载构件，足以平衡主梁吊装过程中的主缆水平分力，能够适用于更大跨径的自锚式悬索桥。

附图说明

图1是本发明的塔梁止推连接装置的整体结构示意图。

图2是本发明的推力传导器的外部结构示意图。

图3是本发明的推力传导器的内部结构示意图。

图4是本发明的梁端阻推器的内部结构示意图。

图5是本发明的塔端阻推器的内部结构示意图。

图6是本发明的抗推型钢的安装位置示意图。

图7是本发明的步骤二安装塔梁止推连接装置的安装的过程示意图。

图8是本发明的步骤四安装塔梁止推连接装置的安装的过程示意图。

图9是本发明建造的自锚式悬索桥的结构示意图。

图中各个标号的含义为：1-梁端预留钢板，2-塔端承压钢板，3-梁端阻推器，4-塔端阻推器，5-推力传导器，6-边跨主梁，7-桥塔，8-主缆，9-中跨主梁，10-吊杆，11-支架，12-桥墩，13-塔梁止推连接装置，14-墩梁止推连接装置，15-抗推型钢；

301-锚固前板，302-锚固后板，303-顶板，304-底板，305-水平加劲板，306-外腹板，307-内腹板，308-纵向加劲肋，309-过焊孔；

401-横向板，402-纵向板，403-斜向板；

501-外筒，502-内筒，503-砂腔，504-砂粒，505-橡胶密封层，506-进砂阀，507-排砂阀，508-第一端承板，509-第二端承板，510-预留连接孔，511-环向加强板，512-水泥混凝土。

以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种自锚式悬索桥的塔锚-墩锚联合式快速建造方法，如图1至图9所示，该方法采用塔梁止推连接装置13和墩梁止推连接装置14的联合来建造自锚式悬索桥；

所述的塔梁止推连接装置13和墩梁止推连接装置14的结构相同；

该方法包括以下步骤：

步骤一，同步施工边跨主梁6与桥塔7；

步骤1.1，对桥塔7和桥墩12的基础进行地基处理，施工桥塔7基础、桥墩12基础、桥塔7及桥墩12；

步骤1.2，设边跨支架11，在支架11上施工边跨主梁6，完成边跨主梁6施工；

步骤1.3，支架11上浇筑主梁钢混结合段，张拉结合段预应力钢束。

步骤二，安装塔梁止推连接装置13对边跨主梁6与桥塔7进行临时连接；

步骤2.1，在桥塔7的塔柱正面边跨侧的塔端承压钢板2上固定安装塔端阻推器4；

步骤2.2，安装推力传导器5，先在外筒501的外壁以及外筒501和内筒502的端面分别焊接环向加强板511、第一端承板508和第二端承板509，之后在砂腔503内填充烘干的砂粒504，振捣压实后将内筒502安装在砂腔503内压于砂粒504之上，确保砂腔503内无空隙且砂粒504预压严实后，用橡胶密封层505对外筒501和内筒502侧壁之间的空隙进行封闭处理；拼装完成后，将推力传导器5进行水平固定安装，即通过预留连接孔510和螺栓将外筒的第一端承板508与塔端阻推器4的端面进行固定连接，若砂腔503内砂粒504填充仍不密实，可打开进砂阀506进行灌砂填实；

步骤2.3，在边跨主梁6腹板外侧上的梁端预留板1上固定安装梁端阻推器3，并保证内筒502的第二端承板509完全顶在梁端阻推器3的端面上，形成推力传导支撑，实现塔梁临时锚固。

步骤三，架设主缆8，吊装60％数量的中跨主梁9梁段，使得主缆8施加给边跨主梁6的水平分力由桥塔7共同承担；

步骤三的具体过程为：

步骤3.1，架设猫道，安装主索鞍与转索鞍并调整预偏量；在猫道上架设主缆8，在主缆8上安装吊杆10；

步骤3.2，吊装中跨主梁9，主缆8施加给边跨主梁6的水平分力通过塔梁止推连接装置13传递给桥塔7承担；同步对边跨主梁6段上的吊杆10进行首次张拉，并按目标控制主索鞍顶推量，用于平衡中跨和边跨主缆8的水平张力；吊装完60％数量的中跨主梁9梁段。

步骤四，按照步骤二的方法安装墩梁止推连接装置14对边跨主梁6与桥墩12进行临时连接；

步骤五，按照步骤三的方法吊装剩余数量的中跨主梁9梁段，使得主缆8施加给边跨主梁6的水平分力由桥塔7和桥墩12共同承担；

步骤六，依次拆除墩梁止推连接装置和塔梁止推连接装置，完成体系转换。

步骤6.1，拆除墩梁止推连接装置14：

打开排砂阀507和进砂阀506，若砂粒504不能在重力作用下自动流出，,用钢筋从上侧进砂阀506捅向下侧排砂阀507，使砂粒能从排砂阀507顺利排出，同时内筒502在纵向推力作用下进行缓慢回缩；

待砂粒504停止流出，松开预留连接孔510处的螺栓，移走推力传导器5，拆除梁端阻推器3和塔端阻推器4，其中梁端阻推器3作为吊索锚箱在之后的施工工序中进行重复使用；

步骤6.2，拆除塔梁止推连接装置13：

采用与步骤6.1相同的方法拆除塔梁止推连接装置13。

本实施例中，体系转换指的是待中跨主梁吊装施工完成后，调整合龙口间隙，完成环焊缝焊接工作，依次缓慢卸载墩梁止推连接装置和塔梁止推连接装置中的推力传导器，使桥墩和桥塔承担的主缆水平力均转移给中跨主梁，完成体系转换。

步骤七，张拉吊杆10，拆除支架11，完成施工。

步骤七的具体过程为：

步骤7.1，主缆8防腐施工，拆除猫道，对边跨主梁6的吊杆10进行第二次张拉；

步骤7.2，拆除边跨支架11，完成全桥施工。

具体的，塔梁止推连接装置13包括梁端预留钢板1和塔端承压钢板2，所述的梁端预留钢板1和塔端承压钢板2相互垂直布设，所述的梁端预留钢板1上固定安装有梁端阻推器3，所述的塔端承压钢板2上固定安装有塔端阻推器4，所述的梁端阻推器3与塔端阻推器4之间设置有推力传导器5；

所述的推力传导器5包括外筒501和内筒502，所述的外筒501的一端开放，所述的内筒502的两端封闭，外筒501的封闭端安装在塔端阻推器4上，内筒502的一端安装在梁端阻推器3上，内筒502的另一端插入外筒501的开放端使得外筒501内形成砂腔503，砂腔503内填充有砂粒504；内筒502的另一端与外筒501的内壁之间设置有橡胶密封层505；

所述的外筒501上设置有与砂腔503连通的进砂阀506和排砂阀507。

作为本实施例的一种优选方案，外筒501的封闭端通过第一端承板508安装在塔端阻推器4上，所述的内筒502的一端通过第二端承板509顶在梁端阻推器3上；所述的第一端承板508上设置有预留连接孔510。通过螺栓和塔端阻推器的端面固定连接，限制推力传导器5的竖向位移，方便施工。

作为本实施例的一种优选方案，外筒501外壁上靠近开放端的位置设置有环向加强板511。确保传力过程中外筒501的安全性与稳定性。

作为本实施例的一种优选方案，内筒502内浇筑有水泥混凝土512。使得内筒502具有强大的轴向抗压能力。

作为本实施例的一种优选方案，外筒501内壁和内筒502外壁之间的间隙尺寸控制在1～2mm范围内。避免间隙过小造成“卡死”现象或者间隙过大造成“溢砂”现象。

作为本实施例的一种优选方案，塔梁止推连接装置13的梁端预留钢板1的端部预设有横桥向贯穿边跨主梁6的抗推型钢15。加强抗推能力。

本实施例中，梁端阻推器3包括锚固前板301和锚固后板302，锚固前板301和锚固后板302之间水平设置有平行的顶板303和底板304，顶板303和底板304之间设置有平行于顶板303的水平加劲板305；锚固前板301和锚固后板302之间垂直设置有平行的一对外腹板306，一对外腹板306之间设置有平行外腹板306的内腹板307，外腹板306和内腹板307与顶板303、底板304和水平加劲板305之间水平交错设置；所述的锚固前板301和锚固后板302之间设有连续的纵向加劲肋308，保证轴力的顺畅传递；所述的内腹板307、外腹板306和纵向加劲肋308在靠近锚固后板302侧留有四分之一圆的过焊孔309，保证焊接质量，减少应力集中。所述的梁端阻推器3采用吊索钢锚箱形式，为全焊结构。

本实施例中，塔端阻推器4的截面轮廓呈直角梯形状结构，包括相互垂直交错设置的多块横向板401和多块纵向板402，横向板401位于直角梯形的顶边和底边和平行与顶边的位置，直角梯形的斜边位置设置有与横向板401固接的斜向板403。优选的横向板401为4块，纵向板402为5块。

本实施例中，梁端预留钢板1和塔端承压钢板2相互垂直布设，梁端预留钢板1的侧面安装梁端阻推器3，塔端承压钢板2的正面固定塔端阻推器4，这种临时锚固方式，更适合自锚式悬索桥的快速建造。

需要说明的是，除了传力撑构造不同之外，本发明中塔梁止推连接装置的整体结构设计在现有技术基础上也有明显改变，呈“牛腿构造”，特别是针对塔锚部分，将塔端阻推器固定安装于塔柱正面，避免其在巨大推力作用下发生滑移，提高整个临时连接件在传力过程中的稳定性及安全性，也明显改善塔柱的局部受力情况。

本实施例中，自锚式悬索桥的桥塔7的塔柱内侧与边跨主梁6腹板外侧的水平间隙小于大于150cm。