现浇大跨径砼拱桥悬拼钢拱架的施工方法

摘要

本发明涉及拱桥悬拼钢拱架技术，是现浇大跨径砼拱桥悬拼钢拱架的施工方法。钢拱架是由标准节段、调节节段、拱顶节段和拱脚节段拼接组成，施工过程主要包括钢拱架拼装和钢拱架横移，施工时在桥跨越的两侧同时进行，其特征是：节段联结过程中横向系采用横联联结方式，拱架顶面和地面采用平联联结方式；节段之间的连接方式采用下弦销轴连接，上弦螺栓连接；其具体的施工按照钢拱架拱座设置、钢拱架节段的拼装、横向缆风索的设置、主拱圈铺设、钢拱架拆卸、钢拱架横移六个步骤进行。该方法用料省、速度快、结构合理，技术先进、经济适用，且适用于不同跨径的拱桥。

说明书

技术领域

本发明涉及拱桥悬拼钢拱架技术，是现浇大跨径砼拱桥悬拼钢拱架的施工方法。

背景技术

现有拱桥拼接钢拱架的方法很多，例如万能杆件拼装方法，但是万能杆件拼装的施工周期很长，而且施工过程对环境造成较大的影响，同时会受到汛期等环境因素的影响，从而影响施工。

采用悬拼钢拱架中往往采用阴阳头节点连接、销接固定的方法，这种方法虽然连接牢固，但是过于死板，并不能实现拼接调跨。

同时，利用横移台车或预埋滑倒实现钢拱架横向滑动的方法过于繁琐，且不易实现。

发明内容

本发明的内容是提供一种现浇大跨径砼拱桥悬拼钢拱架的施工方法，实现缩短施工时间、节省材料且横移方便快捷。

本发明的技术方案是现浇大跨径砼拱桥悬拼钢拱架的施工方法，钢拱架是由标准节段、调节节段、拱顶节段和拱脚节段拼接组成，施工过程主要包括钢拱架拼装和钢拱架横移，施工时在桥跨越的两侧同时进行，其特征是：节段联结过程中横向系采用横联联结方式，拱架顶面和底面采用平联联结方式；节段之间的连接方式采用下弦销轴连接，上弦螺栓连接；其具体的施工按照如下的步骤进行：

步骤1，钢拱架拱座设置；钢拱架拱座是用来支撑现浇施工载荷的临时拱座，在现浇施工拱座前缘设置钢拱架拱座，即在浇筑现浇施工拱座的同时浇筑钢拱架拱座，钢拱架拱座为C40钢筋混凝土；在钢拱架拱座上设置绞座，即在钢拱架拱座上水平预埋直径325×12mm的无缝钢管，管内注入C50混凝土；

步骤2，钢拱架节段的拼装；首先清除拱轴上的杂物，并在拱轴上打四氟黄油，然后按照如下方法依次拼接钢拱架各节段：

（1）用缆吊将拱脚节段吊装，将拱脚节段末端与钢拱架拱座的绞座铰接固定，并用支架定位拱脚节段；

（2）用缆吊将标准节段吊装，在两侧拱脚节段前端同时依次向跨中拼接标准节段；

（3）用缆吊将拱顶节段吊装，当两侧标准节段拼接至跨中，两侧间距小于一块标准阶段时，则通过连接钢板将拱顶节段与两侧标准节段焊接固定，完成合拢；若加入拱顶节段后，两侧仍有缺口，不能合拢，则将一块调节节段与一侧标准节段拼接，然后通过连接钢板将拱顶节段焊接固定；

步骤3，横向缆风索的设置；在钢拱架上下游用Ф21.5mm的钢丝绳分别对称设置组横向缆风，每组缆风上下游同时收紧，确保拱架不产生横向偏位，每根横向缆风的索力控制不小于3t；

步骤4，主拱圈底模铺设；在钢拱架的基础上进行主拱圈底模的铺设，并在钢拱架和主拱圈底模之间设置调节短支撑钢管；

步骤5，钢拱架卸载；当拱圈底模铺设结束完全合拢，且混凝土强度达到95%以上时，利用钢拱架与主拱圈底模之间的调节短支架钢管进行钢拱架的卸载；

步骤6，钢拱架横移；将缆风绳与5T链条滑车连接，施工两岸拱脚同时安装张拉千斤顶配合钢绞线拖动钢拱架横移，钢拱架以绞座作为滑道横向滑动，同时保证两岸移动速度一致，将钢拱架整体横移至下一副位置处。

所述的拱脚节段是三角柱体钢架，末端顶点处设置有弧形槽，弧形槽与钢拱架拱座的绞座铰接固定，前端下弦设置阴、阳铰接头，前端上弦设置阴、阳球头螺旋。

所述的标准节段是长方体钢架，下弦两侧分别设置有阴、阳铰接头，上弦两侧分别设置有阴、阳球头螺旋。

所述的调节节段是长方体钢架，下弦两侧分别设置有阴、阳铰接头，上弦两侧分别设置有阴、阳球头螺旋且调节节段的长度小于标准节段。

所述的拱顶节段是长方体钢架。

所述的下弦销轴连接是将相邻两节段下弦的阴、阳铰接头相互拼接，然后通过销轴固定连接。

所述的上弦螺栓连接是将相邻两节段上弦的阴、阳球头螺旋相互拼接，然后通过四根Ф38mm的连接螺栓固定连接。

所述的步骤5中钢拱架的拆卸顺序依次为拱脚处、拱顶处、拱腰处。

本发明的特点是：（1）钢拱架下弦通过销轴连接，固定牢靠、安全；上弦安装阴阳球头螺旋，通过转动螺旋，改变钢拱架拼装弧度，实现钢拱架调跨；

（2）钢拱架采用二铰拱，即拱脚节段与与钢拱架拱座的绞座铰接固定，拱座采用无缝钢管将拱座铰轴与拱架横移滑道有机结合起来；

（3）新型钢拱架用途广泛，可用作支架、梁、柱等临时支撑结构；

（4）用料省、速度快、结构合理，技术先进、经济适用，且适用于不同跨径的拱桥。

附图说明

下面将结合具体实施例对本发明作进一步的说明：

图1是拱脚节段结构示意图；

图2是标准节段结构示意图；

图3是调节节段结构示意图；

图4是上弦阴球头螺旋结构示意图；

图5是上弦阳球头螺旋结构示意图；

图6是上弦阴、阳球头螺旋对接结构示意图；

图7是拱顶节段结构示意图；

图8是钢拱架结构示意图；

图9是节段连接示意图。

图中：1、拱脚节段；2、标准节段；3、拱顶节段；4、调整节段。

具体实施例

实施例1

现浇大跨径砼拱桥悬拼钢拱架的施工方法，钢拱架是由标准节段2、调节节段4、拱顶节段3和拱脚节段1拼接组成，施工过程主要包括钢拱架拼装和钢拱架横移，施工时在桥跨越的两侧同时进行，其特征是：节段联结过程中横向系采用横联联结方式，拱架顶面和地面采用平联联结方式；节段之间的连接方式采用下弦销轴连接，上弦螺栓连接；其具体的施工按照如下的步骤进行：

步骤1，钢拱架拱座设置；钢拱架拱座是用来支撑现浇施工载荷的临时拱座，在现浇施工拱座前缘设置钢拱架拱座，即在浇筑现浇施工拱座的同时浇筑钢拱架拱座，钢拱架拱座为C40钢筋混凝土；在钢拱架拱座上设置绞座，即在钢拱架拱座上水平预埋直径325×12mm的无缝钢管，管内注入C50混凝土；

步骤2，钢拱架节段的拼装；首先清除拱轴上的杂物，并在拱轴上打四氟黄油，然后按照如下方法依次拼接钢拱架各节段：

（1）用缆吊将拱脚节段1吊装，将拱脚节段1末端与钢拱架拱座的绞座铰接固定，并用支架定位拱脚节段1；

（2）用缆吊将标准节段2吊装，在两侧拱脚节段1前端同时依次向跨中拼接标准节段2；

（3）用缆吊将拱顶节段3吊装，当两侧标准节段2拼接至跨中，两侧间距小于一块标准阶段2时，则通过连接钢板将拱顶节段3与两侧标准节段2焊接固定，完成合拢；若加入拱顶节段3后，两侧仍有缺口，不能合拢，则将一块调节节段4与一侧标准节段2拼接，然后通过连接钢板将拱顶节段3焊接固定；

步骤3，横向缆风索的设置；在钢拱架上下游用Ф21.5mm的钢丝绳分别对称设置4组横向缆风，每组缆风上下游同时收紧，确保拱架不产生横向偏位，每根横向缆风的索力控制不小于3t；

步骤4，主拱圈铺设；在钢拱架的基础上进行主拱圈的铺设，并在钢拱架和主拱圈底模之间设置调节短支撑钢管；

步骤5，钢拱架拆卸；当拱圈铺设结束完全合拢，且混凝土强度达到95%以上时，利用钢拱架与主拱圈底模之间的调节短支架钢管进行钢拱架的拆卸；

步骤6，钢拱架横移；将缆风绳与5T链条滑车连接，施工两岸拱脚同时安装张拉千斤顶配合钢绞线拖动钢拱架横移，钢拱架以绞座作为滑道横向滑动，同时保证两岸移动速度一致，将钢拱架横移整体横移至下一副位置处。

实施例2

以抚溪江大桥为例，抚溪江大桥地处贵州高原东缘，桥区为高原型构造侵蚀一剥蚀型低中山沟谷地貌，桥区附近海拔324.5～364m之间，相对高差39m。桥区覆盖层为残坡积层耕植土、粉质粘土，冲洪积层卵石土，抚溪江大桥上部结构采用5×20m(预应力砼空心板)＋120m(钢筋砼箱形拱)＋2×20m(预应力砼空心板)。下部结构主孔采用现浇钢筋混凝土拱座及现浇混凝土基础，拱上设钢筋混凝土排架墩，5、6号交界墩和两岸引孔桥墩为钢筋混凝土双柱式圆形实心墩，挖孔桩基础，拱座基础为明挖扩大基础，两岸桥台为重力式U型桥台。

钢拱架是由标准节段2、调节节段4、拱顶节段3和拱脚节段1拼接组成，施工过程主要包括钢拱架拼装和钢拱架横移，施工时在江两岸同时进行。

如图1所示，拱脚节段1是三角柱体钢架，末端顶点处设置有弧形槽，前端下弦设置阴、阳铰接头，前端上弦设置阴、阳球头螺旋，末端至前端总长度为2340mm，前端上、下弦之间总宽度为2200mm,上弦杆尺寸为L200×125×18mm、下弦杆尺寸为L200×125×18mm、腹杆尺寸为L160×100×12mm。

如图2所示，标准节段2是长方体钢架，下弦两侧分别设置有阴、阳铰接头，上弦两侧分别设置有阴、阳球头螺旋，总长度3934mm，上、下弦之间总宽度为2200mm，上弦杆尺寸为L200×125×18mm、腹杆尺寸为L70×70×53mm、斜杆尺寸为L70×70×5mm。

如图3所示，调节节段4是长方体钢架，下弦两侧分别设置有阴、阳铰接头，上弦两侧分别设置有阴、阳球头螺旋，总长度1648mm，上、下弦之间总宽度为2200mm，上弦杆尺寸为L200×125×18mm、下弦杆尺寸为L200×125×18mm、腹杆尺寸为L70×70×5mm、斜杆尺寸为L70×70×5mm。

如图4所示，上弦阴球头螺旋是前端带有半圆凹槽的螺旋结构。

如图5所示，上弦阳球头螺旋是前端带有半圆凸起的螺旋结构。

如图6所示，上弦阴、阳球头螺旋通过对接，并通过螺栓固定，使节段的上弦固定连接。

如图7所示，拱顶节段3是长方体钢架，通过连接钢板与两侧节段焊接固定。

抚溪江大桥施工中钢拱架拼接材料统计如下表：

序号构件名称单位单件重Kg数量总重Kg备注1标准节段片1212.4180218232 2调节节段片673.164038.6 3拱顶调节段片121467284不含调节砂筒4拱脚节段片1289.21215470.4 5平联（P1）片38.952020228 6横联（H1）片51.426013364 7平联（P2）片42.451305518.5比P1宽30cm8横联（H2）片59.8653887比H1宽30cm9调节砂筒片136121632 10钢拱架上弦连接螺栓套7.97926256.8φ38×65011平联、横联连接螺栓套0.3639001404φ22×12012拱顶调节段联结螺栓套0.46288132.48φ26×10013上弦阳端调节螺杆个8.83963484.8φ94×21814上弦阴端调节螺杆个9.43963722.4φ94×207合计    304655 

如图8所示，具体的施工按照如下的步骤进行：

步骤1，钢拱架拱座设置；钢拱架拱座是用来支撑现浇施工载荷的临时拱座，在现浇施工拱座前缘设置钢拱架拱座，即在浇筑现浇施工拱座的同时浇筑钢拱架拱座，钢拱架拱座为C40钢筋混凝土；在钢拱架拱座上设置绞座，即在钢拱架拱座上水平预埋直径325×12mm的无缝钢管，管内注入C50混凝土。

步骤2，钢拱架节段的拼装；首先清除拱轴上的杂物，并在拱轴上打四氟黄油，然后按照如下方法依次拼接钢拱架各节段：

（1）在钢拱架铰座前沿先搭设用于支承脚节段和调节节段的钢管支架，用缆吊将钢拱架脚节段吊下拱脚开始拼装拱架，将拱脚段下端弧形板扣在铰座轴上，上好柱铰压板，将弧形板与绞座铰接固定。

（2）用缆吊将标准节段2吊装，在两侧拱脚节段1前端同时依次向跨中拼接标准节段2。

如图9所示，每块标准节段2的下弦通过销轴连接，即将相邻两节段下弦的阴、阳铰接头相互拼接，然后通过销轴固定连接。

上弦通过螺栓连接，即将相邻两节段上弦的阴、阳球头螺旋相互拼接，然后通过四根Ф38mm的连接螺栓固定连接。

下弦通过销轴连接，固定牢靠、安全；上弦安装阴阳球头螺旋，通过转动螺旋，改变钢拱架拼装弧度，实现钢拱架调跨。

拼接过程采用缆吊扣索一次性横向吊起六组节段，同时进行拼接，但在引桥（5跨和7跨）地面平台上必须以横向两片为一组（而不能横向6片为一组）吊装拼装节段，用缆索天线吊移至成型拱架前端联接，此过程可采用一组临时安装扣索进行，待横向6片拼装完成后，再用主扣索进行临时固结和吊装每一拼装节段的高程和线性，依次逐段向前拼装直至拱顶合拢。

在拱架拼装全过程中（即每一纵向拼装节段）均应进行轴线及高程观测，通过调整节段两端可调节阴阳头螺栓及临时主扣索和横向缆风索来控制拱架安装倾角和平面位置。

（3）用缆吊将拱顶节段3吊装，当两侧标准节段2拼接至跨中，两侧间距小于一块标准阶段2时，在任意一侧的标准节段1后拼接一块调节节段4，然后通过连接钢板将拱顶节段3与两侧标准节段2焊接固定，完成合拢。

钢拱架合拢前，调节拱圈各节段标高基本符合设计标高后再进行拱圈的合拢,合拢时顶端调节段的联结钢板需要现场套孔，确保安装精确。对于高程还不能满足要求的可适当在铺设底模再进行适当的调整。

拱架完全合拢后方可拆除临时扣索。拆除临时扣索是有序的，不能随便乱拆。为缓和拱架上下弦杆内力的突然增大，拆除前应先逐步松驰临时扣索的拉力，首先拆除拱顶位置的扣索，再根据测量拱架高程的变化，再确定放松哪组扣索，两岸扣索必须保证同步放松，且所有的临时扣索需要循环松3～5次，依次循环放松，直至所有的扣索均已完全松驰。每松一次临时扣索后，均需复测整个拱架的高程和平面位置，如果拱架的沉降和偏位均在允许范围内，继续放松扣索，如果超过允许范围，则需分析、查明原因后再进行。松完的扣索从拱顶至拱脚两岸对称逐一拆除。

步骤3，横向缆风索的设置；在钢拱架上下游用Ф21.5mm的钢丝绳分别对称设置4组横向缆风，铜仁岸两组，玉屏岸两组，在收紧横向缆风时，边收紧边测量拱轴线的偏位，每组缆风上下游同时收紧，确保拱架不产生横向偏位，每根横向缆风的索力控制不小于3t。

步骤4，主拱圈铺设；在钢拱架的基础上进行主拱圈的铺设，并在钢拱架和主拱圈底模之间设置调节短支撑钢管；

步骤5，钢拱架拆卸；当拱圈铺设结束完全合拢，且混凝土强度达到95%以上时，利用钢拱架与主拱圈底模之间的调节短支架钢管进行钢拱架的拆卸。

先拆除拱脚段调节短支架，再拱顶段，最后拱腰段，总之在满足设计加载程序的前提下，尽可能均衡拆除短支架并达到钢拱架逐渐释放内力，当底模完全脱离主拱圈底板时即可进行拱架的横移工序。拱架脱离主拱圈后，不再受主拱圈抱箍作用，变为自由稳定状态，此时需加强钢拱架两侧缆风。

步骤6，钢拱架横移；将缆风绳与5T链条滑车连接，施工两岸拱脚同时安装张拉千斤顶配合钢绞线拖动钢拱架横移，钢拱架以绞座作为滑道横向滑动，同时保证两岸移动速度一致。

同时清理铰座，即无缝钢管，并打上四氟黄油（其摩阻系数横小一般不会大于0.3%），减小拱脚节段与绞座之间的摩擦阻力，直到将钢拱架横移整体横移至下一幅位置处。

拼拱时应注意以下几个方面：

（1）拼拱前复测所有的铰座，检查铰座弧形板，确保轴线一致,且在同一水平面上；清洁弧形板轴槽内污物，并均匀涂抹黄油。

（2）拱脚节段安装好后，随即将柱铰压板装上，不能上得过紧，要让铰轴能转动。

（3）拱架运至现场到安装完毕，要精心保护所有的构件和配件不受损，受损的要及时更换。

（4）吊运节段安装前，先把扣索挂扣在欲安装的节段上，并注意吊点不能与扣索发生冲突（即扣索挂好后，打盘固定在准备安装的节段上，否则扣索容易与已安装好的节段发生干扰）。在与前一节段联接好后，立即拉紧临时扣索，使之受力，避免在安装过程中拱架节段处于悬臂状态。利用缆索吊点与扣索调整好拱架位置，然后才给缆吊松扣。

（5）解除临时扣索前，调整好横向缆风绳，两侧受力平衡后，方可拆除临时扣索。

（6）所有使用钢丝绳挂扣的地方，索卡一定要上足，不少于《吊装手册》上规定的数量，且用油漆作好标识。

（7）所有临时地笼一定要牢靠。

（8）根据钢拱架计算及验算结果可知，其最大竖向弹性变形为87mm，再考虑钢拱架的拼装质量和拱座的变形，在安装过程中初步钢拱架设置90mm的预拱度，最后考虑主拱圈的预拱度200mm，总的钢拱架预拱度初步按290mm设置，再根据预压卸载的监控情况在进行二次调整预拱度。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。