一种自锚式钢箱系杆拱桥先拱后梁法体系转化方法

摘要

本发明公开了一种自锚式钢箱系杆拱桥先拱后梁法体系转化方法，包括：墩柱上安装永久支座和临时支座，现浇拱座及横梁，拼装拱肋节段；安装吊杆及第一批永久系杆张拉，逐级松弛拱肋安装用临时扣索，安装钢主梁及张拉吊杆，张拉第二批永久系杆，拆除临时支座；安装一期预制桥面板并浇筑湿接缝，调整和固结钢主梁节段，张拉第三批永久系杆；安装二期预制桥面板和浇筑湿接缝，浇筑钢主梁与拱座、横梁间现浇桥面板，安装并张拉剩余永久系杆完成全桥体系转化。本发明利用桥梁自身永久系杆作为临时系杆锁定，避免传统施工中增加临时系杆锁定，减少临时系杆投入，将拱座的水平力和竖向力通过永久支座和临时支座传递给拱座下的墩柱，减少支架投入使用。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体而言，涉及一种自锚式钢箱系杆拱桥先拱后梁法体系转化方法。

背景技术

随着我国桥梁建设的发展，钢箱系杆拱桥具有跨度大、结构轻、造型美、材料省等特点，近年来，钢箱系杆拱桥的应用越来越广泛。

下承式钢箱系杆拱桥多为无推力结构，通过张拉柔性系杆或者系梁来平衡拱脚水平推力，拱肋形式一般是双肋拱，拱肋之间通过横撑连接增加结构的整体稳定。该类型的桥梁多采用先梁后拱的方法进行施工，一方面便于桥梁的整体线形控制，另一方面桥梁体系转化相对简单，利于全桥的质量控制。但是对于山岭深水库区大跨度自锚式钢箱系杆拱桥的施工，由于环保要求高，场地有限，且搭设支架工程量大，因此，采用缆索吊进行钢箱系杆拱桥先拱后梁的安装是一种行之有效的方法。在缆索吊先拱后梁法安装钢箱系杆拱时，拱桥整个体系随时变化，常规施工中通常采用增加张拉临时体外预应力对整个桥梁的线形及体系进行转化，并在拱脚处设置大量的支架进行支撑，避免在钢箱系杆拱桥安装过程中拱脚的水平推力过大或者拱脚位移，该体系转化所需的材料多，工期长，成本多，为此，提出一种自锚式钢箱系杆拱桥先拱后梁法体系转化方法，以节约临时材料用量，缩短工期，降低施工成本。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种自锚式钢箱系杆拱桥先拱后梁法体系转化方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种自锚式钢箱系杆拱桥先拱后梁法体系转化方法，包括如下步骤：

步骤一，在墩柱上安装永久支座和临时支座，现浇拱座及横梁，并采用缆索吊机斜拉扣挂悬臂拼装拱肋节段，完成主拱肋的合拢；

步骤二，主拱肋合拢后，安装所有吊杆及第一批永久系杆，并分级张拉永久系杆至设计索力；从拱顶至拱脚逐级松弛拱肋安装用临时扣索；

步骤三：采用缆索吊从两侧向跨中依次对称安装架设钢主梁及张拉吊杆，钢主梁安装完成后张拉桥梁第二批永久系杆至设计要求索力，并拆除临时支座。

步骤四，按照设计要求安装一期预制桥面板并浇筑一期桥面湿接缝，并调整钢主梁线形，从跨中向两侧依次固结所有钢主梁节段，张拉桥梁第三批永久系杆至设计要求索力，并拆除拱肋扣索及抗风缆。

步骤五，安装二期预制桥面板，从跨中向两侧方向浇筑二期桥面板湿接缝，最后浇筑钢主梁与拱座、横梁间现浇桥面板，安装剩余的永久系杆，并张拉至设计索力，完成全桥体系转化。

优选地，步骤一中，所述临时支座包括临时竖向支座和临时横向抗推水平支座，位于拱座与墩柱之间，所述临时竖向支座及临时横向抗推水平支座与墩柱之间设置楔形垫块，临时支座与拱座之间、楔形垫块与墩柱之间均采用硫磺砂浆粘结。

优选地，所述临时竖向支座和临时横向抗推水平支座均采用常用的盆式橡胶支座。

优选地，步骤一和步骤三中，所述临时支座在拱座混凝土浇筑前安装，在钢主梁合拢后第二批永久系杆张拉后拆除，其的主要作用是在拱肋及钢主梁安装施工过程中，抵抗拱座产生的水平力和竖向力，避免拱座的位移。

优选地，步骤二中，所述永久系杆为桥梁自身的永久结构，均为体外预应力索，永久系杆索采用逐根、对称穿索并预紧的方式安装张拉。

优选地，步骤二中，拱肋合拢后分级张拉永久系杆后，拱肋扣索采用从拱顶依次向拱脚分级松弛，当两岸同编号的扣索的左右幅扣索放松都达到同一级后，暂停不少于20分钟，并对拱肋拱顶、1/4拱肋处线形、拱座位移、扣塔偏位情况进行观测，确定无异常情况变化时可进行下一级扣索放松。

优选地，步骤二中，在永久系杆与拱肋扣索体系转化过程中，拱肋合拢后，安装所有吊杆及第一批永久系杆，第一批永久系杆按监控要求分级加载张拉至设计索力；第一批永久系杆张拉完成后，按照监控要求从拱顶至拱脚逐级松弛拱肋扣索。

优选地，所述永久系杆分四批次张拉，分别是拱肋合拢后、钢主梁合拢后、一期预制桥面板及湿接缝安装完成后、钢主梁与拱座、横梁现浇板浇筑完成后，每次张拉后，均需对桥梁各结构进行应力、应变检测。由于桥梁自身的结构设计，设计要求是分四个批次张拉，也就是四个施工阶段张拉，因为每个施工阶段所需要总的张拉力不同，不能一次性把所有的系杆张拉到位。这样分批次张拉一方面是结构施工的需要，另一方面也便于整个桥梁施工阶段中各结构的应力、应变监测，避免受力过大，损坏桥梁自身的结构。

本发明的有益效果在于：利用桥梁自身的永久系杆作为临时系杆进行锁定，避免传统施工中增加临时系杆进行锁定，同时充分利用拱座的结构设计，采用常用的盆式支座作为临时竖向支座及临时横向抗推支座，将施工过程中拱座的水平力和竖向力通过永久支座和临时支座传递给拱座下的墩柱，减少支架的投入使用，节约材料，降低工程施工成本，并提高工效，缩短工期。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是自锚式钢箱系杆拱桥立面示意图；

图2是图1中A局部放大图；

图3是永久支座和临时支座的结构示意图；

图4是临时支座的工作状态图；

图5是临时支座的拆除状态图一；

图6是临时支座的拆除状态图二；

图7是自锚式钢箱系杆拱桥俯视面示意图；

图8是自锚式钢箱系杆拱桥横断面示意图；

图9是图8中B局部放大图；

图10是自锚式钢箱系杆拱桥先拱后梁法体系转化方法步骤一的示意图；

图11是自锚式钢箱系杆拱桥先拱后梁法体系转化方法步骤二的示意图。

图12是自锚式钢箱系杆拱桥先拱后梁法体系转化方法步骤三的示意图。

图13是自锚式钢箱系杆拱桥先拱后梁法体系转化方法步骤四的示意图。

图14是自锚式钢箱系杆拱桥先拱后梁法体系转化方法步骤五的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1-墩柱；2-拱座；3-拱肋；4-钢主梁；5-永久支座；6-临时竖向支座；7-临时横向抗推水平支座；8-吊杆；9-永久系杆；10-缆索吊扣索，11-横梁，12-塔吊，13-缆索吊机，14-抗风缆，15-索塔，16-楔形垫块，17-焊接块，18-反力座，19-油顶。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图14，本发明的优选实施例：

一种自锚式钢箱系杆拱桥先拱后梁法体系转化方法，包括如下步骤：

步骤一，在墩柱1上安装永久支座5和临时支座，现浇拱座2及横梁11，并采用缆索吊机13斜拉扣挂悬臂拼装拱肋节段，完成主拱肋的合拢；

步骤二，主拱肋合拢后，安装所有吊杆8及第一批永久系杆9，并分级张拉永久系杆9至设计索力；从拱顶至拱脚逐级松弛拱肋安装用临时扣索；

步骤三：采用缆索吊从两侧向跨中依次对称安装架设钢主梁4及张拉吊杆8，钢主梁4安装完成后张拉桥梁第二批永久系杆9至设计要求索力，并拆除临时支座。

步骤四，按照设计要求安装一期预制桥面板并浇筑一期桥面湿接缝，并调整钢主梁线形，从跨中向两侧依次固结所有钢主梁节段，张拉桥梁第三批永久系杆9至设计要求索力，并拆除拱肋扣索及抗风缆14。

步骤五，安装二期预制桥面板，从跨中向两侧方向浇筑二期桥面板湿接缝，最后浇筑钢主梁4与拱座、横梁间现浇桥面板，安装剩余的永久系杆9，并张拉至设计索力，完成全桥体系转化。

作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：

步骤一中，所述临时支座包括临时竖向支座6和临时横向抗推水平支座7，位于拱座2与墩柱1之间，所述临时竖向支座6及临时横向抗推水平支座7与墩柱1之间设置楔形垫块，临时支座与拱座1之间、楔形垫块16与墩柱1之间均采用硫磺砂浆粘结。

所述临时竖向支座6和临时横向抗推水平支座7均采用常用的盆式橡胶支座。

步骤一和步骤三中，所述临时支座在拱座2混凝土浇筑前安装，在第二批永久系杆9张拉后拆除。

步骤二中，所述永久系杆9为桥梁自身的永久结构，均为体外预应力索，永久系杆索采用逐根、对称穿索并预紧的方式安装张拉。

步骤二中，拱肋3合拢后分级张拉永久系杆9后，拱肋安装用临时扣索采用从拱顶依次向拱脚分级松弛，当两岸同编号的扣索的左右幅扣索放松都达到同一级后，暂停不少于20分钟，并对拱肋拱顶、1/4拱肋处线形、拱座位移、扣塔偏位情况进行观测，确定无异常情况变化时可进行下一级扣索放松。

步骤二中，在永久系杆9与拱肋扣索体系转化过程中，拱肋3合拢后，安装所有吊杆8及第一批永久系杆9，第一批永久系杆9按监控要求分级加载张拉至设计索力；第一批永久系杆9张拉完成后，按照监控要求从拱顶至拱脚逐级松弛拱肋扣索。

所述永久系杆9分四批次张拉，分别是拱肋3合拢后、钢主梁4合拢后、一期预制桥面板及湿接缝安装完成后、钢主梁4与拱座2横梁现浇板浇筑完成后，每次张拉后，均需对桥梁各结构进行应力、应变检测。

下面以云南大永高速公路金鸡达旦桥施工为例来对本发明进一步说明。

金鸡达旦河大桥位于G4216华坪至丽江高速公路大理连接线(丽江段)K74+025处，跨越达河，大桥采用下承式自锚式钢箱拱肋系杆拱，拱肋理论计算跨度265米，拱肋采用箱型截面，主梁采用钢混组合格构梁体系，吊杆采用20对OVMLZM7-139Ⅰ型平行钢丝成品索，全桥共设置20束永久系杆，上下游侧每侧设置8束15-55型钢绞线成品索和2束15-31A的钢绞线成品索，永久系杆索均采用体外预应力束方式设计。拱座与拱肋、格构梁固结，内部为超静定结构体系外部为整体简支体系，拱座下设摩擦式减震支座，拱座为异形钢筋混凝土构件，见图1-9。

根据桥梁的工程特点及周边环境的特点，金鸡达旦桥上部结构施工采用缆索吊机吊装先拱后梁法施工，其体系转换采用自锚式钢箱系杆拱桥先拱后梁法体系转换方法，如图10-14所示：

第一步，拱脚桥墩(墩柱1)上安装永久支座5、临时横向抗推支座GPZ(Ⅱ)-15-SX、临时竖向支座GPZ(Ⅱ)-5-SX，现浇拱座及横梁，并采用缆索吊机斜拉扣挂悬臂拼装拱肋节段，完成主拱肋的合拢；拱肋节段安装中，拱座随着拱肋节段的安装，其承受的水平力、竖向力等在一直发生变化，会引起拱座的位移变化，通过设置的临时支座，可以将其拱座承受的荷载传递到墩柱上，减少拱座的位移及变形。

第二步，拱肋3合拢后，安装所有吊杆8及最上层永久系杆N1和N2，永久系杆N1和N2分8级张拉，首次分别张拉预紧至260吨、250吨，其后每次张拉力增量为50吨，最后一次张拉力增量为10吨，最终张拉至560吨。此过程充分利用桥梁自身的永久系杆进行张拉，不像传统的施工中，为了确保拱座无外推力，在将拱肋推力转换到拱座过程中增加临时体外索，减少临时索的投入。

扣锚索对应逐束同步缓慢松弛，各扣点分4级进行松扣，当两岸同编号的扣索左右幅扣索放松都达到第一级后，暂停不少于20分钟，并对拱肋拱顶、1/4拱肋处线形、拱座位移、扣塔偏位情况进行观测，确定无异常情况变化时可进行第二级放松，如此循环直至扣索力松弛。

第三步：采用缆索吊从两侧向跨中依次对称安装架设钢主梁及张拉吊杆，钢主梁安装完成后分级张拉桥梁最下层自身永久系杆N3和N4,N3分8级进行张拉，首次分别张拉预紧至260吨再张拉至300吨，其后每次张拉力增量为50吨，最后一次张拉力增量为10吨，最终张拉至570吨。N4分5级张拉，首次张拉至250吨，其后每次张拉力增量为50吨，最终张拉至450吨。N3和N4张拉完成后拆除临时竖向支座和临时横向抗推支座。参考图4-6，临时支座的工作状态为，楔形垫块16和临时竖向支座6通过焊接块17固定，接触面为楔形斜面，同时加工加油槽，拆除时，先对接粗面进行切割，然后采用油顶19作用于反力座18将楔形垫块顶起从而将其拆除。

钢主梁及吊杆安装中，随着节段的安装，会引起拱座2的位移变化，通过设置的临时支座，可以将其拱座2承受的荷载传递到墩柱1上，减少拱座的位移及变形。

第四步，按照设计要求安装一期预制桥面板并浇筑一期桥面湿接缝，并调整主梁线形，从跨中向两侧依次固结所有钢主梁节段，按照张拉永久系杆N3的方法分级张拉桥梁中间层其余部分自身永久系杆N5、N6、N7至设计要求索力560吨，并拆除拱肋扣锚索及抗风缆。

第五步，安装二期预制桥面板，从跨中向两侧方向浇筑二期桥面板湿接缝，最后浇筑钢主梁4与拱座2、横梁11间现浇板，安装剩余永久系杆N8、N9、N10，并分级张拉至设计索力560吨，完成全桥体系转化。

本实施例在拱肋3合拢后利用桥梁自身的永久系杆9作为临时系杆进行锁定，避免传统施工中增加临时系杆进行锁定，同时充分利用拱座2的结构设计，采用盆式支座作为临时竖向支座6及临时横向抗推水平支座7来抵抗拱肋3及钢主梁4安装过程中拱座2的位移变形，可节约材料，并提高工效，缩短工期。

在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“～”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。