專利名稱：低扣塔架設(shè)橋?qū)捿^大的鋼管混凝土拱橋的施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大跨徑鋼管混凝土拱橋施工方法領(lǐng)域，具體為一種低扣塔架設(shè)橋?qū)捿^大的鋼管混凝土拱橋的施工方法。
背景技術(shù)：
用鋼絞線作為扣索和錨索(或稱背索、平衡索)，用千斤頂進(jìn)行張拉控制的斜拉扣掛施工方法，自1995年在邕寧邕江大橋首次使用以來，已在纜索吊裝施工的拱橋架設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用[1_5]。起初，為了避免扣塔和吊塔受力及受力計算上的相互干擾，吊塔和扣塔均為分離設(shè)置。隨著計算分析技術(shù)的進(jìn)步，為了充分發(fā)揮臨時塔的材料性能和節(jié)省材料，節(jié)約施工場地，擴(kuò)大了纜索吊裝和斜拉扣掛方法的適應(yīng)性，吊塔、扣塔分離設(shè)置的情形逐漸被“吊扣合一”，即吊塔和扣塔合二為一的方法所取代[6][7]。但“吊扣合一”設(shè)置合理經(jīng)濟(jì)的前提條件是如圖1所示，纜索吊裝起吊拱肋節(jié)段的起吊點便于放在兩拱腳之間。顯然，大江大河上的橋梁，由于可以利用船舶運輸拱肋構(gòu)件到拱橋兩拱腳之間的纜索吊裝以下，因而可以采用“吊扣合一”的方法；山區(qū)跨越大溝谷的橋梁則往往不具備該條件，其經(jīng)濟(jì)合理的方案是將吊扣分離。在吊扣分離的山區(qū)大跨徑鋼管混凝土拱橋的纜索吊裝和斜拉扣掛施工中，由于地形條件限制和橋下缺乏水運條件，鋼管桁架拱肋節(jié)段的起吊點往往布置在兩扣塔(拱腳) 之外，否則，可“吊扣合一”。在這種情況下，纜索吊裝的鋼管桁架拱肋節(jié)段的吊裝需從扣塔的上方經(jīng)過，并在高度上須保持一定的安全距離。為了降低吊塔的高度，節(jié)省吊塔和扣塔的材料，往往需采用低扣塔方案。但低扣塔必然使得拱頂附近節(jié)段的扣索水平傾角小，對施工各階段結(jié)構(gòu)的受力帶來較大影響。當(dāng)橋?qū)捿^小，單位拱肋面積承擔(dān)的拱上建筑重量較小時， 滿足大跨度鋼管混凝土拱橋施工過程及成橋狀態(tài)安全的上部結(jié)構(gòu)施工工序的要求無需過分嚴(yán)格M。隨著橋?qū)挼募哟螅瑔挝还袄呙娣e承擔(dān)的拱上建筑重量增大，為保證橋梁施工過程與成橋狀態(tài)的安全，對斜拉扣掛施工的大跨度鋼管混凝土拱橋的扣錨索松拆時機(jī)、上下弦管管內(nèi)混凝土灌注順序、拱上建筑施工工序等的要求隨之趨于嚴(yán)格，并須有科學(xué)合理的施工工序與方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服橋?qū)捿^大(橋?qū)挻笥?5m)的鋼管混凝土拱橋低扣塔斜拉扣掛施工過程中存在的結(jié)構(gòu)安全和弦管內(nèi)混凝土開裂的風(fēng)險，合攏口達(dá)不到目標(biāo)標(biāo)高或者水平傾角小的長索安全系數(shù)要求高，難以適應(yīng)山區(qū)跨越大溝谷橋梁的施工的不足，本發(fā)明旨在提供一種低扣塔架設(shè)橋?qū)捿^大的鋼管混凝土拱橋的施工方法，該施工方法采用斜拉扣掛施工、適時放松與拆除鋼管拱肋合攏后的扣錨索、按照特定的上、下弦管混凝土總體壓注順序、按照特定的拱上建筑施工方案實現(xiàn)山區(qū)大跨度鋼管混凝土拱橋的施工。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種低扣塔架設(shè)橋?qū)捿^大的鋼管混凝土拱橋的施工方法，所述橋?qū)挻笥?5m，采用斜拉扣掛架設(shè)鋼管拱肋，其特點是，所述拱肋靠近拱腳區(qū)段的1/2 3/5長度的拱肋節(jié)段前端控制點就位采用標(biāo)高向下的容許偏差小于向上的容許偏差，拱肋的其余各節(jié)段采用向下的容許偏差等于向上的容許偏差，在斜拉扣掛施工的鋼管拱肋合攏后，向拱肋弦管管內(nèi)進(jìn)行混凝土澆筑前，放松、并拆除扣索和錨索；然后向拱肋弦管管內(nèi)澆筑混凝土 ；拱橋的拱上建筑施工分類分條從拱頂向兩岸對稱進(jìn)行。本發(fā)明所述低扣塔是指扣塔最高扣點標(biāo)高高于主拱最高扣點標(biāo)高，且對應(yīng)扣索的水平傾角小于7°的扣塔。所述拱肋弦管混凝土灌注采用先上弦管后下弦管，每組弦管混凝土采用從兩拱腳向拱頂對稱泵送頂升壓注，待上弦管混凝土達(dá)到行業(yè)規(guī)定的強度后再壓注下一組弦管內(nèi)混凝土，即前一組管內(nèi)混凝土未達(dá)到規(guī)定強度前不得灌注下一組管內(nèi)混凝土。所述拱上建筑施工按立柱、蓋梁、行車道板、橋面鋪裝、防撞欄進(jìn)行分類。所述拱上建筑施工的分條數(shù)量視分類拱上建筑單位橋長的重量(與橋?qū)掙P(guān)系較大)通過有限元計算確定，行車道板較重，一般需分2 4條進(jìn)行。藉由上述結(jié)構(gòu)，在施工過程中，斜拉扣掛架設(shè)鋼管拱肋階段，扣錨索張拉等同高扣塔一樣，需對稱成比例施加；但前1/2 3/5節(jié)段前端控制點就位采用標(biāo)高按“寧高勿低， 但不超標(biāo)”，即向下的容許偏差小于容許向上的容許偏差的原則控制，而不是按通常的“向上向下容許偏差相等”的原則控制，以克服水平傾角小的長扣索調(diào)整誤差效率較低，要求其安全儲備高(浪費材料)的問題或合攏口難以調(diào)整到目標(biāo)標(biāo)高的問題。在斜拉扣掛施工的鋼管桁架拱肋合攏后，上、下弦管管內(nèi)混凝土澆筑前，需放松、 并拆除扣錨索在高扣塔施工方案中，扣錨索放松、拆除可放在弦管混凝土泵送壓注后，但低扣塔由于拱頂附近節(jié)段扣索水平傾角小，各扣索放松拆除將在無壓應(yīng)力儲備或者壓應(yīng)力儲備不大的拱腳區(qū)段上弦管內(nèi)混凝土上緣產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。同時，如果扣塔利用永久性混凝土橋墩作為支承的話，盡早解除扣錨索，可以減少作為扣塔支承的永久性混凝土橋墩的安全風(fēng)險和開裂風(fēng)險。本發(fā)明所述鋼管拱肋上、下弦管的混凝土壓注總體順序為先上弦管后下弦管弦管混凝土從兩拱腳向拱頂對稱泵送頂升壓注，且先上弦管后下弦管，待上弦管混凝土達(dá)到規(guī)定強度后方可壓注下弦管管內(nèi)混凝土，如果上、下弦管混凝土壓注需要分別分組，則必須上一組壓注的混凝土達(dá)到規(guī)定強度后方可壓注下一組管內(nèi)混凝土 ；這樣，上弦管管內(nèi)混凝土在后灌注的下弦管混凝土重量作用下可產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力儲備，有利于減少后續(xù)施工過程中拱腳區(qū)段上弦管管內(nèi)混凝土上緣可能出現(xiàn)的較大拉應(yīng)力，在靠近拱腳區(qū)段的拱上立柱重量較大、靠近拱頂區(qū)段的較小；其重量和彈性壓縮在拱腳區(qū)段引起負(fù)彎矩，混凝土上緣產(chǎn)生拉應(yīng)力。本發(fā)明在施工過程中，拱上建筑施工順序可按“分類、分條”、“從拱頂向兩岸”、“對稱”的原則進(jìn)行拱上建筑加載一般應(yīng)遵循“分條、分環(huán)、均衡、對稱”的加載原則，并通過計算分析確定。但為了施工方便和節(jié)省試算工作量，通過定性分析和大量的定量計算表明，大跨徑鋼管混凝土拱橋的拱上建筑施工按立柱、蓋梁、行車道板、橋面鋪裝、防撞欄分類、分條從拱頂向兩岸對稱進(jìn)行，能確保施工過程拱的受力狀態(tài)合理，大幅減少施工過程中管內(nèi)混凝土出現(xiàn)的拉應(yīng)力，其中最不利位置往往為拱腳區(qū)段上弦管內(nèi)混凝土上緣。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明合理給定拱肋節(jié)段就位標(biāo)高誤差， 適時張拉與松拆低扣塔扣錨索、合理設(shè)計拱肋弦管混凝土灌注的順序、拱上結(jié)構(gòu)加載順序， 不僅有效地降低了施工過程結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險，高質(zhì)量高精度達(dá)到拱橋線形和內(nèi)力的成橋目標(biāo)，而且減少了扣錨索調(diào)索工作量，有序合理地進(jìn)行拱上建筑的施工組織，節(jié)約了施工成本。本發(fā)明在降低施工用吊塔和扣塔的高度和費用的條件下，顯著降低拱肋管內(nèi)混凝土在施工過程中出現(xiàn)的最大拉應(yīng)力，避免管內(nèi)混凝土的嚴(yán)重開裂，降低施工的安全風(fēng)險，提高結(jié)構(gòu)的耐久性，并合理節(jié)省施工步驟。以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。


圖1是現(xiàn)有的山區(qū)大跨度拱橋纜索吊裝和斜拉扣掛系統(tǒng)立面布置圖；圖2是本發(fā)明所述弦管管內(nèi)混凝土灌注的總體順序圖；圖3是本發(fā)明一種實施例的系統(tǒng)布置圖。在圖中1-基礎(chǔ)； 2-扣塔；3-吊塔；4-背索；5-扣索；6-錨索； 7-承重索；8-地錨；9-起吊工作平臺；10-上弦管；11-下弦管。
具體實施例方式某山區(qū)上承式鋼管混凝土懸鏈線無鉸拱橋，設(shè)計拱軸系數(shù)1. 65，計算跨徑255m， 矢跨比1/5. 5，計算矢高46. 364m ；加工無應(yīng)力拱軸線形，拱軸系數(shù)1. 6，計算跨徑255m，計算矢高46. 86細(xì)。主拱圈由兩條拱肋組成，每條拱肋結(jié)構(gòu)設(shè)計均為等截面鋼管混凝土四管桁式構(gòu)件，桁高5m，寬4. 6m。桁構(gòu)上弦管為2根Φ 1100mm的鋼管，壁厚由拱頂向拱腳分為24mm、 20mm、Mmm三段；下弦管為2根Φ IlOOmm的鋼管，壁厚由拱頂向拱腳分為20mm、24mmJ8mm 三段；上、下弦管間設(shè)豎腹桿及斜腹桿，其中立柱位置設(shè)雙豎腹桿。該橋采用纜索吊裝和斜拉扣掛的施工方法施工，根據(jù)橋位處的地形條件，通過方案比較與設(shè)計，確定的纜索吊裝和斜拉扣掛系統(tǒng)的布置見圖3。如圖2所示，原有的施工順序為“拱肋混凝土灌注方法按照拱肋混凝土灌注先下弦管11后上弦管10，扣錨索于弦管10，11混凝土灌注完成并達(dá)到強度后放松拆除，拱上建筑分類并基本上按照從拱腳向拱頂對稱的施工順序進(jìn)行施工(不分條)”，則施工過程中弦管10，11混凝土出現(xiàn)拉應(yīng)力最大值，位于拱腳區(qū)段上弦管10管內(nèi)混凝土上緣，拉應(yīng)力最大值達(dá)到11. 60MPa。應(yīng)用本發(fā)明的方法，采用斜拉扣掛施工的鋼管桁架拱肋合攏后，上、下弦管10，11 管內(nèi)混凝土澆筑前，需放松、并拆除扣錨索6，該橋施工過程中弦管10，11管內(nèi)混凝土最大拉應(yīng)力，即位于拱腳區(qū)段上弦管10管內(nèi)混凝土上緣的最大拉應(yīng)力減少0. 54MPa ；采用鋼管拱肋上、下弦管10，11的混凝土壓注總體順序為先上弦管10后下弦管11，該橋施工過程中弦管10，11管內(nèi)混凝土最大拉應(yīng)力，即位于拱腳區(qū)段上弦管10管內(nèi)混凝土上緣，最大拉應(yīng)力減少1.3MPa。采用拱上建筑施工順序可按“分類、分條”、“從拱頂向兩岸”、“對稱”的原則進(jìn)行后，該橋施工過程中弦管10，11管內(nèi)混凝土最大拉應(yīng)力，即位于拱腳區(qū)段上弦管10管內(nèi)混凝土上緣，最大拉應(yīng)力減少8. 25MPa。同時采用本發(fā)明的第1、2、3點后，該橋上弦管 10混凝土施工過程位于拱腳上緣的最不利拉應(yīng)力為1. 6MPa，所述不利拉應(yīng)力是指承受的最大的拉應(yīng)力，下弦管11混凝土施工過程位于拱頂下弦管11混凝土下緣的最不利拉應(yīng)力為0. 46MPa，大大改善了施工過程拱肋鋼管及其管內(nèi)混凝土受力，避免了管內(nèi)混凝土的嚴(yán)重開裂，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。采用靠近拱腳區(qū)段的1/2 3/5數(shù)量的鋼管桁架拱肋節(jié)段斜拉扣掛就位的前端控制點標(biāo)高就位按“寧高勿低，但不超標(biāo)”，即采用向下的容許偏差小于容許向上的容許偏差的原則，可將水平傾角小的長扣錨索的安全系數(shù)取為2，節(jié)省了施工用材料。上述實施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。參考文獻(xiàn)[1]鄭皆連.特大跨徑RC拱橋懸拼合攏技術(shù)的探討[J].中國公路學(xué)報.1999， 12(1) :42-49.[2]劉邵平，李求源，張立濤等.大跨度三肋鋼桁拱分肋安裝吊裝索力計算[J].中外公路 2011，31(1) :103-106.[3]周水興，江禮忠，曾忠等.拱橋節(jié)段施工斜拉扣掛索力仿真計算研究[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報.2000，19 (3).[4]田仲初，陳得良，顏東煌等.鋼箱提籃拱橋施工控制的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國公路學(xué)報· 2004，17 (3) :46-50.[5]張玉平，李傳習(xí)，董創(chuàng)文.“零彎矩法”應(yīng)用于斜拉扣掛索力確定的討論[J]. 長沙交通學(xué)院學(xué)報.2004，20(1) :15-18.[6]杜官民，趙暉.大跨度鋼管砼拱橋新型纜吊拼裝斜拉扣掛系統(tǒng)設(shè)計[J].武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報· 2000，22(1) =44-45,82.[7]譚立心.永和大橋鋼管拱肋節(jié)段吊裝施工控制[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報.2005，27 (7).[8]周友生.奉節(jié)梅溪河鋼管硅拱橋設(shè)計與施工要點[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版).2003，16(4).
權(quán)利要求
1.一種低扣塔架設(shè)橋?qū)捿^大的鋼管混凝土拱橋的施工方法，所述橋?qū)挻笥?5m，采用斜拉扣掛架設(shè)鋼管拱肋，其特征是，所述拱肋靠近拱腳區(qū)段的1/2 3/5長度的拱肋節(jié)段前端控制點就位采用標(biāo)高向下的容許偏差小于向上的容許偏差，拱肋的其余各節(jié)段采用向下的容許偏差等于向上的容許偏差，在斜拉扣掛施工的鋼管拱肋合攏后，向拱肋弦管(10，11) 管內(nèi)進(jìn)行混凝土澆筑前，放松、并拆除扣索( 和錨索(6)；然后向拱肋弦管(10，11)管內(nèi)澆筑混凝土；拱橋的拱上建筑施工分類分條從拱頂向兩岸對稱進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低扣塔架設(shè)橋?qū)捿^大的鋼管混凝土拱橋的施工方法，其特征是，所述低扣塔是指扣塔( 最高扣點標(biāo)高高于主拱最高扣點標(biāo)高，且對應(yīng)扣索( 的水平傾角小于7°的扣塔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低扣塔架設(shè)橋?qū)捿^大的鋼管混凝土拱橋的施工方法，其特征是，所述拱肋弦管(10，11)混凝土灌注順序為先上弦管(10)后下弦管(11)，每組弦管(10， 11)混凝土采用從兩拱腳向拱頂對稱泵送頂升壓注，待上弦管(10)混凝土達(dá)到行業(yè)規(guī)定的強度后再壓注下一組弦管內(nèi)混凝土。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低扣塔架設(shè)橋?qū)捿^大的鋼管混凝土拱橋的施工方法，其特征是，所述拱上建筑施工按立柱、蓋梁、行車道板、橋面鋪裝、防撞欄進(jìn)行分類。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低扣塔架設(shè)橋?qū)捿^大的鋼管混凝土拱橋的施工方法，其特征是，所述拱上建筑施工分2 4條進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低扣塔架設(shè)橋?qū)捿^大的鋼管混凝土拱橋的施工方法，為了解決大跨度鋼管混凝土拱橋低扣塔斜拉扣掛施工過程中存在的結(jié)構(gòu)安全和弦管內(nèi)混凝土開裂風(fēng)險的問題，本發(fā)明在斜拉扣掛架設(shè)鋼管拱肋過程中，拱肋靠近拱腳區(qū)段的1/2～3/5長度的拱肋節(jié)段前端控制點就位采用標(biāo)高向下的容許偏差小于向上的容許偏差；在鋼管拱肋合攏后，向拱肋弦管管內(nèi)進(jìn)行混凝土澆筑前，放松、并拆除扣索和錨索；拱橋的拱上建筑施工分類分條從拱頂向兩岸對稱進(jìn)行。本發(fā)明不僅有效地降低了施工過程結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險，高質(zhì)量高精度達(dá)到拱橋線形和內(nèi)力的成橋目標(biāo)，而且減少了扣錨索調(diào)索工作量，有序合理地進(jìn)行拱上建筑的施工組織，節(jié)約了施工成本。
文檔編號E01D21/00GK102418315SQ201110293239
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者吳宏斌, 左雁, 張玉平, 李傳習(xí), 柯紅軍, 董創(chuàng)文 申請人:長沙理工大學(xué)