钢桁架梁多点牵引式顶推施工系统及其施工方法与流程

1.本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及钢桁架梁多点牵引式顶推施工系统及其施工方法。


背景技术：

2.近些年，随着高速公路大规模的建设，钢桁架桥因为跨越能力较强、施工平稳、噪声低、造型美观、坚固耐用、有利于观瞻等特点，越来越多地被用于工程建设中。工程中遇到的钢桁架梁施工问题也愈来愈多。
3.其中，钢桁架梁顶推法对于在一些特殊环境下，如跨海、跨河大桥，跨高速、铁路大桥及跨山谷大桥的建设，因施工作业场地受限，比较适用顶推法施工，对顶推法在桥梁建设的应用研究对于我国桥梁事业的发展有着重要意义在建筑行业的施工技术不断进步的前提下，对于桥梁修建技术的应用也越来越多种多样，而对于大型桥梁的建设装备相对较为不足，箱梁桥施工的常见方法是采用满堂支架安装，然后，采用竖向模完成现浇，可是满堂支架现浇已经不适用在一些特殊环境下，如跨海大桥，跨山谷大桥，跨高速、铁路大桥的建设。
4.而现今在钢桁架梁在施工建设的过程中，地基土质可能不满足施工需要，临时材料耗用较多且完工工期受各类因素影响较多，导致钢桁架梁施工无法稳定开展，影响工程的整体施工速率。


技术实现要素：

5.解决的技术问题
6.针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了钢桁架梁多点牵引式顶推施工系统及其施工方法，解决了地基土质不满足施工需要，临时材料耗用较多且完工工期受各类因素影响较多，导致钢桁架梁施工无法稳定开展，影响工程的整体施工速率的问题。
7.技术方案
8.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
9.第一方面，本发明中钢桁架梁多点牵引式顶推施工系统，包括：
10.顶推牵引系统，用于钢桁架梁工程牵引总控，调配器械，对工程任务进行分包式下发，包括千斤顶总控终端和牵引钢绞线系数计算单元：
11.千斤顶总控终端，用于控制多台连续千斤顶同步牵引前移，为钢桁架梁提供动力源，到达设计坐标；
12.牵引钢绞线系数计算单元，用于计算牵引钢绞线最佳用量股数，负责连接各台千斤顶，保证运行速率一致；
13.纠偏系统，用于维护工程牵引顶推过程中产生误差错位，包括桥梁转动曲线纠偏模块和桥梁横向纠偏模块：
14.桥梁转动曲线纠偏模块，用于桥梁的曲线绕中心转动所产生的纠偏；
15.桥梁横向纠偏模块，用于桥梁牵引过程中因蛙跳及其他现象引起的小幅度横向偏移；
16.辅助工件设计模块，用于为工程稳定开展提供保障，是施工前的预备板块，服务于千斤顶及其他施工器械。
17.更进一步地，所述地基处理系统采用水泥对土地基进行稳定处理，在支架支点区域采用水泥与原状土相结合的混合物进行翻拌压实，并采用分层翻拌的方式做压实处理。
18.更进一步地，所述临时支架搭设系统中所用钢管连接处采用焊缝焊接，且焊脚高度不小于10mm。
19.更进一步地，所述辅助工件设计模块，包括多点牵引式顶推验算模块和核验单元：
20.多点牵引式顶推验算模块，用于对导梁设计单元、滑道梁设计单元以及滑块设计单元的所得结果进行合集运算，确定符合指标率；
21.核验单元，用于对桥梁转动曲线纠偏模块所得结果进行再次验算，确保结果准确正确率。
22.第二方面，钢桁架梁多点牵引式顶推施工方法，包括以下步骤：
23.s1：团队根据施工现场实地情况采用多点牵引式顶推施工系统研讨设计出具体施工方案；
24.s2：施工前对施工场地地质进行实地勘探，并对其进行适应性的加固处理，在经过加固处理的地基表面按要求搭设临时支架供操作人员使用；
25.s3：根据施工顺序，在支架上对牵引式顶推设备进行依次安装；
26.s4：在控制平台发出指令操控牵引式顶推设备对钢桁架梁进行拼装及顶推位移调整；
27.s5：在支架上设置导滑块，保证牵引式顶推设备稳定运行，减少较大偏移产生；
28.s6：采用视控、数控的设备对设备顶推钢桁架梁运行过程进行实时监控，避免安全隐患或较大误差被忽略；
29.s7：钢桁架梁到达指定位置后，进行地标核验，确认无误后开始落梁。
30.更进一步地，所述步骤s3中牵引顶推所用设备根据施工顺序设置安装优先级，施工与顶推设备安装同步进行。
31.更进一步地，所述步骤s7中，落梁开始前对各千斤顶及顶推设备进行工作状态核验，并刷新控制平台，确保各设备控制信号同步，接收误差在运行范围内。
32.更进一步地，所述顶推支架地基承载力计算公式：
[0033][0034]
更进一步地，所述步骤s2中，基坑处理采用同进制施工法施工，对单一基坑保证一填一补的操作流程。
[0035]
更进一步地，地基处理系统，用于分析施工区域土层土质，并发出整改指令，保证地基硬度符合施工要求；
[0036]
临时支架搭设系统，用于控制施工支架搭建进程，主控并分配合理搭建顺序、搭建要求强度、搭建高度以及所用材质，包括测量放样汇报单元和地基加固施工规划项：
[0037]
测量放样汇报单元，用于对地基图纸进行取样检测，并以数控模拟的形式生产汇
报图表；
[0038]
地基加固施工规划项，用于设计支架搭建后的预备加固项，保证后续施工过程中稳定性确实时，保证及时补救措施的衔接。
[0039]
有益效果
[0040]
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
[0041]
1、本实施例所有临时支架均在高速以外，钢桁架梁上跨高速施工不影响高速车辆正常通行，安全保通。采用多点牵引使钢桁架梁和支架受力更加合理，避免单点受力过大，同时多点牵引梁体滑移平稳，更易控制曲线桥行进轨迹。根据钢桁架梁自身结构受力特性，可根据钢桁架梁受力节点设计施工，满足顶推过程中所有竖向支撑受力点均设置在下弦杆节点板处，受力合理，具有较强的针对性及实操性。
[0042]
2、采取本实施例成功解决了钢桁架梁下弦杆底面刚度变化、承受力不均的问题和曲线桥顶推行进轨迹不易控制的问题，既安全可靠且满足钢桁架梁安装质量，又成功解决了高速交通压力。本工法从安全性、经济性和社会性效益而言，为今后钢结构桥梁跨越既有线路、河道及深谷等顶推施工提供了技术参考，尤其适用于结构底面刚度变化的钢桁架桥梁，具有推广应用价值。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0044]
图1为钢桁架梁多点牵引式顶推施工系统的结构示意图；
[0045]
图2为钢桁架梁多点牵引式顶推其施工方法的步骤示意图；
[0046]
图3为本发明中滑道梁及滑块设计示意图一；
[0047]
图4为本发明中第一拼装节段拼装示意图；
[0048]
图5为本发明中首次顶推示意图；
[0049]
图6为本发明中第一拼装节段拼装示意图；
[0050]
图7为本发明中二次顶推示意图；
[0051]
图8为本发明中第三拼装节段拼装示意图；
[0052]
图9为本发明中三次顶推示意图；
[0053]
图中的标号分别代表：1、顶推牵引系统；11、千斤顶总控终端；12、牵引钢绞线系数计算单元；2、纠偏系统；21、桥梁转动曲线纠偏模块；22、桥梁横向纠偏模块；3、辅助工件设计模块；31、多点牵引式顶推验算单元；32、核验单元；3*1、导梁设计单元；3*2、滑道梁设计单元；3*3、滑块设计单元；4、地基处理系统；5、临时支架搭设系统；51、测量放样汇报单元；52、地基加固施工规划项。
具体实施方式
[0054]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明
一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0055]
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0056]
实施例1
[0057]
本实施例的钢桁架梁多点牵引式顶推施工系统，如图1所示，包括；
[0058]
顶推牵引系统1，用于钢桁架梁工程牵引总控，调配器械，对工程任务进行分包式下发，包括千斤顶总控终端11和牵引钢绞线系数计算单元12：
[0059]
千斤顶总控终端11，用于控制多台连续千斤顶同步牵引前移，为钢桁架梁提供动力源，到达设计坐标；
[0060]
牵引钢绞线系数计算单元12，用于计算牵引钢绞线最佳用量股数，负责连接各台千斤顶，保证运行速率一致；
[0061]
纠偏系统2，用于维护工程牵引顶推过程中产生误差错位，包括桥梁转动曲线纠偏模块21和桥梁横向纠偏模块22：
[0062]
桥梁转动曲线纠偏模块21，用于桥梁的曲线绕中心转动所产生的纠偏；
[0063]
桥梁横向纠偏模块22，用于桥梁牵引过程中因蛙跳及其他现象引起的小幅度横向偏移；
[0064]
辅助工件设计模块3，用于为工程稳定开展提供保障，是施工前的预备板块，服务于千斤顶及其他施工器械。
[0065]
地基处理系统4，用于分析施工区域土层土质，并发出整改指令，保证地基硬度符合施工要求；
[0066]
临时支架搭设系统5，用于控制施工支架搭建进程，主控并分配合理搭建顺序、搭建要求强度、搭建高度以及所用材质，包括测量放样汇报单元51和地基加固施工规划项52：
[0067]
测量放样汇报单元51，用于对地基图纸进行取样检测，并以数控模拟的形式生产汇报图表；
[0068]
地基加固施工规划项52，用于设计支架搭建后的预备加固项，保证后续施工过程中稳定性确实时，保证及时补救措施的衔接。
[0069]
牵引系统由连续千斤顶、反力座、钢绞线、液压泵站、plc控制系统及锚具夹片等组成。其工作原理：一台连续千斤顶前后布置两台油缸，其中一台油缸工作时，另一台油缸回缩原来的行程，当工作的油缸行程达到设定的行程时停止工作，同时通过传感器命令另一台油缸工作，循环往复，速度均匀。
[0070]
牵引顶推过程中包含两部分纠偏，曲线桥梁的绕中心转动的纠偏和牵引过程中由于蛙跳等现象引起的小幅度横移纠偏。
[0071]
滑道梁设置为1.4m宽，通过对线形模拟，满足曲线桥梁顶推过程中每次滑移的要求，采用多点牵引及滑块横向两端设置限位板，控制减小滑块在滑道梁上的横向偏移量，滑移后通过观测确定纠偏量，用布置的横向纠偏千斤顶纠偏。
[0072]
横向纠偏装置在顶推临时墩上左右对称布置，包含100t双作用千斤顶，其中行程为100mm、反力座、钢垫板。若在顶进过程中，因为横向偏位出现卡顿的现象，可启用横向纠偏千斤顶进行横向调整。横调反力座焊接在墩顶滑道梁侧面。本桥顶推共配置8台横调千斤顶和4套液压泵站。
[0073]
多个连续千斤顶水平牵引钢桁架梁，千斤顶的同步作业尤为重要，利用plc智能液压控制多台连续千斤顶同步牵引前移。千斤顶反力座与滑道梁连成整体形成牵引锚固台座，牵引锚固台座通过φ15.2mm 钢绞线与连续千斤顶同焊接在下弦杆下的后锚构成传力系统。后锚位置要充分考虑可移动行程，减少倒后锚次数。根据预应力构件使用过程中要求不超过设计值的60％、设计牵引力及连续千斤顶使用数量等选定牵引钢绞线根数。
[0074]
导梁又称鼻梁，即采用顶推法架梁时，装于梁前后端的临时辅助结构。是为保证梁体在移动时的纵向抗倾覆稳定性，以及减少梁体的悬伸长度从而降低安装应力。滑道梁是钢桁架梁顶推施工中重要的临时结构，其质量直接关系到桥梁施工能否安全顺利的完成。
[0075]
多点牵引式顶推根据顶推跨径及稳定性验算，设置30m钢导梁，导梁为桁架结构，导梁s1及u1节点分别与主梁桁架s1和x1节点等强焊接。导梁上、下弦杆结构形式同钢桁架梁上、下弦杆，为箱型结构，腹杆为工字钢，水平横联为型钢。
[0076]
滑道梁及滑块设计主要根据顶推系统受力验算数据，考虑与主体结构的联系与接触，确定滑道梁及滑块截面形式和尺寸。滑道梁为箱形结构并内设隔板，既满足受压要求又增强刚度，减小变形。滑块设计为箱形截面，确保承受足够的抗压强度。在滑道梁顶面铺设不锈钢板作为滑动面，并将30mm厚meg板和滑块底部用沉头螺栓连接。
[0077]
由于施工区域土层为种植土及粉质粘土，为满足支架地基承载力要求，项目部采取水泥稳定土地基处理，在支架支点区域加水泥与原状土翻拌压实，处理时采用分层翻拌压实。根据曲线桥(平、竖曲线) 线形模拟，设计出支架布置图，地基处理后及时测量放样，浇筑支架混凝土扩大基础并预埋支架连接钢板。再次精确测量定位，快速搭设临时支架及安装滑道梁。具体布置如图3所示：11#
‑
14#墩跨间搭设 1#
‑‑
8#拼装平台及左幅10#、11#、12#、13#墩旁搭设临时支墩d、c、 b、a，在a、b、c、d临时支墩上安装a、b、c、d滑道梁。
[0078]
顶推临时支墩采用φ630*10的钢管为主肢，φ273*6的钢管为连接系，临时墩主肢上安装纵横向分配梁。拼装支架采用φ426*8的钢管为主肢，双拼角铁和小工字钢为连接系，在主肢上安装通长横向分配梁。
[0079]
为很好地消除顶推支架受水平力作用失稳风险，钢管柱柱头、分配梁和滑道梁之间均采用角焊缝焊接，焊脚高度不小于10mm。另外在滑道梁下紧贴盖梁焊接设置限位牛腿，借助永久墩分担水平力。
[0080]
如图3所示，根据本桥结构特点及不影响高速车辆通行，钢桁架梁安装采用多点牵引顶推法施工，在高速范围不设临时墩。分3次拼装3次顶推，钢桁架梁每拼装完成一节段顶推一次，利用10#、11# 主墩顶滑道梁上设置的水平连续千斤顶从大里程向小里程牵引钢桁架梁至设计位置。落梁前，在9#过渡墩侧采用50t汽车吊分段拆除导梁，同时拆除各滑道梁及支架分配梁，调整钢桁架梁高程和水平位置，落梁就位。
[0081]
以下为牵引顶推的具体实施步骤：
[0082]
1、滑道梁滑道面涂抹润滑油，通过连续千斤顶牵引后锚，使钢桁架梁按下弦杆节点间距行进。顶推过程启停需要缓慢，每次确定顶推量，顶推滑移节段由plc系统同步控制，顶推的运行速度为10m/h，牵引过程注意观察滑块偏位，及时纠偏。
[0083]
2、用竖向千斤顶同步顶起钢桁架梁，使滑块顶面脱空。
[0084]
3、通过卷扬机将滑块牵引至下一个下弦杆节点处。
[0085]
4、通过竖向千斤顶落梁，将钢桁架梁重新落在滑块上，重复以上步骤完成各牵引
顶推步骤。
[0086]
如图1所示，地基处理系统4采用水泥对土地基进行稳定处理，在支架支点区域采用水泥与原状土相结合的混合物进行翻拌压实，并采用分层翻拌的方式做压实处理。
[0087]
如此设置能够在不影响基础刚性的同时最大限度的节约建筑成本，且施工方式简单效果高。
[0088]
如图1所示，临时支架搭设系统5中所用钢管连接处采用焊缝焊接，且焊脚高度不小于10mm。
[0089]
通过焊脚高度的限定能够很好地消除顶推支架受水平力作用失稳风险。
[0090]
如图1所示，所述辅助工件设计模块3，包括多点牵引式顶推验算模块31和核验单元32：
[0091]
多点牵引式顶推验算模块31，用于对导梁设计单元3*1、滑道梁设计单元3*2以及滑块设计单元3*3的所得结果进行合集运算，确定符合指标率；
[0092]
核验单元32，用于对桥梁转动曲线纠偏模块21所得结果进行再次验算，确保结果准确正确率。
[0093]
该模块的增加，能够更进一步的保证施工过程中施工准备所测数据不会出现误差，从而对施工产生误导，以至于返工重修的问题出现，保证了施工更加正确稳定的运行。
[0094]
实施例2
[0095]
本发明中钢桁架梁多点牵引式顶推施工方法，包括以下步骤：
[0096]
s1：团队根据施工现场实地情况采用多点牵引式顶推施工系统研讨设计出具体施工方案；
[0097]
s2：施工前对施工场地地质进行实地勘探，并对其进行适应性的加固处理，在经过加固处理的地基表面按要求搭设临时支架供操作人员使用；
[0098]
s3：根据施工顺序，在支架上对牵引式顶推设备进行依次安装；
[0099]
s4：在控制平台发出指令操控牵引式顶推设备对钢桁架梁进行拼装及顶推位移调整；
[0100]
s5：在支架上设置导滑块，保证牵引式顶推设备稳定运行，减少较大偏移产生；
[0101]
s6：采用视控、数控的设备对设备顶推钢桁架梁运行过程进行实时监控，避免安全隐患或较大误差被忽略；
[0102]
s7：钢桁架梁到达指定位置后，进行地标核验，确认无误后开始落梁。
[0103]
根据图4
‑
9并结合上述施工方法可得牵引顶推步骤如下：
[0104]
步骤一：通过c临时墩上的2台200t连续千斤顶对拼装完成的钢桁架梁第一节段(a至h及1/2i)和导梁牵引顶推60m，直至钢梁前端节点位置到达临时墩d滑道梁上方。
[0105]
步骤二：通过c临时墩上布置的2台200t连续千斤顶对拼装完成的第一、二节段钢桁架梁同步牵引顶推30m。
[0106]
步骤三：通过d、c临时墩上布置的4台200t连续千斤顶对拼装完成的整幅钢桁架梁同步进行牵引，直至钢梁前端节点位置到9#墩上方，拆除导梁。
[0107]
如图2所示，所述步骤s3中牵引顶推所用设备根据施工顺序设置安装优先级，施工与顶推设备安装同步进行。
[0108]
如此设计，能够大大节约施工前施工准备所耗用的时间，避免在施工准备前无法
同时施工，因而造成施工工期过于冗长的导致各部件暴露在外错过最佳施工浇筑时间的问题出现。
[0109]
如图2所示，所述步骤s7中，落梁开始前对各千斤顶及顶推设备进行工作状态核验，并刷新控制平台，确保各设备控制信号同步，接收误差在运行范围内。
[0110]
通过对接信号的校准，能最大限度的保证各千斤顶等顶推设备在接收到命令时在第一时间能够同步运行，因此大大减少了顶推运行而产生的误差。
[0111]
实施例3
[0112]
如图2所示，所述顶推支架地基承载力计算公式：
[0113][0114]
式中：n为拖拉过程中临时墩出现单桩最大支反力157.3t(b、 c、d临时墩荷载组合四)
[0115]
ad为立杆底座面积ad＝80cm
×
80cm＝6400cm2；
[0116]
按照最不利荷载考虑，地基承载力系数取1.0，立杆底托下砼基础承载力：
[0117]
n/ad＝157.3
×
10^4/6.4
×
10^5＝2.46mpa<[f]＝9.5mpa，底托下基础承载力满足要求。
[0118]
底托坐落在1.0mc20砼层上，按照力传递面积计算(砼按照45 度发散角计算，可全部扩散至底面)：
[0119]
如图2所示，所述步骤s2中，基坑处理采用同进制施工法施工，对单一基坑保证一填一补的操作流程。
[0120]
通过该设置能够大大提高地基浇筑时的作业效率，且相对于降雨频繁的区域此种方式能够为工程进度提供一定的保障，防止开挖基坑因降雨坍塌而在雨后重新修整的情况出现。
[0121]
其中，在顶落梁施工时，竖向顶起和落梁处设在钢桁架梁下弦杆节点板处，滑块从上一下弦杆节点板倒移至下一下弦杆节点板；根据施工情况采用单点或多点双顶起顶，确保滑块顺利倒移至后一受力节点；竖向千斤顶应抄垫钢板，增大梁体受力面积直接顶在梁体上避免梁体自身钢板变形损伤；顶推施工结束后，开始线形调整及落梁就位，主要步骤如下：
[0122]
①
在墩顶安装落梁千斤顶和钢垫块，使梁支承在支座处钢垫块上，然后拆除各墩顶连续千斤顶及滑道梁、滑块等顶推设备；
②
千斤顶起顶使梁与支座处钢垫块脱空；将支座处钢垫块抽取一层后，用千斤顶将钢桁架梁整体降落，使钢桁架梁重新支承于钢垫块上；
③
千斤顶回油，使千斤顶柱塞与梁底脱空；将千斤顶抄垫块抽取一层后，柱塞伸出重新与梁底顶紧；
④
重复步骤
①‑③
，逐层抽取支座处与千斤顶抄垫的钢垫块；直至完全将钢桁架梁下落到支座上。在将钢桁架梁顶起至下落到支座过程中，桥墩上所有准备工作应充分，使工作时间尽量的缩短；
[0123]
顶落梁使用的油压千斤顶。须带顶部球形支承垫保险箍，选用同一型号共同作用运行多台千斤顶，用油管并联。油压千斤顶、油泵、压力表、油管长度力求一致。为准确掌握支点反力，应对千斤顶、油泵、压力表一并配套校正。顶落梁施工应按设计要求，千斤顶中心
轴应与支承结构中心线重合，对顶落高程、支点反力等变化，应进行观测和记录；
[0124]
顶落梁时必须设置保险支座，除调整高程时分别起顶外，均同步进行。在顶落梁过程中搁置在临时支座上时，应测量两桁支点高差，当高差大于3mm时，调整两支点高程。千斤顶安放在墩顶及梁底的位置均应严格按设计规定安放，并不得随意更改。在顶落梁时，应由值班工程师负责，并做好记录，使用多台千斤顶顶落梁时，应统一指挥，由专人负责。
[0125]
其中地基处理时应当按照支架设计图，精确放样标出临时支墩具体位置。由于施工区域土层为种植土及粉质粘土，项目部采取水泥稳定土地基处理，在支架支点区域加水泥与原状土翻拌压实，处理时采用分层搅拌压实，处理深度60cm，分层厚度20cm。在处理好的地基上经地基承载力检测合格后布设临时支架。
[0126]
通过此种方式搭建的钢桁架梁受力合理，具有较强的针对性及实操性，一定程度解决了钢桁架梁下弦杆底面刚度变化、承受力不均的问题和曲线桥顶推行进轨迹不易控制的问题。
[0127]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。