一种永临结合的山区上承式拱桥结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及土木工程桥梁技术领域，更具体涉及一种永临结合的山区上承式拱桥结构的施工方法，同时，还涉及一种永临结合的山区上承式拱桥结构，具备更大的跨越能力和更佳经济性。


背景技术：

2.桥梁是公路、铁路、城市道路和农村道路及水利建设中，为了跨越各种障碍(如河流、或其它结构)的结构物。按结构受力特点划分，桥梁可分为梁、拱、刚架、吊与组合体系。拱桥是经典的桥梁结构形式，按桥面系位置分为上、中、下承式。上承式拱桥因其建筑高度低、跨越能力和山区地形适应性强、经济性好等特点，在桥梁跨越高山峡谷及桥下施工条件受限、环境保护要求高的区域得到广泛应用。目前有推力上承式拱桥最大跨径已经超过600m，跨径进一步加大时，拱座及基础规模需显著增大以抵抗拱脚水平推力，拱圈结构的施工难度也愈发增加，施工措施费占桥梁建安费的比例不断攀升，导致桥梁的经济性恶化，因此拱桥的施工也成为制约此类桥梁往大跨径发展的瓶颈之一。
3.总体上看，影响山区上承式拱桥跨径增大的主要因素是：(1)跨径超过600m后，拱脚水平推力大，技术风险增大，结构的安全性劣化，工程经济性恶化；(2)拱圈结构的施工难度随跨径增加成指数级增长，增加的施工措施费亦造成拱桥的经济性大幅降低；(3)大跨拱桥施工常采用的斜拉扣挂 缆索吊装系统，均为临时结构，通常需要建造临时扣塔结构，施工结束后还需要拆除，增加了临时结构的设计、施工难度；(4)拱桥失跨比一般在1/5～1/4之间，桥梁结构高度大，特大跨拱桥拱上立柱、主引桥过渡墩和引桥桥墩的墩高偏高，建造成本显著增加。
4.所以在这种背景下，开发一种具备更大的跨越能力和更佳经济性的，新的上承式拱桥结构形式，具有很大的实用价值。


技术实现要素：

5.本发明的目的是在于提供了一种永临结合的山区上承式拱桥结构的施工方法，充分利用了斜拉桥桥塔作为“永临结合”的结构，充分利用永久结构作为施工措施的一部分，形成一种永久结构与施工临时措施相结合的“永临结合”结构，简化了拱桥施工措施的设置，具有更好的工程经济性。
6.本发明的另一个目的在于提供了一种永临结合的山区上承式拱桥结构，相比传统上承式拱桥，从结构体系和内在受力机理方面提高桥梁结构的承载效率，根据不同工程项目需求灵活调整斜拉桥跨度，有利于提高桥梁对环境条件的适应能力以及增大桥梁跨越能力，便于实施及降低大跨度拱桥结构的建造成本。
7.为进一步实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种永临结合的山区上承式拱桥结构的施工方法，包括下述步骤：
8.(1)通过地址勘察将拱座设置于地面线以下工程地质合适的地基层中，开挖和现
浇桥台、拱座基础，利用桥台作为两岸侧缆索吊系统的重力锚碇，同时施工临时扣索锚碇；
9.(2)在拱座之上采用滑模或翻模施工永久扣塔下塔柱，然后搭支架施工永久扣塔横梁，最后在横梁上继续滑模或翻模施工永久扣塔上塔柱，并在其塔顶安装缆索吊系统，塔身施工时预留临时扣索的预埋孔；
10.(3)采用缆索吊系统进行拱肋节段吊装，逐段对称悬臂拼装主拱圈的节段，主拱圈施工节段由缆索吊系统吊装至对应位置后安装好，使用临时扣索将悬挑的主拱圈的节段与永久扣塔相连，直至主拱圈合龙；
11.(4)主拱圈安装合龙后，拆除临时扣索，利用缆索吊系统吊装拱上立柱，遵循对称均匀的原则架设拱上立柱，从两岸向跨中对称进行，完成拱上立柱施工后，对称均衡地从拱脚向跨中架设桥面系，同时，悬臂施工独塔斜拉桥桥面系和斜拉索至桥台处及与拱桥桥面系交接位置；
12.(5)桥面系施工完成拆除缆索吊系统；
13.(6)安装桥面防撞护栏，施工桥面沥青铺装及公用构造，成桥。
14.由上，目前制约拱桥结构发展的重要因素是施工，永临结合的山区上承式拱桥针对拱桥施工难点，引入具备良好桥梁景观的“永临结合”理念解决拱桥施工问题，同时“永临结合”的设计理念也提高了结构整体的经济性，提高了拱桥与其他桥型比选时的竞争优势，从而推动拱桥技术的发展。具体为：
15.首先，根据山区上承式拱桥施工特点，利用拱座作为永久扣塔的基础，拱肋通过拱座与永久扣塔刚接，拱座作为独塔斜拉桥和拱桥的共用基础，永久扣塔一是作为成桥后独塔斜拉桥的桥塔，二是可以作为主拱圈悬臂施工期间的临时斜拉扣挂和缆索吊系统的塔柱，缆索吊系统可以用于主拱圈、拱上立柱、桥面系、斜拉桥上部构造等构件的安装，是一种具备良好桥梁景观的“永临结合”的结构，可以大幅降低拱桥的施工措施费用；永久扣塔利用拱座作为基础，下塔柱工程规模与常规设计的交界墩相当，大幅降低了独塔斜拉桥造价。永临结合的山区上承式拱桥结构，能满足施工阶段和成桥状态结构的不同需求。
16.其次，永久扣塔作为拱圈施工斜拉扣挂系统的重要组成部分，通过临时斜拉索将永久扣塔与拱圈节段连接，提供主拱圈合龙前对拱圈的支撑，相比传统斜拉扣挂系统，作为永久结构一部分的永久扣塔刚度大，承载能力更高，利于大节段、大悬臂拱圈施工及精度控制。永久扣塔还可以作为缆索吊装系统的基础，相比传统缆索吊的临时扣塔，永久扣塔所具备的强大刚度和承载力，是优良的缆索吊系统基础，可以很大程度提高缆索吊系统的吊装能力，进而有利于大节段、装配化施工，可以大幅缩减施工周期，避免临时扣塔的设置，在减少对环境的破坏的同时，提升结构施工经济性。
17.最后，永久扣塔与斜拉索和主梁形成的独塔斜拉桥以拱座为基础，重量作为竖向力施加于拱座上，利于拱座的抗滑移、抗倾覆稳定，进而可以减小拱座规模，减少拱座施工开挖对环境的破坏，即经济又环保。
18.综上所述，本发明永临结合的山区上承式拱桥结构的施工方法中，永久扣塔在施工期间作为“斜拉扣挂 缆索吊”系统的桥塔，通过临时斜拉索将永久扣塔与拱圈节段连接，提供主拱圈合龙前对拱圈的支撑，能提高缆索吊系统的吊装能力，可以更充分地发挥混凝土桥塔刚度大、承载能力高的特点；独塔斜拉桥以拱座为基础，其重量作为竖向力施加于拱座上，利于拱座的抗滑移、抗倾覆稳定，进而可以减小拱座规模，减少拱座施工开挖工程量，
结构材料使用效率得到提高。
19.相应的，本发明另一目的提供的一种永临结合的山区上承式拱桥结构，包括作为永久扣塔基础的拱座以及桥台，永久扣塔下塔柱位于所述拱座之上与所述拱座顶部连接成整体，所述永久扣塔下塔柱上端安装有永久扣塔横梁以及在所述永久扣塔横梁两侧安装有永久扣塔上塔柱；
20.在两个所述拱座之间安装主拱圈，所述主拱圈上端架设拱上立柱；
21.在所述桥台、永久扣塔横梁以及拱上立柱上端架设桥面系。
22.作为优选的，所述永久扣塔下塔柱采用双肢结构，所述永久扣塔横梁在永久扣塔下塔柱墩顶将所述永久扣塔下塔柱的两肢刚性连接成整体，所述永久扣塔横梁的悬臂支撑永久扣塔上塔柱；
23.所述永久扣塔下塔柱、永久扣塔上塔柱以及永久扣塔横梁固结为一体组成永久扣塔。
24.由上，永久扣塔采用横桥向双肢门型框架结构，分为下塔柱、横梁和上塔柱三部分，下塔柱两柱肢在墩顶通过与永久扣塔横梁组合形成门式框架结构，上塔柱设置于永久扣塔横梁挑臂外侧，永久扣塔与主梁之间通过斜拉索连接，形成独塔斜拉结构体系；永久扣塔利用拱座作为基础，下塔柱工程规模与常规设计的交界墩相当，大幅降低了独塔斜拉桥造价。永临结合的山区上承式拱桥结构，能满足施工阶段和成桥状态结构的不同需求。
25.两个拱座上设置独塔斜拉桥，可以有效利用独塔斜拉桥跨越能力强的特点，节省独塔斜拉桥覆盖范围内的拱上高立柱、引桥下构，降低工程规模，同时减少对两岸山体的破坏。拱上建筑重量的降低，对拱桥跨径往更大跨度发展具有重要意义。通过调整独塔斜拉桥的跨径可以对拱所承受荷载进行调整，也可以通过更大范围的调整主拱圈矢高选择合适的拱座设计位置，在具体的桥梁结构设计中能灵活应用这些特点，在不同地形地质条件下进行最优的“拱 斜拉桥”结构布置。其拱上立柱最大高度大幅降低，避免了靠近拱脚的高立柱设计，改善了拱上立柱受力情况，提高工程经济性。
26.本发明相对于现有技术具有以下优点：
27.(1)永临结合的山区上承式拱桥结构相比传统上承式拱桥，能优化结构施工方式和措施，根据不同工程项目需求灵活调整斜拉桥跨度，有利于提高桥梁对环境条件的适应能力以及增大桥梁跨越能力；
28.(2)充分利用了斜拉桥桥塔作为“永临结合”的结构，充分利用永久结构作为施工措施的一部分，简化了拱桥施工措施的设置，具有更好的工程经济性；
29.(3)永临结合的山区上承式拱桥具有更好的环境友好性，有效减小拱座工程规模，最大程度降低对环境的破坏。
附图说明
30.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。
31.图1为永临结合的山区上承式拱桥结构示意图；
32.图2为拱圈施工阶段拱座、永久扣塔及斜拉扣挂和缆索吊系统布置示意图；
33.图3为拱桥建筑和斜拉桥桥面系施工示意图；
34.图4为永久扣塔构造示意图；
35.图中：1-拱座，2-主拱圈，3-永久扣塔下塔柱，4-永久扣塔上塔柱，5-斜拉索，6-永久扣塔横梁，7-桥面系，8-拱上立柱，9-桥台，10-临时扣索，11-缆索吊系统，12-地面线。
具体实施方式
36.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
37.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
38.正如背景技术所介绍的，现有技术中存在(1)大跨径拱桥拱脚水平推力大，技术风险增大，结构的安全性劣化，工程经济性恶化；(2)拱圈结构的施工难度随跨径增加成指数级增长，增加的施工措施费亦造成拱桥的经济性大幅降低；(3)大跨拱桥施工常采用的斜拉扣挂 缆索吊装系统，均为临时结构，通常需要建造临时扣塔结构，施工结束后还需要拆除，增加了临时结构的设计、施工难度；(4)拱桥失跨比一般在1/5～1/4之间，桥梁结构高度大，特大跨拱桥拱上立柱、主引桥过渡墩和引桥桥墩的墩高偏高，建造成本显著增加等问题。为了解决如上的技术问题，本技术提出了一种永临结合的山区上承式拱桥结构及其施工方法。
39.以下结合附图，对本发明的方法和结构作进一步描述。
40.实施例1。
41.如图1～图4所示，一种永临结合的山区上承式拱桥结构的施工方法，技术思路为：拱座作为永久扣塔和拱桥的共用基础，永久扣塔是成桥后独塔斜拉桥的桥塔，也可以作为主拱圈悬臂施工期间的临时斜拉扣挂和缆索吊系统的塔柱，是一种“永临结合”的结构，拱圈施工完成后施工独塔斜拉桥主梁即拱上建筑，最后铺装成桥。具体包括以下施工步骤：
42.1、拱座施工，结合图2所示，通过地址勘察将拱座1设置于地面线12以下工程地质合适的地基层中，开挖和现浇桥台9、拱座基础，利用桥台9作为两岸侧缆索吊系统11的重力锚碇，同时施工临时扣索锚碇。
43.2、在拱座1之上采用滑模或翻模施工永久扣塔下塔柱，然后搭支架施工永久扣塔横梁6，最后在横梁上继续滑模或翻模施工永久扣塔上塔柱4，并在其塔顶安装缆索吊系统11，塔身施工时预留临时扣索10的预埋孔。
44.3、结合图2所示，采用缆索吊系统11进行拱肋节段吊装，逐段对称悬臂拼装主拱圈2的节段。主拱圈2施工节段由缆索吊系统11吊装至对应位置后安装好，使用临时扣索10将悬挑的主拱圈2的节段与永久扣塔相连，直至主拱圈2合龙。
45.4、结合图2、图3所示，主拱圈2安装合龙后，拆除临时扣索10，利用缆索吊系统11吊装拱上立柱8，遵循对称均匀的原则架设拱上立柱8，从两岸向跨中对称进行，完成拱上立柱8施工后，对称均衡地从拱脚向跨中架设桥面系7。同时，悬臂施工独塔斜拉桥桥面系7和斜
拉索5至桥台9处及与拱桥桥面系交接位置。
46.5、桥面系7施工完成拆除缆索吊系统11。
47.6、安装桥面防撞护栏，施工桥面沥青铺装及公用构造等，成桥。
48.实施例2。
49.如图1、图2所示，一种永临结合的山区上承式拱桥结构，包括作为永久扣塔基础的拱座1以及桥台9，永久扣塔下塔柱3位于拱座之上与拱座1顶部连接成整体，永久扣塔下塔柱3上端安装有永久扣塔横梁6以及在永久扣塔横梁6两侧安装有永久扣塔上塔柱4；在两个拱座1之间安装主拱圈2，主拱圈2上端架设拱上立柱8；在桥台9、永久扣塔横梁6以及拱上立柱8上端架设桥面系。
50.其中，永久扣塔下塔柱3采用双肢结构，永久扣塔横梁6在永久扣塔下塔柱3墩顶将永久扣塔下塔柱3的两肢刚性连接成整体，永久扣塔横梁6的悬臂支撑永久扣塔上塔柱4；永久扣塔下塔柱3、永久扣塔上塔柱4以及永久扣塔横梁6固结为一体组成永久扣塔。
51.本发明所述的永临结合的山区上承式拱桥结构由两个独塔斜拉桥和一个拱桥组成，主拱圈2通过拱座1与永久扣塔下塔柱3刚接，拱座1作为独塔斜拉桥和拱桥的共用基础，永久扣塔是成桥后独塔斜拉桥的桥塔，也可以作为主拱圈2悬臂施工期间的临时斜拉扣挂和缆索吊系统的塔柱，是一种“永临结合”的结构，永久扣塔利用拱座1作为基础。结合图2、图3所示，桥梁结构施工期间，临时扣索10，缆索吊系统11均利用永久扣塔作为基础。
52.结合图1所示，得益于独塔斜拉桥的布置，降低了主拱圈2所承受外荷载，可有效提高主拱圈2的计算跨径，推动拱桥往大跨径发展，且通过调整独塔斜拉桥的跨径可以对主拱圈2承受荷载进行调整，在具体的桥梁结构设计中能灵活应用这一特点，在不同地形地质条件下进行最优的“拱 斜拉桥”结构布置。
53.两个拱座上的独塔斜拉桥，可以有效利用独塔斜拉桥跨越能力强的特点，减小拱上建筑的重量，起到降低拱圈所承受外部荷载的作用，利于拱桥跨径往大跨度发展；独塔斜拉桥以拱座为基础，其重量作为竖向力施加于拱座上，利于拱座的抗滑移、抗倾覆稳定，进而可以减小拱座规模，减少拱座施工开挖工程量，结构材料使用效率得到提高。
54.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。