一种大跨度变截面钢箱梁顶推施工方法与流程

1.本发明涉及桥梁的技术领域，特别涉及一种大跨度变截面钢箱梁顶推施工方法。


背景技术：

2.在跨铁路、公路或城市道路的建设中，钢箱梁被广泛利用，钢箱梁又叫钢板箱形梁，是大跨径桥梁常用的结构形式，一般用在跨度较大的桥梁上。钢箱梁的优点包括：（1）抗拉强度高，弹性模量高，材料利用效率高，承载能力好，无冗余构件；（2）结构自重小，造价低；（3）结构可靠性高，施工成本小，架设效率高，工期短。
3.现有技术中，已经有钢箱梁在桥梁建设施工方便的应用，通过无支架施工，可以无障碍跨越铁路、高速公路、城市交叉口等。
4.然而，现有技术中对于变截面钢箱梁的顶推施工研究甚少，究其原因是由于在钢箱梁为变截面的前提下，特别是为多次抛物线变化的变截面的情况下，利用常规的顶推施工方式无法将拼装完成的钢箱梁正常推出，轻则出现无法顶推的情况，重则造成施工事故；故对于这种结构复杂的桥梁施工多采用钢筋混凝土梁，即钢箱梁的优势无法被体现在施工过程中。


技术实现要素：

5.本发明解决了现有技术中存在的问题，提供了一种优化的大跨度变截面钢箱梁顶推施工方法，确切来说，是一种大跨度变截面桥梁的钢箱梁顶推施工方法。
6.本发明所采用的技术方案是，一种大跨度变截面钢箱梁顶推施工方法，所述方法应用于大跨度变截面桥梁施工，包括以下步骤：步骤1：水道两岸场地处理，布设支撑支架、顶推支架和拼装支架；完成若干变截面钢箱梁制作；步骤2：钢箱梁运输至水道两岸场地；步骤3：分别按预设规划，于水道两岸按序将变截面钢箱梁置于顶推支架和/或拼装支架上，进行拼装并调整已拼装变截面钢箱梁与顶推支架的相对位置，向水道中心顶推；步骤4：水道两岸的已拼装变截面钢箱梁到达预设位置后，进行姿态调整，锚固；步骤5：水道两岸的已拼装变截面钢箱梁合龙、焊接，落于预设的支撑支架上；步骤6：场地整理，完成施工。
7.优选地，所述步骤1中，水道两岸分别设置作为桥梁支撑的至少2个支撑支架，为桥梁永久支架，任一所述支撑支架底部设有承台；2个所述支撑支架间设有若干顶推支架，配合顶推支架设有若干拼装支架。
8.优选地，所述步骤1中，任一所述变截面钢箱梁包括2个箱室，2个所述箱室间设有连接件，2个所述箱室外设有挑檐；所述箱室、连接件、挑檐的顶部配合设有顶板。
9.优选地，所述步骤1中，若干变截面钢箱梁进行预装配；预装配以对应钢箱梁顶面的顶板为基准，在顶板上设置若干定位件，配合定位件倒装箱室，配合2个箱室的外侧顶板上的定位件倒装挑檐，配合2个箱室间的顶板上的定位件倒装连接件；分别将箱室、连接件、挑檐及对应的顶板、底板进行焊接。
10.优选地，所述步骤2中，将完成预装的箱室、连接件、挑檐分别运输至水道两岸场地。
11.优选地，所述步骤3包括以下步骤：步骤3.1：于水道两岸将变截面钢箱梁按序排开，依次取至少两段钢箱梁，在对应的顶推支架和/或拼装支架上进行对准、拼装，完成后焊接；步骤3.2：对需要调节顶推支架上的顶推设备的情况进行顶推设备的调节，完成调节后，将已完成焊接的钢箱梁推出预设距离，进行下一步；步骤3.3：钢箱梁按计划安装完毕，则进行步骤3.4，否则，按序将下一钢箱梁置于已完成焊接的钢箱梁后的顶推支架和/或拼装支架上，进行拼装，重复步骤3.2；步骤3.4：水道两岸的已拼装变截面钢箱梁到达预设位置且未合龙。
12.优选地，所述步骤3.2中，若顶推设备与对应范围内的钢箱梁底部无法贴合，则为需要调节顶推支架上的顶推设备的情况；所述顶推设备为设于顶推支架上的步履式顶推机，配合所述步履式顶推机的分配梁的顶部设有调节块，以调节块的顶面与钢箱梁底面抵触，以调节块的底面与分配梁的顶面抵触。
13.优选地，所述调节块为楔形块；楔形块包括一端抵触设置的2块板件，2块板件间设有分隔件；所述楔形块的顶面和底面设有橡胶层。
14.优选地，所述支撑支架上设有永久接触台，远离水道的支撑支架上设有锚点；所述步骤4中，当水道两岸的已拼装变截面钢箱梁到达预设位置后，以背向水道的端部与对应的支撑支架进行锚固；所述步骤5中，完成焊接的钢箱梁的远离水道一端落于对应的支撑支架的永久接触台上。
15.优选地，所述步骤4中，姿态调整包括在已拼装变截面钢箱梁远离水道一端设置配重机构，待已拼装变截面钢箱梁的合龙端恢复高度后在已拼装变截面钢箱梁上设置扣塔并基于扣塔和所述合龙端间设置张拉索。
16.本发明涉及一种优化的大跨度变截面钢箱梁顶推施工方法，应用于大跨度变截面桥梁施工，特别适用于多次抛物线变截面桥梁的施工；在水道两岸进行场地处理后布设支撑支架、顶推支架和拼装支架，完成若干变截面钢箱梁制作后运输至水道两岸场地；分别按预设规划，于水道两岸按序将变截面钢箱梁置于顶推支架和/或拼装支架上，进行拼装并调整已拼装变截面钢箱梁与顶推支架的相对位置，向水道中心顶推；水道两岸的已拼装变截面钢箱梁到达预设位置后进行姿态调整，锚固、合龙、焊接，落于预设的支撑支架上；场地整理，完成施工。
17.本发明的有益效果在于：（1）充分利用钢箱梁抗拉强度高、弹性模量高、材料利用效率高、承载能力好、无冗余构件的优势，自重小，造价低；
（2）桥体满足大跨度变截面的设计要求，符合设计标准，结构可靠性高，施工过程中不影响水道通航；（3）施工成本小，安全系数高，架设效率高，工期短；（4）实现增加桥拱高度的目的，满足更复杂多变的通航需求。
附图说明
18.图1为本发明的钢箱梁的剖面结构示意图；图2为本发明在初始状态下支撑支架、顶推支架和拼装支架的位置示意图；图3为图2中a的局部放大图；图4为本发明的实施例中顶推过程的示意图；图5为本发明的实施例中合龙过程的示意图;图2、图4中，箭头所示均为顶推方向；顶推方向上，下方的曲线为地面，曲线上的直线为水面（水位线）。
具体实施方式
19.下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。
20.如图所示，本发明涉及一种大跨度变截面钢箱梁顶推施工方法，所述方法应用于大跨度变截面桥梁施工，特别适用于多次抛物线变截面桥梁的施工。
21.本发明的实施例桥长252m，其中，主跨为120米的钢箱梁结构斜拉桥，为连续钢结构桥，桥面为双幅设置（双向通车），任一半幅主梁采用变高度（变截面）钢箱梁，支点梁高5.4m，跨中梁高2.7m，采用二次抛物线变化，采用常规顶推工艺施工难度大。
22.结合实施例，本发明包括以下步骤：步骤1：水道两岸场地处理，布设支撑支架1、顶推支架2和拼装支架3；完成若干变截面钢箱梁4制作；所述步骤1中，水道两岸分别设置作为桥梁支撑的至少2个支撑支架1，为桥梁永久支架，任一所述支撑支架1底部设有承台5；2个所述支撑支架1间设有若干顶推支架2，配合顶推支架2设有若干拼装支架3。
23.所述步骤1中，任一所述变截面钢箱梁4包括2个箱室4-1，2个所述箱室4-1间设有连接件4-2，2个所述箱室4-1外设有挑檐4-3；所述箱室4-1、连接件4-2、挑檐4-3的顶部配合设有顶板4-4。
24.所述步骤1中，若干变截面钢箱梁4进行预装配；预装配以对应钢箱梁4顶面的顶板4-4为基准，在顶板4-4上设置若干定位件4-5，配合定位件4-5倒装箱室4-1，配合2个箱室4-1的外侧顶板4-4上的定位件4-5倒装挑檐4-3，配合2个箱室4-1间的顶板4-4上的定位件4-5倒装连接件4-2；分别将箱室4-1、连接件4-2、挑檐4-3及对应的顶板4-4、底板4-6进行焊接。
25.本发明中，步骤1主要为准备阶段，包括对水道两岸场地及工作设备的准备和对钢箱梁4的准备。
26.本发明中，水道两岸场地处理是指在主体工程施工前，对水道两岸场地基础进行
换填处理，保证基础地基承载力符合施工要求，完成后，在设计位置依单幅单边搭设5个支架，支架间距为14m，其中顶推支架2一般为3个、拼装支架3为2个，初始状态下交错设置，如图2所示，按从左到右，自水道向外分别为1#顶推支架2、1#拼装支架3、2#顶推支架2、2#拼装支架3和3#顶推支架2，其中，1#顶推支架2设于水道两岸的支撑支架1前，3#顶推支架2后方设有另一支撑支架1，2个支撑支架1将在卸除前述顶推支架2和拼装支架3后作为桥梁的永久支架。
27.本发明中，拼装支架3原则上可移动。
28.本发明中，变截面钢箱梁4均采用2个箱室4-1、其间的连接件4-2、两箱室4-1外的挑檐4-3进行拼装，并在箱室4-1、连接件4-2、挑檐4-3的顶部分别配合设置顶板4-4作为桥面，这种拼装结构将单幅单向桥体分为了多个连续的钢箱梁4结构，满足设计要求的同时可以满足变截面钢箱梁4的顶推施工顺利进行。
29.本发明中，为了便于运输，需要将钢箱梁4进行分解，而为了确保后续安装的准确性，需要将每一段变截面钢箱梁4的零件进行预装配，完成对准；以对应钢箱梁4顶面的顶板4-4为基准，顶板4-4匹配桥面对应的弧度，在顶板4-4上设置若干定位件4-5（u形加劲肋），配合定位件4-5（u形加劲肋）倒装箱室4-1，配合2个箱室4-1的外侧顶板4-4上的定位件4-5（u形加劲肋）倒装挑檐4-3，配合2个箱室4-1间的顶板4-4上的定位件4-5（u形加劲肋）倒装连接件4-2，最后将箱室4-1、连接件4-2、挑檐4-3及对应的顶板4-4、底板4-6进行焊接，即实现了5个零件的预匹配和拆分运输。
30.本发明中，可以在顶板4-4上设置u形加劲肋、腹板（箱室4-1的侧板）设置板式加劲肋、底板4-6则设置t形加劲肋，确保钢箱梁1的承载力。
31.本发明中，进一步地，主梁横向设置横隔板，分为实腹式横隔板和空腹式横隔板，横隔板标准间距为2m。
32.本发明中，部分情况下，钢箱梁4的部分位置，如挑檐4-3下可以无底板4-6，但箱室4-1和连接件4-2作为主要的接触、承托面，其一般都设置底板4-6。
33.步骤2：钢箱梁4运输至水道两岸场地；所述步骤2中，将完成预装的箱室4-1、连接件4-2、挑檐4-3分别运输至水道两岸场地。
34.如图4所示，步骤3：分别按预设规划，于水道两岸按序将变截面钢箱梁4置于顶推支架2和/或拼装支架3上，进行拼装并调整已拼装变截面钢箱梁4与顶推支架2的相对位置，向水道中心顶推。
35.所述步骤3包括以下步骤：步骤3.1：于水道两岸将变截面钢箱梁4按序排开，依次取至少两段钢箱梁4，在对应的顶推支架2和/或拼装支架3上进行对准、拼装，完成后焊接；步骤3.2：对需要调节顶推支架2上的顶推设备6的情况进行顶推设备6的调节，完成调节后，将已完成焊接的钢箱梁4推出预设距离，进行下一步；所述步骤3.2中，若顶推设备6与对应范围内的钢箱梁4底部无法贴合，则为需要调节顶推支架2上的顶推设备6的情况；所述顶推设备6为设于顶推支架2上的步履式顶推机，配合所述步履式顶推机的分配梁7的顶部设有调节块，以调节块的顶面与钢箱梁4底面抵触，以调节块的底面与分配梁7的顶面抵触。
36.所述调节块为楔形块；楔形块包括一端抵触设置的2块板件8，2块板件8间设有分隔件9；所述楔形块的顶面和底面设有橡胶层10。
37.步骤3.3：钢箱梁4按计划安装完毕，则进行步骤3.4，否则，按序将下一钢箱梁4置于已完成焊接的钢箱梁4后的顶推支架2和/或拼装支架3上，进行拼装，重复步骤3.2；步骤3.4：水道两岸的已拼装变截面钢箱梁4到达预设位置且未合龙。
38.本发明中，以桥梁的单边单幅为例进行实施例顶推过程的说明。
39.本发明中，首先将变截面钢箱梁4按设计顺序排开，取至少两段钢箱梁4，一般为三段，分别架设在1#顶推支架2和1#拼装支架3间、1#拼装支架3和2#顶推支架2间，在对应的顶推支架2和/或拼装支架3上对对应的箱室4-1、连接件4-2、挑檐4-3进行对准和拼装，由于进行过预拼装的程序，故只需进行相对简单的步骤即可完成焊接；由于此时的三段钢箱梁4较短、尚未推出，故一般此时已完成焊接的钢箱梁4与顶推支架2上的顶推设备6能完全匹配，启动顶推设备6将已完成焊接的钢箱梁4顶推出预设的距离。
40.本发明中，顶推一个钢梁节段，在2#顶推支架2及2#拼装支架3上拼焊下一钢梁节段、重复顶推拼焊钢梁节段步骤；在此过程中，一般在安装到第4或5个钢箱梁4时，由于钢箱梁4为变截面，且其推出部分往往已经出现下挠的情况，这就导致了顶推设备6无法与对应位置的钢箱梁4底部进行匹配的问题，确切地说，梁底夹角变化幅度为0.2%~12%，钢梁整体纵坡变化为0~3.25%，理论上需增设4%坡度的楔形块以适应梁底纵坡，而作为顶推设备6的步履机顶的球冠装置一般可调节坡度仅为0~5%，即在此范围设备自身可自适应匹配钢梁夹角变化，但此自适应匹配远不足以满足实际的需求；在此情况下，在顶推设备6的顶部设置匹配钢箱梁4底部斜率的一块或多块调节块，以调节块的顶面与钢箱梁4底面抵触，以调节块的底面与顶推设备6的分配梁7的顶面抵触。
41.本发明中，以调节块，确切地说，楔形块来适应坡度的调节；一般来说，为了使得楔形块的可利用度高、标准化程度高，可以设置匹配4%~9%的坡度变化的楔形块，故两层楔形块即可适应8%~13%的坡度变化；楔形块包括一端抵触设置的2块板件8，其间设置腹板作为分隔件9，板件8设置厚度为12mm，腹板厚为16mm，并在其顶面和底面分别附着一块1cm厚的橡胶层10，如垫块，保证接触面的摩擦力；以一块或多块楔形块的角度及顶推设备6本身的可调整角度来适应整个顶推过程的梁底角度，以使顶推设备6顶部的分配梁7始终贴合钢箱梁4底部。
42.本发明中，顶推设备6为800t步履式顶推机，一般直接通过采购获得，楔形块与步履式顶推机顶部的分配梁7间的固定连接工艺为本领域技术人员容易理解的内容。
43.本发明中，在顶推过程中，当出现截面较长的钢箱梁4时，对应的顶推设备6按照计划调整钢箱梁4的姿态至尾端到达对应端部顶推设备6的高程，以搁墩替换支撑，将对应的步履机周转至对应的支架，拼装后续梁段。
44.本发明中，整体来说，先拼装及顶推的为长度较大的节段，最后拼焊的一般为短节段，缓慢推进直至当前单幅单边的钢箱梁4推出端到达预定合龙位置，但未合龙。
45.如图4、图5所示，步骤4：水道两岸的已拼装变截面钢箱梁4到达预设位置后，进行姿态调整，锚固；步骤5：水道两岸的已拼装变截面钢箱梁4合龙、焊接，落于预设的支撑支架1上；所述支撑支架1上设有永久接触台11，远离水道的支撑支架1上设有锚点（图中未
示出）；所述步骤4中，当水道两岸的已拼装变截面钢箱梁4到达预设位置后，以背向水道的端部与对应的支撑支架1进行锚固；所述步骤4中，姿态调整包括在已拼装变截面钢箱梁4远离水道一端设置配重机构13，待已拼装变截面钢箱梁4的合龙端恢复高度后在已拼装变截面钢箱梁4上设置扣塔14并基于扣塔14和所述合龙端间设置张拉索12。
46.所述步骤5中，完成焊接的钢箱梁4的远离水道一端落于对应的支撑支架1的永久接触台11上。
47.本发明中，步骤4的姿态调整和锚固存在至少两种实施方式：其一，在靠近末端桥台侧的钢箱梁4上设置水箱，并注入足够多的水作为配重，将顶推至设计位置后的钢箱梁4末端的吊装耳板与支撑支架1预埋的圆钢或其他固定件进行锚固；其二，直接将配重件置于最后拼装的一个或多个钢箱梁4内，将顶推至设计位置后的钢箱梁4末端的吊装耳板与支撑支架预埋的圆钢或其他固定件进行锚固。
48.本发明中，一般是在对应主墩的中心位置的钢箱梁4上安装扣塔及对应的张拉索12，张拉索12作用于已拼装钢箱梁4的推出端直至其到达设计高程，一侧或两侧钢箱梁4继续推出预设距离，直至合龙、焊接合龙处；其中，扣塔14包括上锚箱和下锚箱，此为本领域常规技术，本领域技术人员可以依据需求自行设置。
49.本发明中，完成合龙和焊接后，撤除调节块、收回顶推设备6，钢箱梁4落于支撑支架1的永久接触台11上。
50.步骤6：场地整理，完成施工。