应用于中等宽度的峡谷的桥梁与施工方法与流程

1.本发明涉及本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种应用于中等宽度的峡谷的桥梁与施工方法。


背景技术：

2.与沿海、平原地区相比，我国中西部地区地势起伏大、崇山峻岭，峡谷深切，区域内的桥梁通常具有地形地质条件复杂、谷深坡陡、桥梁高度大、施工场地狭小、运输条件困难、基本不具备利用水面施工作业的条件等特点。
3.峡谷的深度、宽度及地质条件是决定峡谷大桥桥型、跨径和建造规模的重要条件。对于少数峡宽、谷深、坡陡的桥位，造价已不是主要的控制条件。在大多数条件下，在峡谷宽度数十米至一百多米不等，即在中等宽度的峡谷的建设条件下，桥型的选择面临困难。
4.大跨径桥梁（斜拉桥、悬索桥、拱桥），可以将桥墩放置于峡谷两岸，但桥梁的跨越能力存在明显的浪费，造价飙升。
5.连续刚构桥或连续梁桥，由于可以采用悬臂施工，对山区施工条件的适应性较好，且造价低廉，是大多数峡谷桥梁的首选方案。连续刚构桥或连续梁桥在峡谷地区应用，存在两种可能：1、主跨桥墩放置于峡谷两岸边坡上，优点是可以降低桥梁高度，减少主桥和全桥的规模和长度，但峡谷两岸往往边坡陡峭，尤其是u形峡谷，使得常规梁桥体系面临主墩施工困难或需要建造超高桥墩。超高桥墩也会造成造价较高的问题。
6.2、主跨桥墩放置于峡谷两岸，优点是避免了主墩施工困难或需要建造超高桥墩，但由于桥墩需要一定的高度（如连续刚构桥桥墩最小高度往往为主跨的1/10），工程师不得不将桥梁整体抬高，造成了桥梁规模显著增大，造价显著增加，甚至在山区条件下，由于地形和场地的限制，不存在实施的可能性。
7.也就是说，连续刚构桥或连续梁桥在中等宽度峡谷，也存在施工困难，造价较高的问题。


技术实现要素：

8.本发明的主要目的是提供一种应用于中等宽度峡谷地区的桥梁与施工方法，以解决中等宽度峡谷造价高、施工困难的问题的技术问题。
9.为实现上述目的，本发明第一方面提供一种应用于中等宽度的峡谷的桥梁，包括主墩基础、台座、主梁和地锚。
10.主墩基础设置于峡谷第一侧的岸边。
11.台座设置于峡谷第二侧的岸边，第二侧与第一侧相对。
12.主梁固结于主墩基础上。主梁具有主梁主跨和主梁边跨。主梁主跨自主墩基础延伸至台座上，并支撑于台座上。主梁主跨梁高在台座至主墩基础的方向上逐渐增加。主梁边跨自主墩基础向远离台座一侧延伸。主梁边跨和主梁主跨的长度比小于等于0.30。
13.地锚设置于主墩基础远离台座一侧，并与主梁边跨固结。
14.根据本技术的实施方式，主梁为预应力混凝土变截面箱梁，主梁在长度方向、宽度方向和高度方向的均配置有预应力。
15.根据本技术的实施方式，主梁包括顶板、底板、多个腹板和多个横隔板，多个腹板连接于顶板和底板之间，多个横隔板连接于相邻的两个腹板之间。
16.在主梁的长度方向上，主梁主跨包括以多个横隔板为界划分的多个区段，多个区段内的顶板厚度及腹板厚度在台座至主墩基础的方向上逐渐增加，且同一个区段内的顶板厚度及腹板厚度固定不变。
17.根据本技术的实施方式，主梁边跨设置有多个张拉窗口，多个张拉窗口在主梁的长度方向、宽度方向和高度方向中的至少一个方向上错开设置。
18.根据本技术的实施方式，主梁边跨的箱室内具有压重物，主梁边跨的底板还用于与地面贴合或利用填土填实。
19.根据本技术的实施方式，桥梁还包括锚杆。锚杆包括张拉端和锚固端。
20.主梁与地锚结构分离，通过上述锚杆连接，锚杆贯穿于主梁和地锚，张拉端位于主梁的顶面，锚固端用于锚固于地面的岩石中。
21.根据本技术的实施方式，主墩基础为扩大基础、箱形基础或承台群桩基础。地锚为岩锚、重力锚或桩锚。
22.根据本技术的实施方式，主梁为uhpc超高性能混凝土。主梁的梁体为变截面钢箱梁、变截面钢混组合梁或变截面波形钢腹板梁。
23.根据本技术的实施方式，台座包括垫层、底板以及背墙，底板设置于垫层上，背墙连接于底板远离主墩基础一侧。
24.桥梁还包括设置于底板上的支撑体系，主梁通过支撑体系支撑于底板上。
25.本发明第二方面提供一种应用于中等宽度的峡谷的桥梁的施工方法，包括以下步骤：（1）在峡谷第二侧的岸边施作台座，以及在峡谷第一侧的岸边施作主墩基础和地锚。
26.（2）施作主梁0号块，主梁0号块与主墩基础形成固结体系。
27.（3）施作主梁边跨现浇段，所述主梁边跨现浇段与所述地锚形成固结体系。
28.（4）在主梁0号块靠近台座的一侧施作主跨单悬臂节段。
29.（5）在台座上施作端横梁，以及在端横梁和主跨单悬臂节段之间施作现浇段，完成合龙，得到主梁。
30.上述的应用于中等宽度的峡谷的桥梁中，主梁边跨和主梁主跨采用极小的边主跨比，形成部分地锚不对称t构桥梁。主梁固结在主墩基础上，而主墩基础设置在岸边，如此可避免修建超高墩以及在陡坡、谷底施工下部结构，施工工期、施工的便捷性、经济性均可得到改善，也更有利于施工质量控制。单t的构造形式也可以完全释放温度应力，改善结构受力，有利于提高结构的使用寿命。
附图说明
31.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示出的结构获得其他的附图。
32.图1为本发明一实施例中的桥梁结构立面图；图2为本发明一实施例中的桥梁结构平面图；图3为本发明一实施例中的桥梁结构主梁根部断面图；图4为本发明一实施例中的桥梁结构主梁端部断面图；图5为本发明一实施例中的台座结构示意图；图6为本发明一实施例中的地锚结构示意图，其中图6（a）为地锚结构沿主梁长度方向的截面图，图6（b）为地锚结构沿主梁宽度方向的截面图；图7a~7f为本发明一实施例中的主要施工流程示意图。
33.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
34.100、主墩基础；200、台座；300、主梁；400、地锚；500、锚杆；310、主梁主跨；320、主梁边跨；330、顶板；340、底板；350、腹板；360、横隔板；370、张拉窗口；380、压重物；311、纵向钢束；312、横向钢束；313、竖向钢束；210、垫层；220、底层板；230、背墙；240、支撑体系；10、0号块；20、主跨单悬臂节段。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
36.需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示（诸如上、下
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
37.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
38.并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
39.本技术实施例提供了一种应用于中等宽度的峡谷的桥梁。中等宽度的峡谷为宽度在数十米至一百多米的峡谷。峡谷两侧的岸边分别为第一侧的岸边和第二侧的岸边。岸边为相对于边坡存在。桥梁跨越峡谷，使得第一侧的岸边和第二侧的岸边连通。
40.参见图1和图2，桥梁包括主墩基础100、台座200、主梁300和地锚400。主墩基础100设置于峡谷第一侧的岸边。台座200设置于峡谷第二侧的岸边，第二侧与第一侧相对。
41.主墩基础100设置在岸边，可以理解为没有桥墩，如此可避免修建超高墩以及不需要在陡坡、谷底施工下部结构，降低了地形和场地的限制。因而，施工工期、施工的便捷性、
经济性均可得到改善，也更有利于施工质量控制。而相关技术中，采用连续刚构桥或连续梁桥在峡谷地区应用，由于峡谷地区机械设备运输就位困难，钻孔施工和钢筋笼安装难度大。墩身通常为变截面薄壁高墩，模板的制造、混凝土的泵送均难以保证质量。
42.参见图5，台座200为桥位现场根据地形地质条件处理而成的平台，台座200作为支撑垫石工作平台及主梁300端横梁现浇段施工场地，在地基处理后需具备容许的地基承载力。同时，后期运营时，台座200亦可作为观景平台，有利于景观资源的开发。
43.主梁300固结于主墩基础100上。在主梁300的延伸方向上，主梁300中的部分结构（如根部结构）与主墩基础100固结，因此，该部分结构将主梁300划分两部分。即主梁300具有主梁主跨310和主梁边跨320。其中，主梁主跨310自主墩基础100延伸至台座200上，并支撑于台座200上。即主梁主跨310跨越峡谷。主梁边跨320自主墩基础100向远离台座200一侧延伸。
44.主梁300的长度方向为主梁300的延伸方向，可以理解为峡谷的宽度方向或桥梁的纵向。主梁300的宽度方向可以理解为桥梁的横向。主梁300的高度方向可以理解为桥梁的高度方向或竖向方向。主梁300的高度为主梁300的顶部与底部之间的距离。
45.主梁边跨320和主梁主跨310的长度比小于等于0.30，示例性地，边主跨比为0.30~0.20，例如可以为0.30、0.27、0.22、0.20等。
46.主梁边跨320和主梁主跨310的长度不相同，桥梁整体呈现为不对称t构桥梁。应用于中等宽度的峡谷的桥梁可采用极小的边主跨比，增加了跨峡谷桥型的选择。对特定的地形（如u形峡谷）地势条件，该桥型具有非常有利的竞争优势。
47.常规的刚构桥，通常布置形式为“边跨 中跨 边跨”的对称t构桥，为平衡中跨自重和满足施工要求，边中跨比（边跨和中跨比）通常为0.55左右。对于一座中跨为l的常规t构桥，桥梁总长度为2.1倍l。
48.本发明的桥梁采用“主跨（中跨） 边跨”的单边跨不对称布置形式，减少一个边跨；同时由于地锚的存在，通过边跨自重被动平衡与锚杆主动平衡相结合的方式，很小的边中跨比例，就可以平衡中跨自重，满足桥梁受力与施工需要，桥梁的长度进一步缩短。
49.以主梁边跨320和主梁主跨310的长度比为0.30为例，在本发明的一实施例中，桥梁中跨为l，如此一来，桥梁总长度仅为1.3倍l，比常规t构桥减少约40%的规模，工程造价得到极大的节约。另外，更长的边跨意味着需要更大的场地需要，对于峡谷地区而言，并不总具有这样的条件，所以本发明的桥梁也具有更好的地形适应性。
50.为了平衡t构两侧（即主梁边跨320和主梁主跨310）不对称重力，一方面，主梁主跨310的梁高在台座200至主墩基础100的方向上逐渐增加。即，主梁主跨310各处的厚度与主梁300根部的距离负相关，其距离主梁300根部越远，厚度越小。例如，主梁主跨310的顶板330厚度及腹板350厚度在台座200至主墩基础100的方向上逐渐增加。如此减少主梁主跨310一侧的重力，以便平衡t构两侧不对称重力。
51.在一些实施例中，主梁边跨320各处的厚度也可以与主梁300根部的距离负相关，即距离主梁300根部越远，厚度越小。
52.在一些实施例中，参见图1，主梁边跨320各处的厚度也可以均匀不变。这样一来，主梁边跨320的重量有所增加，有利于平衡t构两侧不对称重力。
53.另一方面，参见图1和图2，地锚400设置于主墩基础100远离台座200一侧，并与主
梁边跨320固结。主梁边跨320一侧设置地锚400，给主梁边跨320施加向下的拉力，增大主梁边跨320向下的拉力，以便平衡t构两侧不对称重力。
54.上述的应用于中等宽度的峡谷的桥梁中，主梁边跨320和主梁主跨310采用极小的边主跨比，形成部分地锚400不对称t构桥梁。主梁300固结在主墩基础100上，而主墩基础100设置在岸边，如此可避免修建超高墩以及在陡坡、谷底施工下部结构，施工工期、施工的便捷性、经济性均可得到改善，也更有利于施工质量控制。单t的构造形式也可以完全释放温度应力，改善结构受力，有利于提高结构的使用寿命。
55.在一些实施例中，参见图1、图2、图3和图4，主梁300为预应力混凝土变截面箱梁，主梁300在长度方向、宽度方向和高度方向均配置有预应力。
56.主梁300在长度方向、宽度方向和高度方向均配置有预应力。在工程结构构件承受外荷载之前，对受拉模块中的结构如钢绞线施加预压应力，提高构件的抗弯能力和刚度，减少裂缝产生的风险，增加构件的耐久性。对于机械结构来看，其含义为预先使其产生应力。可以提高构造本身刚性，减少振动和弹性变形，这样做可以明显改善受拉模块的弹性强度，使原本的抗性更强。桥梁在施工过程使用到预应力，在施工期间给结构预先施加的压应力，结构服役期间预加压应力可全部或部分抵消荷载导致的拉应力，避免结构破坏，从而增大桥梁使用寿命。
57.示例性地，参见图3，主梁300配置纵、横、竖三向预应力。主梁300的纵向钢束311、横向钢束312、竖向钢束313均施加了预压应力。这样可以进一步增大桥梁使用寿命。
58.在一些实施例中，参见图1和图2，主梁300包括顶板330、底板340、多个腹板350和多个横隔板360。多个腹板350连接于顶板330和底板340之间，多个横隔板360连接于相邻的两个腹板350之间。在主梁300的长度方向上，主梁主跨310包括以多个横隔板360为界划分的多个区段，多个区段内的顶板330厚度及腹板350厚度在台座200至主墩基础100的方向上逐渐减小，且同一个区段内的顶板330厚度及腹板350厚度固定不变。
59.主梁主跨310范围内每隔一定距离设置横隔板360以增强箱梁的横向刚度。主梁300在主跨范围内的区段以横隔板360为界。在台座200至主墩基础100的方向上，前一区域内的顶板330厚度及腹板350厚度相较于相邻的后一区域内的的顶板330厚度及腹板350厚度小。不同区段内采用不同的顶板330及腹板350厚度，以满足不同区段内构件承载力的要求。而且可以减少主梁主跨310一侧的重力，以便平衡t构两侧不对称重力。
60.同一个区段内的顶板330厚度及腹板350厚度固定不变，这样，同一个区段内的顶板330规格和腹板350规格统一，便于备料，有利于施工。
61.可以理解的是，主梁边跨320的顶板330厚度、腹板350厚度也可以参照主梁主跨310的顶板330厚度、腹板350厚度分区且各区不同厚度的方式设置。当然主梁边跨320的顶板330厚度、腹板350厚度也可以采用各区顶板330厚度、腹板350厚度的方式进行设置。
62.在一些实施例中，在主墩基础100至台座200的方向上，区段的长度逐渐增大。所述布置与结构受力情况相匹配，可以最大化利用材料性能，减小构造尺寸，节约造价。
63.在一些实施例中，参见图1和图2，主梁边跨320设置有多个张拉窗口370，多个张拉窗口370在主梁300的长度方向、宽度方向和高度方向中的至少一个方向上错开设置。
64.多个张拉窗口370可以用于分批次张拉主梁300的顶板330内的钢束、腹板350内的钢束。例如，主梁边跨320设置有3个张拉窗口370。3个张拉窗口370沿主梁300的长度方向设
置，3个张拉窗口370的形状和大小可以不同，设置高度的高度也可以不同，以便于对主梁300的顶板330内的钢束、腹板350内的钢束进行张拉。其中一个张拉窗口370可以位于地锚400的上方。这样一来，当地锚400为岩锚时，该张拉窗口370亦可用于部分岩锚的张拉。
65.在一些实施例中，参见图1和图6，主梁边跨320的箱室内具有压重物380，主梁边跨320的底板340还用于与地面贴合或利用填土填实。
66.主梁边跨320底板340与地面贴合或利用填土填实，箱室内填充压重物380，如压重混凝土，可以进一步平衡t构两侧不对称重力，使得桥梁平衡性好，使用寿命长。
67.在一些实施例中，参见图6，桥梁还包括锚杆500。锚杆500包括张拉端和锚固端。主梁300与地锚400结构分离，通过上述锚杆500连接，锚杆500贯穿于主梁300和地锚400，张拉端位于主梁300的顶面，锚固端用于锚固于地面的岩石中。这样一来，可以进一步平衡t构两侧不平衡重力。
68.在一些实施例中，主墩基础100为扩大基础、箱形基础或承台群桩基础。地锚400为岩锚、重力锚或桩锚。根据地形地质条件主墩基础100和地锚400的类型。
69.在一些实施例中，主梁300为uhpc超高性能混凝土。这样可以降低梁高及构件尺寸，减少钢束及钢筋用量，降低造价。主梁的梁体为变截面钢箱梁、变截面钢混组合梁或变截面波形钢腹板梁。
70.在一些实施例中，参见图5，台座200包括垫层210、底层板220以及背墙230，底层板220设置于垫层210上，背墙230连接于底层板220远离主墩基础100基础一侧。
71.桥梁还包括设置于底层板220上的支撑体系240，主梁300通过支撑体系240支撑于底层板220上。
72.本技术实施例还提供了一种应用于中等宽度的峡谷的桥梁的施工方法，包括以下步骤：（1）在峡谷第二侧的岸边施作台座200，以及在峡谷第一侧的岸边施作主墩基础100和地锚400。
73.（2）施作主梁300的0号块10，主梁300的0号块10与主墩基础100形成固结体系。
74.（3）施作主梁边跨320，主梁边跨320与地锚400形成固结体系。
75.（4）在主梁300的0号块10靠近台座200的一侧施作主跨单悬臂节段20。
76.（5）在台座200上施作端横梁，以及在端横梁和主跨单悬臂节段20之间施作现浇段，完成合龙，得到主梁300。
77.上述应用于中等宽度的峡谷的桥梁的施工方法具有以下优点：（1）上述应用于中等宽度的峡谷的桥梁的施工方法仅需进行单边t构的悬浇施工，简化了施工步骤，节约工程造价。
78.（2）上述应用于中等宽度的峡谷的桥梁的施工方法不存在解除临时固结、中跨合龙等体系转换过程，降低了施工难度，有利于施工安全。
79.（3）上述应用于中等宽度的峡谷的桥梁的施工方法完全释放了温度力，解决了传统连续刚构桥需要通过合龙前施加顶推力等措施来改善桥墩受力的施工工艺，简化了施工流程，节约了工程造价。
80.为了更清楚的描述应用于中等宽度的峡谷的桥梁的施工方法，提供另一个较为详细的实施例。
81.本发明还提供了一种应用于中等宽度的峡谷的桥梁的施工方法，包括以下步骤：s101：参见图7a，台座200处单侧场地开挖平整，主墩基础100、台座200及地锚400位置地基处理，绑扎钢筋，浇筑混凝土，完成主墩基础100，台座200及地锚400施工。
82.s102：参见图7b，绑扎主梁300的0号块10及边跨梁体钢筋，浇筑混凝土，与主墩基础100、地锚400形成固结体系。
83.s103：参见图7c，主梁边跨320的箱室内填充压重混凝土。
84.s104：参见图7d，主跨单悬臂20悬浇施工，张拉主梁300三向预应力，其中主梁边跨320分批次在不同张拉窗口370进行张拉。
85.s105：参见图7e，在台座200上施工端横梁及现浇段，主梁300单悬臂合龙，张拉合龙段底板束。
86.s106：参见图7f，施工桥面铺装、栏杆及其他附属设施，完成全桥施工。
87.本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。