拱梁組合式連續剛構橋雙層底籃雙層扣掛施工裝置及方法與流程

2023-06-04 15:07:16

本發明涉及一種高墩大跨拱梁組合式預應力混凝土連續剛構橋的拱梁組合框架區域的下弦拱形箱梁和上弦箱梁的懸臂澆築施工技術，具體涉及一種拱梁組合式預應力混凝土連續剛構橋的雙層底籃雙層扣掛施工裝置及方法。

背景技術：

預應力混凝土連續剛構橋，具有跨越能力大、受力合理、行車平順、施工方便、養護費用低等優點，對於山高坡陡，施工場地狹窄的山區具有很強的適應性，正成為我國大、中跨徑梁橋的主要橋型，我國已建成的連續剛構橋中主跨超過200m的已不少於50座。但最近幾年，由於多座大跨徑連續剛構橋出現了跨中開裂、下撓問題，人們更傾向於將該類結構跨徑限制在200～240m。

拱梁組合式連續剛構橋，是在常規連續剛構橋形式上的一種新的改型，其主要設計思路是將箱梁根部的腹板挖空，形成上弦箱梁段與下弦拱形箱梁段組成的拱梁組合框架，拱梁組合框架與實腹梁段一起組成了拱梁組合式連續剛構橋的上部結構。拱梁組合式連續剛構橋充分發揮了拱梁組合框架下弦拱形梁段混凝土承壓能力強的優勢，同時減小結構有效跨徑，優化了結構受力狀態，從而提高了跨越能力。

由於高墩拱梁組合式橋梁下弦梁段無法採用支架施工，且施工過程中上、下弦箱梁無法獨立承受長懸臂的掛籃施工荷載，需採用相應的臨時輔助施工裝置完成澆築施工。同時，拱梁組合框架中空區施工作業空間較小，上弦箱梁使用滿堂支架施工難度較大、安全風險較高。因此，安全、便捷、合理的拱梁組合框架區域施工階段臨時固定結構體系及施工方法是高墩大跨拱梁組合式連續剛構橋施工及後續推廣的關鍵。

技術實現要素：

本發明的目的是為解決上述現有施工技術方法的不足，在現有的技術前提下，提供一種適用於高墩大跨拱梁組合式連續剛構橋拱梁組合框架施工的雙層底籃雙層扣掛施工裝置及方法。

為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種適用於高墩大跨拱梁組合式預應力混凝土連續剛構橋的拱梁組合框架施工的雙層底籃雙層扣掛施工裝置結構體系，包括雙層底模掛籃系統、上弦臨時塔架扣索系統和下弦扣索系統；

所述的雙層底模掛籃系統，包括設置在上弦箱梁上、具有能同時適應上弦箱梁和下弦拱形箱梁的線形和斜率變化的雙層底模、可以沿著上弦箱梁頂面水平向前行走的掛籃結構；

所述的上弦臨時塔架扣索系統，包括設置在墩頂梁段頂面上的臨時塔架結構、位於臨時塔架結構及懸臂現澆上弦箱梁梁段上的扣索孔道以及穿過扣索孔道的扣索；

所述的下弦扣索系統，包括設置在雙肢主橋墩及懸臂現澆下弦拱形箱梁梁段上的扣索孔道以及穿過扣索孔道的扣索。

進一步地，所述的掛籃結構，包括掛籃主桁架、走行系統、錨固系統、吊掛系統和雙層底模平臺；掛籃主桁架設置在上弦箱梁頂面上，且在行走系統的驅動下可沿上弦箱梁頂面向前移動；所述的掛籃主桁架到達設定位置後通過錨固系統與上弦箱梁錨固；吊掛系統安裝在掛籃主桁架上，可變化吊掛長度；雙層底模平臺安裝在吊掛系統的底部，通過吊掛系統與掛籃主桁架連接成整體，通過變化吊掛長度使底模自身適應上弦箱梁和下弦拱形箱梁底板的線形斜率變化，並將下弦拱形箱梁施工荷載傳遞至掛籃主桁架上。

進一步地，所述的雙層底模包括上弦底模和下弦底模，所述的雙層底模平臺包括上層平臺和下層平臺，上弦底模放置在上層平臺上，下層底模放置在下層平臺上，上層平臺和下層平臺由吊掛系統懸吊，上弦底模對應上弦箱梁，下弦底模對應下弦拱形箱梁。採用吊掛系統進行上、下底模安裝與脫模，可實現上、下弦底模同步或異步升降。

進一步地，所述的臨時塔架結構，包括預埋件、臨時塔架主體結構和孔道扣索轉向分隔裝置。所述的預埋件安裝在上弦箱梁梁段頂面上；所述的臨時塔架主體結構豎直設置，底部連接上弦箱梁梁段頂面安裝的預埋件；所述的孔道扣索轉向分隔裝置設置在扣索孔道內，主要作用是形成扣索轉向路徑、規整扣索和輔助扣索轉向、分隔扣索和塔架以防局部應力集中。

進一步地，設置在雙肢主橋墩上的扣所孔道內預埋有孔道扣索轉向分隔裝置。

進一步地，所述的上弦和下弦的臨時扣索各包括多條。

進一步地，上弦的多條臨時扣索穿過相應的墩頂臨時塔架結構和上弦箱梁梁段的扣索孔道，對稱錨固於臨時塔架結構兩側相應的上弦箱梁的梁段外端，形成上弦扣索系統，將上弦箱梁的施工荷載傳至臨時塔架結構，再通過臨時塔架結構傳遞給雙肢主橋墩；

進一步地，下弦的多條臨時扣索穿過相應的雙肢主橋墩和下弦拱形箱梁梁段的扣索孔道，對稱錨固於雙肢主橋墩兩側相應的下弦拱形箱梁的梁段外端，形成下弦扣索系統，將下弦拱形箱梁施工荷載傳遞至雙肢主橋墩。

進一步地，所述的臨時塔架結構，可根據具體情況具體分析，選擇合適的構造和材料製作，但須保證結構穩固，保證結構強度和剛度；如為桁架等形式，需在高度方向上每間隔一定的距離設置連接系，防止失穩。

利用所述的雙層底籃雙層扣掛施工裝置結構體系，對拱梁組合式預應力混凝土連續剛構橋的拱梁組合框架梁段進行懸臂澆築的施工方法，具體包括以下幾個步驟：

步驟1：施工基礎、承臺；

步驟2：在雙肢主橋墩柱內預埋孔道扣索轉向分隔裝置，施工主橋墩肢柱及肢間系梁、施工墩頂梁段；

步驟3：在墩頂梁段頂面上搭設臨時扣索塔架，拼裝雙層底模掛籃結構，上弦底模對應上弦，下弦底模對應下弦，並進行雙層底模掛籃結構荷載試驗；

步驟4：預埋下弦拱形箱梁梁段內的扣索孔道，對稱澆注下弦1#節段；

步驟5：將下弦拱形箱梁1#節段的臨時扣索穿過主橋墩肢柱及下弦拱形箱梁梁段的預埋扣索孔道，對稱張拉下弦1#節段臨時扣索臨時扣索；

步驟6：降低下弦底模，下弦1#節段脫模，使得澆注的下弦1#節段的自重由掛籃轉移到下弦及其臨時扣索系統；

步驟7：在臨時塔架結構內安裝上弦箱梁梁段的扣索孔道，對稱澆註上弦1#節段；

步驟8：將上弦箱梁1#節段的臨時扣索穿過臨時塔架及上弦箱梁梁段的預埋扣索孔道，對稱張拉上弦1#節段臨時扣索臨時扣索；

步驟9：降低上弦底模，上弦1#節段脫模，使得澆注的上弦1#節段的自重由掛籃轉移到上弦及其臨時扣索系統；

步驟10：掛籃結構沿上弦頂面前移；

步驟11：進入下一節段，重複步驟4至步驟10，施工下一節段的下弦梁段和上弦梁段，直至上、下弦回合段之前的上弦和下弦梁段全部完成；

步驟12：拆除上弦底模，保留下弦底模，在待匯合的上弦和下弦的懸臂端部設置勁性支撐和臨時支撐；

步驟13：前移掛籃結構，澆註上、下弦匯合段；

步驟14：適時拆除上、下弦的臨時扣索系統和上、下弦之間的臨時支撐，並將扣索孔道灌漿處理，完成拱梁組合式懸臂結構的施工；

步驟15：前移掛籃結構，澆注實腹梁段，直至完成全部實腹梁段的懸臂澆注，進而完成全部上部結構的施工。

進一步地，所述的雙肢主橋墩兩側拱梁組合框架應遵循同步懸臂對稱施工。

進一步地，所述的利用雙層底籃雙層扣掛施工裝置對拱梁組合式預應力混凝土連續剛構橋的拱梁組合框架梁段進行懸臂澆築的施工方法，拱梁組合框架梁段的上弦和下弦箱梁梁段亦可以同步施工，但綜合考慮施工空間、人員安排、施工安全等問題後，優先選擇同一節段內先施工下弦拱形箱梁後施工上弦箱梁的方案。

相對於現有技術，本發明具有以下優點：

(1)在保持傳統的懸臂施工工藝的前提，使得高墩大跨拱梁組合式連續剛構橋拱梁組合框架區的懸臂施工成為可能。

(2)通過對雙層底模掛籃結構的上、下弦底模系統進行調整，即可實現上弦和下弦的施工，無需使用滿堂支架，大大節省了施工空間，保證了施工安全。

(3)上弦臨時扣索塔架系統保證了上弦箱梁施工安全，且結構構造簡單，受力合理，施工方便。

(4)拱梁組合框架區雙層底籃掛籃施工，與後續實腹梁段掛籃懸臂施工具有良好的連貫性。

(5)充分組合利用了雙層底籃雙層扣掛的各自特點和優點，施工工序明確合理，施工方便，施工效率高，施工技術可靠，可極大地減少施工工期，保證拱梁組合式預應力混凝土連續剛構橋的施工安全，具有良好的技術經濟效益。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為雙層底籃雙層掛扣方法施工下弦1#節段時施工狀態示意圖；

圖2為雙層底籃雙層掛扣方法施工上弦1#節段時施工狀態示意圖；

圖3為雙層底籃雙層掛扣施工裝置及施工示意圖；

圖4為拱梁組合框架區域施工基本完成示意圖；

圖5為上弦拱形箱梁a-a斷面示意圖；

圖6為下弦拱形箱梁b-b斷面示意圖；

圖中：1-連續剛構橋拱梁組合框架區，2-拱梁組合框架匯合區，3-連續剛構橋實腹區，4-雙肢主橋墩，5-肢間系梁，6-墩頂梁段，7-上弦箱梁，8-下弦拱形箱梁，9-雙層底模掛籃系統，10-上弦臨時扣索塔架系統，11-下弦扣索系統，12-扣索孔道，13-臨時扣索，14-預埋件，15-上弦底模，16-下弦底模，17-扣索錨固點，18-掛籃主桁架，19-臨時塔架主體結構，20-孔道扣索轉向分隔裝置，21-下弦1#節段，22-上弦1#節段。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這裡所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這裡所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括複數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語「包含」和/或「包括」時，其指明存在特徵、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術中所介紹的，現有技術中由於高墩拱梁組合式橋梁下弦梁段無法採用支架施工，且施工過程中上、下弦箱梁無法獨立承受長懸臂的掛籃施工荷載，需採用相應的臨時輔助施工裝置完成澆築施工。同時，拱梁組合框架中空區施工作業空間較小，上弦箱梁使用滿堂支架施工難度較大、安全風險較高。為了解決如上的技術問題，本申請提出了一種拱梁組合式混凝土連續剛構橋扣掛支結合式施工裝置及方法。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

一種適用於高墩大跨拱梁組合式預應力混凝土連續剛構橋的拱梁組合框架施工的雙層底籃雙層扣掛施工裝置結構體系，包括雙層底模掛籃系統9、上弦臨時塔架扣索系統10和下弦扣索系統11；

所述的雙層底模掛籃系統9，包括設置在上弦箱梁7上、具有能同時適應上弦箱梁7和下弦拱形箱梁8的線形和斜率變化的雙層底模、可以沿著上弦箱梁7頂面水平向前行走的掛籃結構，掛籃結構的雙層底模採用獨立液壓千斤頂進行上、下底模安裝與脫模，可實現上、下弦底模同步或異步升降；

所述的上弦臨時塔架扣索系統10，包括設置在墩頂梁段頂面上的臨時塔架結構19、位於臨時塔架結構及懸臂現澆上弦箱梁7梁段上的扣索孔道12以及穿過扣索孔道的扣索13；

所述的下弦扣索系統11，包括設置在雙肢主橋墩4及懸臂現澆下弦拱形箱梁8梁段上的扣索孔道12以及穿過該扣索孔道的扣索13。

結合圖1～圖4所示，所述的雙層底模掛籃系統9的主桁架結構18，僅設置和錨固在上弦箱梁7上；雙層底模掛籃系統9的雙層底模(上弦底模15、下弦底模16)，能夠獨立地同時適應上弦箱梁7和下弦拱形箱梁8的線形和拱形斜率的變化。

雙層底模包括上弦底模15和下弦底模16，所述的雙層底模平臺包括上層平臺和下層平臺，上弦底模放置在上層平臺上，下層底模放置在下層平臺上，上層平臺和下層平臺由吊掛系統懸吊，上弦底模對應上弦箱梁，下弦底模對應下弦拱形箱梁。採用吊掛系統進行上、下底模安裝與脫模，可實現上、下弦底模同步或異步升降。

結合圖1～圖2所示，所述的臨時塔架結構19，包括預埋件14、臨時塔架主體結構19和孔道扣索轉向分隔裝置20。所述的預埋件14安裝在上弦箱梁梁段7頂面上；所述的臨時塔架主體結構19豎直設置，底部連接上弦箱梁梁段頂面安裝的預埋件14；所述的孔道扣索轉向分隔裝置20設置在扣索孔道12內，主要作用是形成扣索轉向路徑、規整扣索和輔助扣索轉向、分隔扣索和塔架以防局部應力集中。下弦扣索系統11的扣索孔道12，在雙肢主橋墩內亦預埋有孔道扣索轉向分隔裝置20。

結合圖4所示，上弦箱梁7和下弦拱形箱梁8的扣索13各包括多條。上弦箱梁7的多條扣索穿過相應的墩頂臨時塔架結構19和上弦箱梁7梁段的扣索孔道12，對稱錨固於臨時塔架結構19兩側相應的上弦箱梁7的梁段外端，形成上弦扣索系統10，將上弦箱梁的施工荷載傳至臨時塔架結構，再通過臨時塔架結構19傳遞給雙肢主橋墩4；下弦拱形箱梁8的多條扣索穿過相應的雙肢主橋墩4和下弦拱形箱梁8梁段的扣索孔道12，對稱錨固於雙肢主橋墩4兩側相應的下弦拱形箱梁8的梁段外端，形成下弦扣索系統11，將下弦拱形箱梁施工荷載傳遞至雙肢主橋墩4。

利用所述的雙層底籃雙層扣掛施工裝置結構體系，採用同一節段內先施工下弦拱形箱梁8後施工上弦箱梁7的方法，對拱梁組合式預應力混凝土連續剛構橋的拱梁組合框架1梁段進行同步懸臂對稱施工，具體包括以下幾個步驟：

步驟1：施工基礎、承臺；

步驟2：在雙肢主橋墩柱4內預埋孔道扣索轉向分隔裝置20，施工主橋墩肢柱4及肢間系梁5、施工墩頂梁段6；

步驟3：在墩頂梁段頂面上搭設臨時扣索塔架19，拼裝雙層底模掛籃結構18，上弦底模對應上弦，下弦底模對應下弦，並進行雙層底模掛籃結構荷載試驗；

步驟4：預埋下弦拱形箱梁8梁段內的扣索孔道12，對稱澆注下弦1#節段21；

步驟5：將下弦拱形箱梁1#節段21的臨時扣索13穿過主橋墩肢柱4及下弦拱形箱梁8梁段的預埋扣索孔道12，對稱張拉下弦1#節段21臨時扣索13；

步驟6：降低下弦掛籃系統底模16，下弦1#節段21脫模，使得澆注的下弦1#節段22的自重由掛籃轉移到下弦及其臨時扣索系統11；

步驟7：在臨時塔架結構19內安裝上弦箱梁7梁段的扣索孔道12，對稱澆註上弦1#節段22；

步驟8：將上弦箱梁1#節段22的臨時扣索13穿過臨時塔架19及上弦箱梁7梁段的預埋扣索孔道12，對稱張拉上弦1#節段22臨時扣索13；

步驟9：降低上弦掛籃系統底模15，上弦1#節段22脫模，使得澆注的上弦1#節段22的自重由掛籃轉移到上弦及其臨時扣索系統10；

步驟10：掛籃沿上弦頂面前移；

步驟11：進入下一節段，重複步驟4至步驟10，施工下一節段的下弦梁段和上弦梁段，直至上、下弦回合段之前的上弦和下弦梁段全部完成；

步驟12：拆除上弦底模15，保留下弦底模16，在待匯合的上弦和下弦的懸臂端部設置勁性支撐和臨時支撐；

步驟13：前移掛籃，澆註上、下弦匯合段2；

步驟14：適時拆除上、下弦的臨時扣索系統10、11和上、下弦之間的臨時支撐，並將扣索孔道12灌漿處理，完成拱梁組合式懸臂結構的施工；

步驟15：前移掛籃，澆注實腹梁段3，直至完成全部實腹梁段3的懸臂澆注，進而完成全部上部結構的施工。

從以上的描述中，可以看出，本申請上述的實施例實現了如下技術效果：

(1)在保持傳統的懸臂施工工藝的前提，使得高墩大跨拱梁組合式連續剛構橋拱梁組合框架區的懸臂施工成為可能。

(2)通過對雙層底模掛籃結構的上、下弦底模系統進行調整，即可實現上弦和下弦的施工，無需使用滿堂支架，大大節省了施工空間，保證了施工安全。

(3)上弦臨時扣索塔架系統保證了上弦箱梁施工安全，且結構構造簡單，受力合理，施工方便。

(4)拱梁組合框架區雙層底籃掛籃施工，與後續實腹梁段掛籃懸臂施工具有良好的連貫性。

(5)充分組合利用了雙層底籃雙層扣掛的各自特點和優點，施工工序明確合理，施工方便，施工效率高，施工技術可靠，可極大地減少施工工期，保證拱梁組合式預應力混凝土連續剛構橋的施工安全，具有良好的技術經濟效益。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用於解釋本申請，並不構成對本申請的不當限定。