一种大跨径变截面预制节段梁拼装施工结构及施工方法与流程

本发明涉及桥梁施工技术领域，具体地指一种大跨径变截面预制节段梁拼装施工结构及施工方法。

背景技术：

桥梁混凝土预制节段拼装工艺起源欧洲，由于其具有独特的优点，近十几年来北美、西欧、日本等国相继采用。其主要优点是：①桥梁节段工厂化预制，施工质量有保证，节省桥梁现场施工的时间和空间；②体外预应力大量运用和良好的施工质量使桥梁耐久性更有保证，桥梁全寿命费用和能源消耗少；③大规模运用，施工速度快、机械自动化程度高，能使造价趋于经济；④预制节段养护时间长，加载龄期晚，成桥后梁体的徐变变形和预应力损失都较现浇梁小。

预制节段拼装桥梁越来越受到我国工程界重视，在国内也开始采用，目前我国采用的大多数是短线匹配法预制，架桥机安装整孔安装工艺，预制节段均为等截面梁，箱梁吊装、匹配、线形控制相对容易。对于变截面预制节段梁悬臂拼装施工桥梁桥型设计较少，该桥施工精度高、控制严格，线形控制难度大，施工中需要严格控制各个工序。

为解决施工精度低的问题，专利号为“cn104452590a”的名为“一种桥面吊机结构”的中国发明专利提供了一种可以在吊装预制节段过程中对预制节段进行调节的装置，该装置包括两组空间桁架，每组空间桁架上设置有一组调节千斤顶，通过同步调节两组千斤顶能够实现预制节段竖直方向、水平方向的位置调节，通过不同步调节两组千斤顶能够实现预制节段顺桥向角度偏转和垂直桥面方向的角度偏转，但是对于横桥向的角度偏转该装置是无法实现的，只能在吊装初期调节好预制节段的横桥向偏转角度，但是这种调节方法费时费力，调节难度较大。另外，该装置的调节手段都是通过在锚绳的上端进行调节，这种调节方式扰动较大，吊装的安全性能较差，不适合推广使用。

技术实现要素：

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种大跨径变截面预制节段梁拼装施工结构及施工方法。

本发明的技术方案为：一种大跨径变截面预制节段梁拼装施工结构，包括支架；所述的支架包括固定在桥面上的固定部和延伸至桥面以外的悬挑部；所述的悬挑部上设有两组沿横桥向方向间隔布置的张拉结构；所述的张拉结构上穿设有与待拼装预制节段连接的锚绳，其特征在于：所述的锚绳下端设置有可调节待拼装预制节段纵向坡度的调偏装置。

进一步的所述的调偏装置包括固定在锚绳下端的第一连接杆和沿顺桥向方向布置的第一扁担梁；所述的第一连接杆下端可沿顺桥向方向滑动地连接于第一扁担梁上；所述的第一扁担梁顺桥向两端通过锚固结构与待拼装预制节段固定连接，第一扁担梁上设置有驱动第一连接杆在两组锚固结构之间滑动的第一千斤顶。

进一步的还包括固定在第一连接杆下端的环套；所述的环套为套接在第一扁担梁上通过第一千斤顶驱动在两组锚固结构之间滑移的环状结构。

进一步的所述的锚固结构包括两组沿顺桥向间隔布置的第二扁担梁和沿竖向布置的第二连接杆；所述的第二扁担梁沿横桥向布置，下端锚固在待拼装的预制节段上；所述的第二连接杆上端可绕横桥向轴线转动地铰接连接于第一扁担梁上，下端可绕顺桥向轴向转动地铰接连接于第二扁担梁上。

进一步的所述的张拉结构包括可沿顺桥向滑动连接于支架上端的底座；所述的底座上安装有穿心千斤顶和转索盘；所述的锚绳上端依次穿过悬挑部、底座、穿心千斤顶固定在转索盘上。

进一步的所述的张拉结构还包括位于底座和支架之间的滑板以及用于推动底座在滑板上沿顺桥向移动的第二千斤顶；所述的第二千斤顶沿顺桥向水平布置，第二千斤顶壳体固定在固定部上，其顶推端固定在底座上。

进一步的还包括设置于支架与桥面之间的行走装置；所述的行走装置包括两组沿横桥向间隔布置的滑轨、沿竖向布置的第三千斤顶和沿顺桥向水平布置的第四千斤顶；所述的滑轨沿顺桥向方向固定在桥面上，支架滑动连接于滑轨上；所述的第三千斤顶上端固定在支架下端，其下端支撑于桥面上；所述的第三千斤顶的壳体固定在滑轨上，其顶推端固定在支架上用于推动支架沿滑轨移动。

一种大跨径变截面预制节段梁悬臂拼装施工方法，其特征在于：将桥面吊机支架固定在桥面上，下放吊具锚固待拼装的预制节段，利用支架上的穿心千斤顶张拉吊具使待拼装预制节段上升，调节待拼装预制节段的竖向高度、顺桥向位置、纵向坡度、横向坡度和水平偏转角度，然后安装预应力张拉杆将该节段与桥面连接，完成节段拼装。

进一步的所述的纵向坡度调节方法为：将吊具中的第二扁担梁通过锚杆锚固在待拼装的预制节段上，通过第二连接杆将第二扁担梁连接在第一扁担梁上，驱动第一扁担梁上的第一千斤顶使滑动连接于第一扁担梁上的环套沿顺桥向方向滑移，调整待拼装预制节段的重心的水平位置，使待拼装预制节段沿竖直方向倾斜，改变其纵向坡度。

进一步的包括以下步骤：

1)、在桥面上搭建滑轨，吊运桥面吊机支架至滑轨上，调整其位置并将其固定在滑轨上；

2)、运送待拼装预制节段至支架悬挑部下方，下放吊具，通过预埋锚杆将吊具锚固在待拼装预制节段上；

3)、通过支架上的穿心千斤顶张拉锚绳，起吊待拼装预制节段至设计标高；

4)、利用两组穿心千斤顶调节待拼装预制节段的竖向高度和横向坡度，利用支架固定部上的两组第二千斤顶调节待拼装预制节段的顺桥向位置和水平偏转角度，利用两组吊具中的第一千斤顶调节待拼装预制节段的纵向坡度；

5)、调节完成后，安装、张拉预应力拉杆将待拼装预制节段固定在桥面上，箱梁内部进行预应力穿索、压浆；

6)、待拼装节段稳定后，吊机卸荷，在拼装完成的预制节段上铺设滑轨，通过第四千斤顶驱动支架沿顺桥向方向移动至完成拼装的预制节段上，进行下一节段的拼装；

7)、依次进行，直至所有的节段拼装完成。

本发明的有益效果是：

1、本发明确保施工质量控制符合相关技术规范的要求，与现有预制安装质量与施工规范相比可提高安装的精度，本发明吊装施工法安装实测结果：轴线偏位精度≤3mm；高程偏位＜5mm。

2、本发明节省工期，降低经济效益显著。

以某大桥为例，将预制节段箱梁的悬臂吊装周期由4天/片提高到2天/片，并完成梁段成桥精确匹配。根据某大桥的预制节段梁数量398榀，配置桥面吊机8台计算，可节约工期约100天。按照现场实际情况：工人120名、船舶8艘、塔吊5台，直接施工成本可节约200万元,其它间接费用未计。因此，对于大跨径变截面预制节段梁悬臂拼装，本发明能有效提高施工工效、缩短施工工期、节约施工成本、提高项目的经济效益。

附图说明

图1：本发明的桥面吊机结构示意图；

图2：本发明的桥面吊机结构侧视图；

图3：本发明的吊具与预制节段连接结构示意图；

图4：本发明的吊具的横桥向侧视图；

图5：本发明的吊具的顺桥向侧视图；

图6：本发明的行走装置的结构示意图；

图7：本发明的张拉结构的示意图；

其中：1—支架；2—锚绳；3—第一连接杆；4—环套；5—第一扁担梁；6—第二连接杆；7—第二扁担梁；8—第一千斤顶；9—底座；10—穿心千斤顶；11—转索盘；12—滑板；13—第二千斤顶；14—滑轨；15—第三千斤顶；16—第四千斤顶；17—锚杆；18—桥面；19—预制节段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～7，本实施例的桥面吊机包括支架1，支架1为桁架结构，包括两层，上层平台用于支撑吊装设备，下层平台与桥面之间安装有行走装置，支架1包括位于桥面18上的固定部和位于桥面18外的悬挑部。

如图6所示，为本实施例的行走装置，包括至少两组滑轨14，多组滑轨14沿横桥向方向间隔布置，滑轨14为沿顺桥向方向布置的工字钢结构，滑轨14通过设置于桥面18上的螺孔固定于桥面上，滑轨14上安装有第四千斤顶16。支架1的下层平台搁置在滑轨14上，通过第四千斤顶16的顶推实现顺桥向位置的改变。

支架1的下层平台的四角安装有竖向的第三千斤顶15，第三千斤顶15的壳体固定在支架1上，其顶推端支撑于桥面18上，通过驱动第三千斤顶15能够将桥面吊机的重量转移到桥面18上，使支架1与滑轨14脱离，驱动第四千斤顶16就能够实现滑轨14沿顺桥向方向的移动。

实际使用时，行走装置的行走方法为：

1)、通过螺栓将滑轨14锚固在桥面18上，第三千斤顶15回缩使支架1搁置在滑轨14上；

2)、驱动第四千斤顶16使支架1沿滑轨14滑移，行进至设计位置后，锁死第四千斤顶16；

3)、预制节段拼装完成后，驱动第三千斤顶15顶推支架1使支架1脱离滑轨14，驱动第四千斤顶16使滑轨14移动，然后下放支架1，依次进行使滑轨14移动到新拼接完成的预制节段19上。

本实施例在支架1的尾部安装有限位结构，包括一根横梁，横梁两端通过拉杆锚固在桥面18上，支架1上的纵梁位于横梁与桥面18之间，横梁能够限制支架1向上过度翻转，避免在因为吊装过程中起吊重量太大导致的支架1翻倾。

本实施例支架1的上平台上安装有两组张拉结构，两组张拉结构沿横桥向方向间隔布置，每组张拉结构包括安装在支架1上的滑板12，滑板12上设置有底座9，底座9上安装有穿心千斤顶10和转索盘11，锚绳2一端固定在转索盘11上。另一端依次穿过穿心千斤顶10、底座9和支架1的悬挑部与吊具固定连接。

通过张拉穿心千斤顶10能够张拉吊具上升或是下降，转索盘11调节锚绳2的位置，转索盘11和穿心千斤顶10分次锚固锚绳，实现锚绳2的逐段上升。两组张拉结构中的穿心千斤顶10能够实现预制节段19的竖向高度调节，另外通过不同步的驱动两组穿心千斤顶10，能够实现预制节段19的横向坡度的调节。

本实施例在底座9与支架1之间安装有第二千斤顶13，第二千斤顶13沿顺桥向水平布置，壳体固定在支架1上，顶推端固定在底座9的后端，通过驱动两组第二千斤顶13能够实现预制节段19顺桥向位置的调节，通过不同步驱动两组第二千斤顶13能够实现预制节段19水平偏转角度的调节。

锚绳2下端锚固有吊具，如图3～5所示，本实施例的吊具包括第一扁担梁5、第二扁担梁7、第一连接杆3和第二连接杆6，每组锚绳2对应一根第一扁担梁5，第一扁担梁5为沿顺桥向方向布置的水平梁段，每根第一扁担梁5对应两根第二扁担梁7，两根第二扁担梁7沿顺桥向方向间隔布置，第二扁担梁7为沿横桥向方向布置的水平梁段。第二扁担梁7的横桥向梁段通过锚杆17与预制节段19锚固连接。

第一连接杆3的上端锚固在锚绳2下端，第一连接杆3下端锚设置有环套4，环套4为套接在第一扁担梁5上的可沿顺桥向方向滑动的环状结构。第一扁担梁5上安装有第一千斤顶8，第一千斤顶8沿顺桥向水平布置，壳体固定在第一扁担梁5上，顶推端固定在环套4上，通过驱动第一千斤顶8使环套4沿顺桥向移动。环套4位于两根第二扁担梁7之间。

第二连接杆6的上端可绕横桥向轴线转动地铰接连接于第一扁担梁5上，下端可绕顺桥向轴向转动地铰接连接于第二扁担梁7上，这样的设置能够保证在纵向坡度调节过程中，第一扁担梁5、第二扁担梁7和第二连接杆6能够小范围的晃动，适应预制节段19的倾斜调整。第二连接杆6的下端铰支点位于第二扁担梁7的中间，这样的结构受力更加均衡。

实际上，第一扁担梁5两侧设置有水平螺杆，螺杆上穿设有螺母，在预制节段19调节完成后，通过旋拧环套4和第二连接杆6两侧的螺母能够将其固定在第一扁担梁5上，防止其滑动。

通过吊具调节预制节段19的纵向坡度是通过第一千斤顶8来实现的，驱动第一扁担梁上的第一千斤顶8使滑动连接于第一扁担梁5上的环套4沿顺桥向方向滑移，调整待拼装预制节段19的重心的水平位置，使待拼装预制节段19沿竖直方向倾斜，改变其纵向坡度。

实际施工时，以某跨水域桥梁为例：

步骤一：在码头驳船上拼装桥面吊机，通过驳船将桥面吊机运至现场，用起重船将桥面吊机吊至墩顶成桥的桥桥面上，并将桥面吊机锚固、调试。

通过螺孔将滑轨14固定在桥面上，将支架1吊运搁置在滑轨14上，通过第四千斤顶16调节支架1的顺桥向位置。

步骤二：桥面吊机下放吊具，对桥面吊机进行加载试吊、读取试验数据。

步骤三：运梁船将待起吊安装的预制节段19运抵待支架1的悬挑部下方，通过穿心千斤顶10张拉锚绳2将预制节段19起吊至桥面设计标高，然后通过穿心千斤顶10调节预制节段19的竖向高度和横向坡度，通过第二千斤顶13调节预制节段19顺桥向位置和水平偏转角度，通过第一千斤顶8调节预制节段19的纵向坡度。

步骤四：安装、张拉临时预应力拉杆，试拼装预制节段19，检查梁段块件标高、线形、匹配面结合情况，预应力孔道对位情况。

步骤五：解开临时预应力拉杆，通过第二千斤顶13将待装预制节段纵向移开60～70cm，在梁段匹配面均匀涂刷2～3mm厚环氧树脂胶，安装预应力管道密封圈后，然后再对待装节段进行纵向后移、张拉临时预应力拉杆，完成预制节段梁拼装。

步骤六：进行箱梁体内预应力穿束及张拉、压浆，然后桥面吊机卸荷。

步骤七：铺设桥面吊机行走轨道，通过第三和第四千斤顶的协同配合将支架1前移至下一节段定位、锚固。

步骤八：重复上述步骤3～6进行下一段预制节吊装。

本实施例的顺桥向指图7中的左右方向，即桥梁的纵向方向，横桥向方向指7中垂直图纸的方向，即桥梁的横向方向，竖直方向为图7中的上下方向。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。