千吨级桥梁上部结构快速更换系统的制作方法

本实用新型涉及桥梁施工领域。更具体地说，本实用新型涉及一种千吨级桥梁上部结构快速更换系统。

背景技术：

随着我国经济社会发展及城市化进程推进，一部分城市和公路旧桥，特别是主线桥、立交桥、匝道桥(多为简支或连续梁式结构，单孔跨径≤50m)出现了规划不满足需求、通行能力不足、承载能力不够等问题，急需更换或拆除，工程特点如下：

旧桥数量较多：如：北京单高架桥就超过230座，全国上万座；

旧桥重量较大：部分桥梁单跨超过1000t，单联超过3000t；

梁体受力复杂：多数桥梁为病害严重的混凝土结构、混凝土弯坡斜桥；

交通环境复杂：多数桥梁桥上、桥下及桥侧交通路网及车况复杂，甚至为立体交通；

施工环境复杂：多数桥梁桥下净空在10m以内，施工空间狭小，周围环境复杂；

社会环境复杂：部分桥梁处于咽喉要道，中断会对社会生产、生活、经济、政治等带来影响；

安全保畅第一：桥梁拆除的核心问题为安全，应确保交通不能影响社会和经济发展；

环保工期第二：多数桥梁拆除为关键工程，需在环保条件下快速高效拆除关键桥段；

此类项目的施工难度和风险很大，如何保障复杂条件下旧桥拆除达到安全、低交通影响、节能环保、快速、提质增效的目标，是桥梁工程的重大技术难题。

目前我国大吨位(如超过1000吨)桥梁的快速更换或拆除多采用传统方式，难以适应复杂的环境，难以综合解决问题，难以同时保证施工安全、便捷、高效、环保、绿色、智能、低交通影响。国内外现有桥梁快速拆除或更换技术存在局限性，装备在模块化、通用化、智能化方面存在不足，更不能实现更大吨位(3000t)、更短时间(36h)封闭交通的桥梁快速拆除或更换施工，尚未系统实现装备的模块化、通用化、智能化。因此，非常有必要在国内外既有技术及装备的基础上，发明千吨级桥梁上部结构快速拆除、安装方法及其更换系统，以实现低交通影响下既有城市桥梁快速拆除或更换，保证桥梁结构、交通、施工、环境安全与工程质量，化解桥梁拆除或更换施工与整体交通运营目标(安全、绿色、快捷、舒适、人性化、经济)之间的矛盾，实现我国技术创新与产业转型升级。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供桥梁上部结构快速更换系统，对于千吨级(超过3000t)的桥梁能够在2小时内完成梁体的拆除，12小时完成梁体的快速更换，实现桥梁拆除与更换过程安全、低交通影响、快速、节能环保、结构无损、提质增效的有益效果。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了桥梁上部结构快速更换系统，包括更换装备，所述更换装备包括旧梁驮梁支撑系统、落梁支撑系统、SPMT车组及移动控制器；

所述旧梁驮梁支撑系统包括：

呈矩阵分布的第一钢柱，各第一钢柱之间采用横联和斜撑连接形成整体，且各第一钢柱之间的高差控制在2mm内，使梁体下放内外侧的第一钢柱安全系数为2以上，所述第一钢柱由钢管通过螺栓或焊接或栓焊一体连接而成；

第一变径头，其设置于第一钢柱的顶部；以及，

第一压剪过渡件，其采用抗压刚度小材料制成，所述第一压剪过渡件设置在第一变径头或第一厚支撑板的顶部；当所述第一压剪过渡件设置于第一厚支撑板的顶部时，所述第一厚支撑板设置于第一变径头的顶部。

优选的是，所述落梁支撑系统包括：

呈矩阵分布的第二钢柱，各第二钢柱之间采用横联和斜撑连接形成整体，且各第二钢柱之间的高差控制在2mm内，所述第二钢柱由钢管通过螺栓或焊接或栓焊一体连接而成；

第二变径头，其设置于第二钢柱的顶部；以及，

第二压剪过渡件，其采用抗压刚度小材料制成，所述第二压剪过渡件设置在第二变径头或第二厚支撑板的顶部；当所述第二压剪过渡件设置于第二厚支撑板的顶部时，所述第二厚支撑板设置于第二变径头的顶部。

优选的是，SPMT车组由具有地面凸凹适应能力的标准重SPMT基本单元组拼而成，其中，每个SPMT基本单元由4～8个带双悬挂的轮轴支撑。

优选的是，所述更换装备还包括：新梁驮梁支撑系统和存梁支撑系统。

本实用新型至少包括以下有益效果：桥梁上部结构快速更换系统具有以下优点：

1)安全：实现结构安全、交通安全、设备安全、施工安全以及环境的安全；

2)快速：能在2小时内完成梁体的拆除，12小时完成梁体的快速更换；

3)低影响：拆除和更换时对桥周的交通影响均不超过2小时，交通和社会影响低；

4)环保：采用本申请的方法具有节能的效果，施工不污染环境，无需反复吊装、装卸和转运等需克服自重势能的能量消耗，无需大型用电设施，无废水产生，无堵车和绕道问题引起的能耗，拆除物可再生利用。对于3000吨的梁段，只需要对两端的连接端进行切割，而现有的方法需要将3000吨的梁段切割为多个小段进行移除，并且在后期移除需要多次往复移运，噪音大、油耗高；

5)无损：通过监控系统和更换装备使移运梁体不产生不可控损伤；

6)高效：机械化程度高，主要基于SPMT车组完成桥梁的移位；模块化程度高，能够局部或整体同步顶升、下放与较快移动，整体实现360°水平角度的转动任意方向的平动，模块车现场组装简单快捷，且施工完毕后SPMT模块车可用于其他大型结构移动与运输工程；标准化程度高，标准化的支撑系统、监控系统、移运动作等，可用于快速拼装和完成复杂移动动作；智能化程度高，无线传输的实时监控系统可及时智能预警、智能存储、智能显示；

7)适用性广：对地基基础的承载力及地面平整度要求低，可任意组拼成超过3000t 承重能力的4点支撑的模块车组群，适应于千吨以上的任何桥梁结构(钢桥、混凝土桥、简支梁、连续梁、弯桥、直桥、斜桥和异形结构桥等)的快速拆除安装和更换(同时含拆除与安装)。可以实现超100轴SPMT横向、纵向或成一定角度组拼并车，可方便组成不同尺寸、不同载重量的移运装备，通用于多种大件运输，特别是梁重≥3000吨、净空≤ 10m、单孔跨径≤50m、纵坡≤6％的简支或连续立交桥、高架桥、跨线桥的整跨或整联拆除与安装，并车行走同步性≤15mm，三维调整误差≤3mm，对位精度≤10mm，施工时间≤36小时，交通和社会影响小，具有非常的应广阔用前景，可推广应用于领域：(1) 数十万座公路旧危桥拆除与更换；(2)数千个潜在城市路口桥跨拆除与更换；(3)数百个潜在轨道与高架冲突的梁桥拆除与更换；(4)可能用到大量的新桥跨安装(特别用于桥梁ABC法建造)；(5)其他结构物或特大件的移运工程。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是SPMT基本单元通过螺栓连接为SPMT车组的结构示意图；

图2是4个SPMT支撑组整体调顶待拆桥梁的结构示意图；

图3是4个SPMT支撑组整体调顶待拆桥梁时的俯视图；

图4是旧梁驮梁支撑系统的结构示意图；

图5是旧梁驮梁支撑系统中A-A的断面图；

图6是第一压剪过渡件、第一厚支撑板以及第一变径头的设置示意图。

附图标记

1-SPMT车组，2-待拆桥梁，3-桥墩，4-旧梁驮梁支撑系统，5-找平机构，6-第一变径头，7-第一压剪过渡件，8-第一钢柱，9-横联，10-斜撑，11-第一厚支撑板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1～6所示，桥梁上部结构快速拆除方法，包括以下步骤：

1)准备工作

1a、设置移运路径，使移运路径范围的地基承载力达到100kPa以上，车胎与地面的接触比压达到0.85MPa以上。

2a、栓焊拼装旧梁驮梁支撑系统。

2)体系转换

1b、将待拆桥梁2的两端精确放样后，呈便于顶升、平移的形态切割放样。

3)上部结构拆除

1c、调试拼装SPMT车组1，所述SPMT车组1由具有地面凸凹适应能力的标准重 SPMT基本单元组拼而成，其中，每个SPMT基本单元由4～8个带双悬挂的轮轴支撑；SPMT 车组1的数量根据梁体重量、重心和几何形状综合确定，SPMT车组1可通过超过100轴以上的带双悬挂的轮轴分组拼装而成。

2c、各组SPMT车组1定位后，单独顶升旧梁驮梁支撑系统至与待拆桥梁2底接触。

3c、将各组SPMT车组1重新组合分成4个SPMT支撑组，每个SPMT支撑组由独立的PPU动力驱动，各轮轴的双悬挂通过油管串通成油压基本相同(4个SPMT支撑组分别为不同的油压)，使得梁体的重心投影落于由每个SPMT支撑组的合力点依次连线的四边形范围内，并具有不小于7°的移动稳定角，完成多组SPMT车组1的四点支撑重组以及油路与控制系统部署。

4c、通过4个SPMT支撑组整体调顶待拆桥梁2至设计标高，并按照移运路径移至设计位置精确定位；其中，移运过程中实时监控梁体的竖向位移、旧梁驮梁支撑系统的应力以及SPMT车组1的油压。

在上述技术方案中，桥梁上部结构快速拆除方法适用于简支梁和连续梁，尤其对于连续梁，其不同点反力差相差较大，因此要实现在驮运移除时，各支撑点的反力差能够基本相等，采用了地基的承载力修复，以及SPMT车组1油压的四点重组能够同时移除具有多个桥墩3的千吨级梁体，并且能够适应地面不平整度在10cm范围内的环境。当路面不平整度不大于10cm时，现有技术中，车会出现两种情况，一种是一部分车轮往下脱空，该点的梁会下来，其力会传递到两侧，导致该点梁底部被缩拉，梁体出现开裂的情况；另一种情况是，部分车轮被顶开，导致该点梁被顶住，反力大，对车和支撑系统不利，该点的梁也会被顶坏。在本技术方案中，由于两组SPMT车组1的前端和后端液压系统分别连通，形成四点连接，各点会根据路面情况调整油压，以适应不同的坡度，保证了支撑部分梁体的重心与四点连接的重心的基本重合，防止梁体开裂的问题，尤其是需要安装新梁时，需要保证梁体无裂缝。

在另一种技术方案中，所述3)连续梁移除中还包括：

5c、各组SPMT车组1同步下放连续梁至落梁支撑系统顶部部分接触，采用楔形结构楔紧没有接触的部分，使连续梁无间隙落到落梁支撑系统，之后SPMT车组1搭载旧梁驮梁支撑系统离开落梁支撑系统。所述楔形结构可以是钢板、硬木枋等。其中，针对曲线桥或梁底具有横坡、纵坡或者其结合时的梁体，落梁支撑系统上提前设置有找平机构5，使其与梁体底面契合，在存在间隙的地方再通过打入楔形结构，保证了连续梁的稳定落架。

在上述技术方案中，落梁支架是满足静稳定性，其顶部放的硬木枋，落下时梁和落梁支撑系统之间起缓冲作用。

在另一种技术方案中，待拆除连续梁2梁底具有横坡、纵坡或者其结合时，设置找平机构5，所述找平机构5的上表面与对应连续梁梁底面契合，所述找平机构5的下表面为水平面；所述找平机构5直接灌注于梁底或提前固定于旧梁驮梁支撑系统4的顶部。当找平机构5直接灌注于梁底时，对设置支撑点的梁底进行凿毛、植筋、配筋、配厚钢板、封模板后采用灌注法浇筑密实，保证底板平整度2mm以内，局部承压安全系数3以上。

在另一种技术方案中，所述旧梁驮梁支撑系统的顶部包括有抗压刚度小的第一压剪过渡件7，第一压剪过渡件7可以是橡胶支座、硬木块、弹簧结构等；梁柱限位装置可以是钢才结构或弹簧结构。

在上述技术方案中，旧梁驮梁支撑系统中设置第一压剪过渡件相较于第一变径头6的尺寸要小些，保证支撑部分各点均匀受力，同时防止钢对混凝土局部过渡缓冲受力，由于钢的刚度大，其稍微不平整点，都会导致压力在局部增大，导致找平机构5和钢管都会损坏。

而第一压剪过渡件相较于第一变径头6的尺寸要小些，具有使得物体落在第一压剪过渡件上，从而减少钢管的偏心受力，保证钢管和梁底的接触，受力均匀的优点。

在另一种技术方案中，所述1b、将待拆除连续梁2的两端切割放样具体为：

将待拆除连续梁2的两端进行放样，使待拆除连续梁2平面投影为正八字形(开口朝平移方向)，立面投影为倒八字形(开口朝顶升方向)；切割时，对称均衡切割翼缘区、边腹板区、中腹板区，完成体系转换。

在上述技术方案中，由于待拆除的梁体在移运时是先顶升至比其他梁段高，再通过车组移送出来，因此八字形的切割方式能够保证梁体的顺利移出，避免摩擦或碰撞。

桥梁上部结构快速更换系统，包括更换装备和监控系统；

所述更换装备包括旧梁驮梁支撑系统、落梁支撑系统、SPMT车组及移动控制器、新梁驮梁支撑系统、存梁支撑系统；

所述监控系统包括车辆油压传感器、车辆同步控制传感器(例如拉绳位移传感器、GPS 导航定位进行数据对比、激光传感器都可以，但不限于这些部件)、梁体的位移监测单元以及驮梁支撑系统的应力监测单元等；所述车辆同步控制传感器、梁体的位移监测单元以及驮梁支撑系统的应力监测单元通过无线通讯连接控制，监控系统实现了安全和无损的需求，可以监测车组的同步性。监控系统部分属于桥梁施工中的现有技术在这里就不再赘述。

在另一种技术方案中，旧桥(或新桥)驮梁支撑系统包括：

呈矩阵分布的第一钢柱8，各第一钢柱8之间采用横联9和斜撑10连接形成整体，且各第一钢柱8之间的高差控制在2mm内，使梁体下放内外侧的第一钢柱8安全系数为 2以上，所述第一钢柱8由钢管通过螺栓或焊接或栓焊一体连接而成。

第一变径头6，其设置于第一钢柱8的顶部；以及，

第一压剪过渡件，其采用抗压刚度小材料制成，所述第一压剪过渡件设置在第一变径头或第一厚支撑板的顶部；当所述第一压剪过渡件设置于第一厚支撑板11的顶部时，所述第一厚支撑板设置于第一变径头6的顶部。

在上述技术方案中，第一压剪过渡件的材料采用抗压刚度小的结构，保证钢管的轴心受力，使其不偏心受力，保障了钢管和找平机构5相对均匀受力，也保证了多根钢管之间的受力均匀，允许钢管之间1mm的压缩(例如橡胶支座、硬木块、弹簧结构等)。

驮梁支撑系统特点，第一标准化连接；第二顶上具有抗压刚度小的支座；第三整体满足动稳定性要求，其抗水平能力大于自重的6％。

在另一种技术方案中，所述落梁支撑系统包括：

呈矩阵分布的第二钢柱，各第二钢柱之间采用横联9和斜撑10连接形成整体，且各第二钢柱之间的高差控制在2mm内，所述第二钢柱由钢管通过螺栓或焊接或栓焊一体连接而成。

第二变径头，其设置于第二钢柱的顶部；以及，

第二压剪过渡件，其采用抗压刚度小材料制成，所述第二压剪过渡件设置在第二变径头或第二厚支撑板的顶部；当所述第二压剪过渡件设置于第二厚支撑板的顶部时，所述第二厚支撑板设置于第二变径头的顶部。

在上述技术方案中，落梁支撑系统与旧梁驮梁支撑系统4结构类似，不再赘述。

在另一种技术方案中，将两组SPMT车组1设为一大组，SPMT车组1由具有地面凸凹适应能力的标准重SPMT车组1拼而成，其中，每个SPMT基本单元由4～8个带双悬挂的轮轴支撑。

桥梁上部结构快速安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一

1.1设置移运路径，使移运路径范围的地基承载力达到100kPa以上，车胎与地面的接触比压达到0.85MPa以上；

1.2栓焊拼装新桥驮梁支撑系统；

1.3将待安装的新梁及桥面附属设施搁置于存梁支撑系统上；

步骤二

2.1调试拼装SPMT车组1，所述SPMT车组1由具有地面凸凹适应能力的标准重SPMT 车组1拼而成，其中，每个SPMT基本单元由4～8个带双悬挂的轮轴支撑；

2.2各组SPMT车组1定位后，单独顶升新梁驮梁支撑系统至与新梁梁底接触；

2.3将各组SPMT车组1重新组合分成4个SPMT支撑组，每个SPMT支撑组由独立的PPU动力驱动，各轮轴的双悬挂通过油管串通成油压基本相同(4个SPMT支撑组分别为不同的油压)，使得新梁的重心投影落于由每个SPMT支撑组的合力点依次连线的四边形范围内，并具有不小于7°的移动稳定角，完成多组SPMT车组1的四点支撑重组以及油路与控制系统部署。

2.4通过4个SPMT支撑组整体调顶待安装梁体至设计标高，并按照移运路径移至设计位置精确定位，对位精度误差不超过10mm；其中，移运过程中实时监控梁体的竖向位移、驮梁支撑系统的应力以及SPMT车组1的油压。

步骤三

3.1通过4个SPMT支撑组整体下放待安装梁体至提前预设的支座上，完成待安装梁体从SPMT往支座的受力转化。

3.2安装伸缩缝及其他桥面附属设施。

实施例

上海S26公路入城段北翟路高架桥BDLK1-3桥梁拆除重建项目既是国家重点研发计划课题“既有城市桥梁上部结构快速更换成套技术及装备”的科技示范工程，又是世界单体最大重量的桥梁快速移除工程。

该桥段为超重(4400t)超斜(5％)的3跨(3x33m)混凝土曲线(r＝450m)连续宽 (18m)箱梁。现场交通和环境复杂，空间狭小，为节约工期，降低交通影响，创造性地开发了超重超斜混凝土曲线连续梁SPMT快速移除工法，对其中一段连续梁(长67.5m，重3050t)进行移除，主要施工步骤及要点如下：

1、施工准备

(1)移运路径设置须清除地表障碍物和地基薄弱环节，地基承载力要求达到 100kPa，需整体较平整同坡硬化，局部铺厚钢板，清楚标划于地表面。

(2)各支撑点位置的梁底找平块施工需进行凿毛、植筋、配筋、配厚钢板，采用灌注法浇筑密实，底板平整度2mm以内，局部承压安全系数3以上。

(3)按稳定空间结构设计驮梁支撑系统后，在桥下或桥附近栓焊拼装，同组各钢柱高差控制2mm以内，内外侧钢柱安全系数2以上，支撑顶设橡胶支座、上设梁-柱限位装置、下设车-柱固定装置。

(4)按稳定空间结构设计落梁支撑系统后，在指定落梁区栓焊拼装，各组各钢柱顶高差控制10mm以内，上设硬木楔形块、下与条形基础钢预埋件可靠连接。

(5)全面完成SPMT车组1并车检验、调试，总体结构和运动性能稳定、油压速度可控可调，无控制系统漏洞。

(6)对于3个SPMT基本单元并车成1个SPMT车组，共设置四个SPMT车组移梁，每个SPMT车组1由30轴连接而成(需要用多少轴的车组可根据实际梁体重量设计)，共设4大组SPMT车组1，分别为3-1、3-2、3-3、3-4车组，要求准确实时监控梁体竖向位移、驮梁支撑应力和倾斜度，及时调控各车组的油压与顶梁、落梁、移梁的同步性；

(7)完成桥梁、地基、环境及交通影响的调查与评估，进行针对性的桥梁移运技术方案和监控方案的设计与论证；

(8)完成三级专项技术和安全交底，建立健全的梁体移运指挥体系和应急体系。

2、体系转换

(1)桥面交通封闭后，完成全桥智能监控系统布设、调试，以及支座、伸缩缝和泄水管等影响约束解除；

(2)完成该段梁平立面投影成“正八字”和“倒八字”的精准切割放样；

(3)选用竖紧式金刚石链式切割机，先均衡切割混凝土翼缘板和边腹板箱区、再对称切割中腹板箱区，缓慢完成该段连续梁体系转换到多点支撑的复杂梁体系。

3、连续梁体(长67.5m，重3050t)连续支撑移除

(1)采用千斤顶分别同步顶升第3-1、3-2、3-3、3-4驮梁支撑系统自重至与找平块接触；

(2)第3-1、3-2、3-3、3-4车组驶入相应支撑系统下，完成高精定位、单组调试、支撑试验、四点重组及油路部署；

(3)将第3段梁下第3-1、3-2、3-3、3-4车组车架最高顶调至160cm；

(4)封闭桥南交通，通过斜行、直行的交替模式，缓慢同步将第3段梁精确移至落梁位置，过程中实时监控梁体的竖向位移、应力、开裂和移动轨迹，驮梁支撑应力和倾斜度，以及调控各车组的油压，顶梁、落梁、移梁过程的同步性，约2小时后开放桥南交通；

(5)第3-1、3-2、3-3、3-4车组同步下放梁体至落梁支撑顶部分接触，采用楔形钢板楔紧后，梁体整体无间隙落架；

(6)先用金刚石链式切割机切除靠路的翼缘后，再配合多喷淋降尘设施，直接对称均衡凿除箱梁，最后对混凝土弃渣和钢筋进行资源化利用；

(7)第3-1、3-2、3-3、3-4车组搭载驮梁支撑系统离开落梁位。要求移动过程最大油压28MPa，最大车速100m/h，定位和对位精度10mm以内；

6、施工验收

完成智能监控系统、新梁(或旧梁)驮梁支撑系统、落梁支撑系统和SPMT车组1的拆除撤场，进行现场清理验收。

该工程创新推行“四化”(标准化、精细化、机械化、智能化)桥梁快速拆除技术，提出了超重斜宽曲线连续箱梁快速拆除设计方法和计算评估理论，首创了基于SPMT模块并车的3000吨级曲斜梁体快速移除施工工艺、特种结构智能监控系统及安全控制体系，研发了132轴SPMT模块快速并车、同步顶升、同步移动、同步落梁与精确定位技术，开发了3000吨级曲斜梁体中心支撑与简支支撑快速移除施工工艺及安全控指标，保证了工程实施安全、快捷、高效、环保、绿色、低交通影响，提升了综合价值，促进了技术进步，推动了产业升级。尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。