一种利用缆索吊机安装主桥变截面连续钢桁梁的方法与流程

本发明涉及桥梁建设技术领域，更具体地说，涉及一种利用缆索吊机安装主桥变截面连续钢桁梁的方法。

背景技术：

由于大跨径变截面钢桁梁连续刚构桥跨越能力大，上部结构重量轻，是跨越深沟峡谷及河流的合理桥梁结构形式。但是由于地形条件的限制，这些桥梁往往难以采用大型吊车安装，且大型运输车辆更难以到达每个施工作业面。

国内外连续刚构桥目前传统的施工工艺一般采用顶推(拖拉)法、桥面吊机悬臂拼装法；对于大跨径钢桁梁桥，若悬臂过大主梁不能满足受力要求，一般需跨间设置临时支墩或采用斜拉扣挂法进行悬臂拼装。

面对目前的主桥为变截面钢桁梁连续刚构桥，且其两岸引桥较长，同时引桥位于曲线上，此种桥梁该使用何种工艺进行施工是目前国内外均没有解决的。变截面钢桁梁、引桥较长及其位于曲线上等因素，决定了主梁的安装不适宜采用顶推等传统施工方法，即使可以采用顶推法施工，山区桥梁也没有后部平衡段拼装场地，同时设置临时支墩也非常困难；若采用桥面吊机悬臂拼装施工，桥面吊机重量不仅会增大墩梁结合部受力，且构件从拼装场水平、垂直运输至施工作业面也非常困难。因而，采用何种装置进行施工此种桥梁的主桥部分是目前亟需要解决的问题。

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种利用缆索吊机安装主桥变截面连续钢桁梁的方法，采用该方案不仅没有了桥面吊机重量对主桁梁的作用力，减少了施工过程中墩梁结合部的受力，使施工更为安全，而且相对于每个桥梁主墩可实现对称悬臂拼装，不需要平衡配重且增加了施工作业面，加快了施工进度。

技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种利用缆索吊机安装主桥变截面连续钢桁梁的方法，其步骤如下：

（1）先完成四号主墩、五号主墩、六号主墩其三者墩顶预埋段钢桁梁构件安装并且完成各主墩墩顶此节段钢桁梁其余构件的连接，然后按设计要求灌注墩顶此钢桁梁节段下弦杆砼，进而完成墩顶此节段钢桁梁施工；

（2）主梁悬臂拼装施工

①、将工厂预制好的杆件节段运至起吊平台进行钢桁梁节段拼装、焊接；

②、用缆索吊机分别对称悬臂吊装四号主墩两侧、五号主墩两侧、六号主墩两侧的钢桁梁节段，并分别进行各主墩处钢桁梁节段的定位和连接；待各主墩处此节段的钢桁梁节段连接完成后，再在各主墩此节段的钢桁梁节段上浇筑下平联混凝土板，以完成主梁悬臂第一钢桁梁节段的施工；

③、待下平联混凝土板达到设计强度后，进行各主墩两侧下一钢桁梁节段的吊装、定位与连接，以完成主梁悬臂第二钢桁梁节段的施工；

④、待各主墩的主梁悬臂第三钢桁梁节段连接完成后，在此节段的钢桁梁杆件内浇筑混凝土；

⑤、待上述钢桁梁杆件内的混凝土达到设计强度后，再对称施工各主墩主梁悬臂的下一钢桁梁节段，其中，中跨施工至合拢段的前一钢桁梁节段时停止；

（3）完成边跨、中跨合拢

①、安装两岸过渡墩墩顶的主梁支座；

②、继续施工边跨至边跨合拢；

③、先合拢四号主墩和五号主墩间的中跨；再合拢五号主墩和六号主墩间的中跨。

作为本发明更进一步的改进，所述缆索吊机包括主锚锭、主承重索、风缆、起重小车、索鞍以及左岸塔架和右岸塔架；

左右两岸均设有两座主锚锭，每岸两座主锚锭对称布置在桥梁主桥中心线两侧，且分别对应左右幅桥布置；

左岸塔架、右岸塔架分别对应设置在相应岸的过渡墩的墩顶上，在左岸塔架、右岸塔架上均设有两组可横移的索鞍，且左岸塔架、右岸塔架的一侧均设有塔吊；

两岸相对应的两索鞍之间设有一组主承重索，所述主承重索的两端分别向外延伸且固定在两岸相对应的主锚锭上，且对应一组主承重索设有一组工作索；

主承重索上设有起重小车，所述起重小车上设有牵引索、起重索，牵引索、起重索分别经过索鞍上的牵引滑轮、起重滑轮，连接至相对应岸的牵引卷扬机、起重卷扬机上；

其中，所述左岸塔架包括上塔架和下塔架，所述上塔架的两支部与下塔架之间均设有一塔脚铰，所述下塔架的两支部与过渡墩之间均设有一门式墩架，所述门式墩架与过渡墩的墩顶固结，且所述左岸塔架与右岸塔架结构相同。

作为本发明更进一步的改进，左岸主承重索的后拉索与水平面间的夹角为20.4º，右岸主承重索的后拉索与水平面间的夹角为13.64º；

该桥梁包括曲线段和直线段，其中，左岸引桥和主桥为直线段，右岸引桥为曲线段，且右岸的过渡墩为曲线段与直线段的过渡点，该桥梁主桥的中心线方向即为缆索吊机的纵轴线方向，该缆索吊机纵轴线与右岸过渡墩的横轴线的夹角为89.25°，且右岸塔架中心偏离右岸过渡墩竖向中心线向上游0.335米。

作为本发明更进一步的改进，在桥梁主桥的下方设有起吊平台。

作为本发明更进一步的改进，所述塔脚铰包括三片相互平行布置的v型支架，其中，每片v型支架的顶角处均铰接有底座，每片v型支架的开口处均设有钢箱梁ⅰ，每个钢箱梁ⅰ的两端均伸出于v型支架形成伸出部，所述伸出部的下端面上设有竖直向下的连接侧耳，另外，相邻钢箱梁ⅰ的两端之间均设有连杆，相邻v型支架的相应支臂之间均设有加强连杆；

所述塔脚铰的底座固结在下塔架的顶部，所述上塔架的底部与钢箱梁ⅰ连接。

作为本发明更进一步的改进，所述门式墩架包括四根竖直固结在过渡墩墩顶的立柱ⅱ，该四根立柱ⅱ的连线共同围成矩形结构，且每根立柱ⅱ的上部均通过法兰连接有一立柱ⅰ，该四根立柱ⅰ远离过渡墩的一端通过两个钢箱梁ⅱ、两个连接板首尾依次相连，其中，两个钢箱梁ⅱ沿桥梁主桥中心线方向布置，两个连接板沿垂直于桥梁主桥中心线方向布置；

沿垂直于桥梁主桥中心线方向的两立柱ⅱ、两立柱ⅰ之间均设有两根水平连板和一斜向连板ⅰ，其中，所述两立柱ⅰ之间的两根水平连板和一斜向连板ⅰ组成“z”字型；所述两立柱ⅱ之间的两根水平连板和一斜向连板ⅰ组成反向“z”字型；

沿桥梁主桥中心线方向的两立柱ⅱ、两立柱ⅰ之间均设有水平撑管斜向撑管，其中两立柱ⅰ之间的水平撑管与两个斜向撑管组成三角形，且两个斜向撑管一端与立柱ⅰ连接，另一端斜向上与钢箱梁ⅱ连接。

作为本发明更进一步的改进，所述立柱ⅰ上两水平撑管之间设有一斜向连板ⅱ，所述立柱ⅱ上两水平撑管之间也设有一斜向连板ⅱ，且此两斜向连板ⅱ相互交叉布置。

作为本发明更进一步的改进，所述左岸塔架的上塔架、下塔架上各设置四道左岸后风缆和四道左岸前风缆，所述左岸塔架上设置四道左岸上游横风缆和二道左岸下游横风缆；

所述右岸塔架的上塔架、下塔架上各设置四道右岸前风缆和四道右岸后风缆，所述右岸上塔架上还设置四道斜前风缆，所述右岸塔架上设置四道右岸上游横风缆和二道右岸下游横风缆；

其中，所述左岸上塔架上的四道左岸前风缆与右岸上塔架上的四道右岸前风缆为两岸塔顶对拉的通风缆。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

（1）本发明的一种利用缆索吊机安装主桥变截面连续钢桁梁的方法，采用缆索吊机进行连续钢桁梁的施工，存在以下优点：①、没有了桥面吊机重量对主桥钢桁梁的作用力，从而减少了施工过程中墩梁结合部的受力，进而使施工更为安全；②、相对于每个桥梁主墩可实现对称悬臂拼装，不需要平衡配重；③、相对于每个主墩有两个对称施工作业面，增加了施工作业面，从而加快了施工进度；④、利用缆索吊机进行施工，方便构件的垂直及水平运输。

（2）本发明的一种利用缆索吊机安装主桥变截面连续钢桁梁的方法，其中，在现有塔架的基础上设计了净高10m的门式墩架，通过此门式墩架与过渡墩的墩顶固结，在进行施工引桥排架墩时，可将引桥排架墩的端部伸进门式墩架的内部，从而有效避免了塔架对墩顶引桥排架墩施工的影响，且通过合理的结构设计此门式墩架又可满足整个塔架的整体稳定性的需求，同时过渡墩上两门式墩架分别布置在过渡墩的两端进而又不影响主桥钢桁架梁以及引桥桥面梁的安装。

（3）本发明的一种利用缆索吊机安装主桥变截面连续钢桁梁的方法，其中，通过在上塔架的两支部与下塔架之间均设有一塔脚铰，即上塔架与下塔架之间实现铰接，通过此设置将塔架上部设置成桅杆式，则可以使缆索系统产生的塔顶水平荷载通过塔架前后风缆来克服，而过渡墩主要承受塔架传递来的竖直荷载，从而有效避免过渡墩产生过大的弯矩。

附图说明

图1为本发明中一种缆索吊机的主视图；

图2为本发明中一种缆索吊机的俯视图；

图3为本发明中两岸塔架的主视图；

图4为本发明中两岸塔架的侧视图；

图5为图3中a处的放大图；

图6为本发明中塔脚铰的主视图；

图7为本发明中塔脚铰的侧视图；

图8为本发明中塔脚铰的俯视图；

图9为本发明中门式墩架的主视图；

图10为本发明中门式墩架的侧视图；

图11为本发明中门式墩架的俯视图；

图12为图10中沿b-b方向的视图；

图13为图10中沿c-c方向的视图；

图14为右岸过渡墩处的放大图；

图15为本发明的一种利用缆索吊机安装主桥变截面连续钢桁梁的施工顺序图。

示意图中的标号说明：

001、四号主墩；002、五号主墩；003、六号主墩；

01、主锚锭；02、主承重索；03、牵引索；04、起重索；

05、左岸塔架；51、上塔架；

52、塔脚铰；521、底座；522、连杆；523、v型支架；524、钢箱梁ⅰ；525、连接侧耳；526、加强连杆；

53、下塔架；

54、门式墩架；541、钢箱梁ⅱ；542、连接板；543、立柱ⅰ；544、立柱ⅱ；545、水平撑管；546、斜向撑管；547、水平连板；548、斜向连板ⅰ；549、斜向连板ⅱ；

061、左岸后风缆；062、左岸前风缆；063、左岸上游横风缆；064、左岸下游横风缆；065、右岸上游横风缆；066、右岸下游横风缆；067、右岸前风缆；068、右岸后风缆；

07、右岸塔架；08、起吊平台；09、塔吊；010、过渡墩；011、引桥排架墩。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例的一种缆索吊机，其包括主锚锭01、主承重索02、风缆、起重小车、索鞍以及塔架，该塔架包括左岸塔架05和右岸塔架07；其中，左右两岸均设有两座主锚锭01，每岸两座主锚锭01对称布置在桥梁主桥中心线两侧，且分别对应左右幅桥布置，每岸两座主锚碇01分别正对左右幅桥中心线布置，且每座主锚碇01距离缆索吊机纵轴线（桥梁主桥中心线）8.5m，且两岸主锚碇01皆采用钢筋砼桩基承台结构锚碇。

需要说明的是本实施例中该桥梁包括曲线段和直线段，其中，左岸引桥和主桥为直线段，右岸引桥为曲线段，且右岸的过渡墩010为曲线段与直线段的过渡点，该桥梁主桥的中心线方向即为缆索吊机的纵轴线方向，如图14所示，该缆索吊机纵轴线与右岸过渡墩010的横轴线的夹角a为89.25°，且右岸塔架07中心偏离右岸过渡墩010竖向中心线向上游0.335米，如图2所示，右岸引桥向下游弯曲，此处需要说明的是本实施例中的上游和下游代表主桥跨径下河流的上游、下游。

左岸塔架05、右岸塔架07分别对应设置在相应岸的过渡墩010的墩顶上，本实施例中将塔架设置于两岸过渡墩010的顶部，减少了缆索系统的跨度，降低了塔架的高度，此布置不仅大大的节约了施工成本，加快了施工进度，同时保障了索缆吊机应用于大跨径、变截面钢桁梁连续刚构桥中的施工安全。

在左岸塔架05、右岸塔架07上均设有两组可横移的索鞍，索鞍在空载状态下可进行横移，以满足左右幅桥主梁桁架不同安装位置的需要，且左岸塔架05、右岸塔架07的一侧均设有塔吊09；其中，两岸相对应的两索鞍之间设有一组主承重索02，主承重索02的两端分别向外延伸且固定在两岸相对应的主锚锭01上，且对应一组主承重索02设有一组工作索，具体地本实施例的左岸主承重索02的后拉索与水平面间的夹角为20.4º，右岸主承重索02的后拉索与水平面间的夹角为13.64º，另外，在桥梁主桥下方设有起吊平台08，具体地本实施例的起吊平台设置在组拼焊接场内的主桥正下方位置，钢结构在此组拼焊完成且经检验符合质量要求后，通过场内吊机运至主承重索02正下方，然后再通过缆索吊机起吊安装；在主承重索02上还设有起重小车，起重小车上设有牵引索03、起重索04，牵引索03、起重索04分别经过索鞍上的牵引滑轮、起重滑轮，连接至相对应岸的牵引卷扬机、起重卷扬机上。

如图3、图4和图5所示，本实施例的左岸塔架05包括上塔架51和下塔架53，上塔架51的两支部与下塔架53之间均设有一塔脚铰52，下塔架53的两支部与过渡墩010之间均设有一门式墩架54，门式墩架54与过渡墩010的墩顶固结，且两门式墩架54分别固结在过渡墩010的两端，且所述左岸塔架05与右岸塔架07结构相同，具体地本实施例的左岸塔架05的高度为74.69m，右岸塔架07塔架高度为80.69m。

本实施例中通过合理布置风缆，使得桥梁的引桥即使较长的情况下，也保证了整个缆索系统的稳定性，其中，左岸塔架05的上塔架51、下塔架53上各设置四道左岸后风缆061和四道左岸前风缆062，左岸塔架05上还设置四道左岸上游横风缆063和二道左岸下游横风缆064；在右岸塔架07的上塔架51、下塔架53上各设置四道右岸前风缆067和四道右岸后风缆068，由于右岸上塔架51上的右岸前风缆067、右岸后风缆068皆较长，对塔架约束能力弱，故本实施例中在右岸上塔架51上还设置四道斜前风缆，在右岸塔架07上设置四道右岸上游横风缆065和二道右岸下游横风缆066；其中，左岸上塔架51上的四道左岸前风缆062与右岸上塔架51上的四道右岸前风缆067为两岸塔顶对拉的通风缆，其中，两岸的后风缆锚固于主锚碇01上，前风缆（不包括对拉的通风缆）及横风缆另单独设置锚碇锚固。

本实施例中为了避免两岸上游横风缆与塔吊09干扰，将左岸塔架05上的四道左岸上游横风缆063以及右岸塔架07上的四道右岸上游横风缆065均两道分为一组，且两组分开成八字风缆设置，且每组按单桩布置锚碇，且两组对称于塔架横轴线相距约20米布置。

如图6、图7和图8所示，具体地本实施例的塔脚铰52包括三片相互平行布置的v型支架523，其中，每片v型支架523的顶角处均铰接有底座521，每片v型支架523的开口处均设有钢箱梁ⅰ524，每个钢箱梁ⅰ524的两端均伸出于v型支架523形成伸出部，伸出部的下端面上设有竖直向下的连接侧耳525，需要说明的是此处连接侧耳525用于连接万能杆件一端，且该万能杆件另一端与下塔架53连接以实现对塔脚铰52的临时约束固定，在塔顶索鞍等安装完毕，风缆安装并预紧完成后，再拆除万能杆件使塔脚铰52成自由铰接状态。

另外，相邻钢箱梁ⅰ524的两端之间均设有连杆522，相邻v型支架523的相应支臂之间均设有加强连杆526，其中，塔脚铰52的底座521固结在下塔架53的顶部，上塔架51的底部与钢箱梁ⅰ524连接。

本实施例中通过在上塔架51的两支部与下塔架53之间均设有一塔脚铰52，即上塔架51与下塔架53之间实现铰接，通过此设置将塔架上部设置成桅杆式，则可以使缆索系统产生的塔顶水平荷载通过塔架前后风缆来克服，而过渡墩010主要承受塔架传递来的竖直荷载，从而有效避免过渡墩010产生过大的弯矩，同时本实施例的塔脚铰52结构简单、稳定性高。

如图9、图10、图11、图12和图13所示，具体地本实施例的门式墩架54包括四根竖直固结在过渡墩010墩顶的立柱ⅱ544，该四根立柱ⅱ544的连线共同围成矩形结构，且每根立柱ⅱ544的上部均通过法兰连接有一立柱ⅰ543，该四根立柱ⅰ543远离过渡墩010的一端通过两个钢箱梁ⅱ541、两个连接板542首尾依次相连，其中，两个钢箱梁ⅱ541沿桥梁主桥中心线方向布置，两个连接板542沿垂直于桥梁主桥中心线方向布置；

沿垂直于桥梁主桥中心线方向的两立柱ⅱ544、两立柱ⅰ543之间均设有两根水平连板547和一斜向连板ⅰ548，其中，所述两立柱ⅰ543之间的两根水平连板547和一斜向连板ⅰ548组成“z”字型；所述两立柱ⅱ544之间的两根水平连板547和一斜向连板ⅰ548组成反向“z”字型；沿桥梁主桥中心线方向的两立柱ⅱ544、两立柱ⅰ543之间均设有水平撑管545斜向撑管546，其中两立柱ⅰ543之间的水平撑管545与两个斜向撑管546组成三角形，且两个斜向撑管546一端与立柱ⅰ543连接，另一端斜向上与钢箱梁ⅱ541连接。

具体地本实施例中立柱ⅰ543上两水平撑管545之间设有一斜向连板ⅱ549，立柱ⅱ544上两水平撑管545之间也设有一斜向连板ⅱ549，且此两斜向连板ⅱ549相互交叉布置。

需要重点说明的是：本实施例中为了保证桥梁主桥桥面和两侧引桥桥面能够位于同一水平面上，就需要在主桥与引桥之间的过渡墩010上设置引桥排架墩011，但是如何在过渡墩010上施工引桥排架墩011同时又不受墩顶塔架的影响，而且又不使塔架干扰主桥钢桁梁以及引桥桥面梁的安装，此问题成为本实施例需要解决的问题之一，本实施例中为了解决上述问题同时又从利用现有设备出发，在现有塔架的基础上设计了净高10m的门式墩架54，通过此门式墩架54与过渡墩010的墩顶固结，如图3、图4所示，在进行施工引桥排架墩011时，可将引桥排架墩011的端部通过立柱ⅰ543、立柱ⅱ544上两根水平撑管545之间的空间伸进门式墩架54的内部，从而有效避免了塔架对墩顶引桥排架墩011施工的影响，且通过合理的结构设计此门式墩架54又可满足整个塔架的整体稳定性的需求，同时过渡墩010上两门式墩架54分别布置在过渡墩101的两端，进而又不影响主桥钢桁架梁以及引桥桥面梁的安装。

本实施例的一种利用缆索吊机安装主桥变截面连续钢桁梁的方法，其步骤如下（如图15所示）：

（1）先完成四号主墩001、五号主墩002、六号主墩003其三者墩顶预埋段钢桁梁构件安装并且完成各主墩墩顶此节段钢桁梁其余构件的连接，然后按设计要求灌注墩顶此钢桁梁节段下弦杆砼，进而完成墩顶此节段钢桁梁施工；

（2）主梁悬臂拼装施工

①、将工厂预制好的杆件节段运至起吊平台08进行钢桁梁节段拼装、焊接；

②、用缆索吊机分别对称悬臂吊装四号主墩001两侧、五号主墩002两侧、六号主墩003两侧的钢桁梁节段，并分别进行各主墩处钢桁梁节段的定位和连接；待各主墩处此节段的钢桁梁节段连接完成后，再在各主墩此节段的钢桁梁节段上浇筑下平联混凝土板，以完成主梁悬臂第一钢桁梁节段的施工；

③、待下平联混凝土板达到设计强度后，进行各主墩两侧下一钢桁梁节段的吊装、定位与连接，以完成主梁悬臂第二钢桁梁节段的施工；

④、待各主墩的主梁悬臂第三钢桁梁节段连接完成后，在此节段的钢桁梁杆件内浇筑混凝土；

⑤、待上述钢桁梁杆件内的混凝土达到设计强度后，再对称施工各主墩主梁悬臂的下一钢桁梁节段，其中，中跨施工至合拢段的前一钢桁梁节段时停止；

（3）完成边跨、中跨合拢

①、安装两岸过渡墩010墩顶的主梁支座；

②、继续施工边跨至边跨合拢；

③、先合拢四号主墩001和五号主墩002间的中跨；再合拢五号主墩002和六号主墩003间的中跨。

本实施例中采用缆索吊机进行连续钢桁梁的施工，存在以下优点：①、没有了桥面吊机重量对主桥钢桁梁的作用力，从而减少了施工过程中墩梁结合部的受力，进而使施工更为安全；②、相对于每个桥梁主墩可实现对称悬臂拼装，不需要平衡配重；③、相对于每个主墩有两个对称施工作业面，增加了施工作业面，从而加快了施工进度；④、利用缆索吊机进行施工，方便构件的垂直及水平运输。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。