劲性骨架混凝土拱桥成拱方法
【技术领域】
[0001]
本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种劲性骨架混凝土拱桥成拱方法。
【背景技术】
[0002]随着我国高速铁路的快速发展，特别是在西南山区铁路的建设中，越来越多的遇到需采用大跨度拱桥进行跨越的高山峡谷地形。钢筋混凝土拱桥与其他材料拱桥相比具有刚度大、温度变形小、经济性好等优点，能更好的满足高速铁路对桥梁结构的要求。基于上述原因，在高速铁路建设过程中，若需要修建大跨度拱桥，钢筋混凝土拱桥是优先选择的方案。
[0003]也正是由于钢筋混凝土拱桥存在的上述优点，所以，近年来，该桥型在桥梁建筑领域中的发展非常迅速。在1997年我国就建成了 420米的世界第一大跨度的钢筋混凝土拱桥一一万县长江大桥，该桥创造性的采用了钢管混凝土劲性骨架外包混凝土法成拱。该桥的建成也使得劲性骨架法成拱技术跨上了一个新的台阶，也使得采用该技术建造体量更大的铁路大跨度混凝土拱桥成为可能。
[0004]但是，本申请的发明人发现，传统的成拱方法依然存在着不足，由于在外包混凝土浇筑过程中缺乏对劲性骨架应力及时调整的有效手段，使得在进行外包混凝土施工过程中，为了确保劲性骨架变形均匀和各部位始终处于受压状态，以及满足浇筑过程中劲性骨架受力要求，所以，在目前的外包混凝土施工中，都是采用小节段浇筑，一次浇筑的混凝土方量非常有限，目前单次浇筑混凝土方量一般不超过300立方米，如此，使得整个外包混凝土浇筑过程需要较长的工期，以及需要较多的工序，严重影响大桥的建设工期和建筑成本。同时由于采用小节段浇筑，为了保持骨架拱圈的受力均匀，必然采取多工作面加载浇筑才能维持拱圈平衡，不仅进一步的提高了施工难度，增加施工成本和工期，而且多工作面和小节段浇筑必然使拱圈接缝多，施工步骤繁琐、安全风险大且工期较长。
[0005]另一方面，传统的劲性骨架施工法在外包混凝土施工阶段缺乏必要的对拱圈内力调整的手段，导致了劲性骨架内局部位置应力偏大，拱圈受力不均匀，也进一步的影响了混凝土拱圈整体的力学性能。
[0006]正是因为上述这些缺点，也限制了该施工方法在体量更大的铁路大跨度混凝土拱桥上的进一步发展。
[0007]所以，目前亟需一种能够适用于大体量混凝土拱桥成拱，并且能够缩短工期，节约建筑成本，提高拱圈整体力学性能的混凝土拱桥成拱方法。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种能够适用于大体量混凝土拱桥成拱，并且能够缩短工期，节约建筑成本，提高拱圈整体力学性能的混凝土拱桥成拱方法。
[0009]为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案:
一种劲性骨架混凝土拱桥成拱方法，其特征在于，依次包括下述步骤:
A:拼装拱圈劲性骨架节段直至合拢:所述拱圈劲性骨架节段为钢管桁架节段，利用拱圈两侧的交界墩作为扣塔，吊装拱圈劲性骨架节段的同时张拉拱圈的一次扣索，自拱脚起逐段拼装直至合拢，得到拱圈劲性骨架；
B:压注拱圈劲性骨架的钢管的管内混凝土:拆除一次扣索，然后压注拱圈劲性骨架的钢管的管内混凝土；
C:张拉二次扣索:待步骤B中，所述钢管的管内混凝土达到设计强度后，在拱圈两侧利用交界墩作为扣塔，对称张拉二次扣索；
D:浇筑拱圈劲性骨架的外包混凝土:在浇筑拱圈劲性骨架的外包混凝土过程中，根据拱圈劲性骨架的受力需要，调整二次扣索的张拉索力，以达到调节拱圈劲性骨架的内应力，保证在外包混凝土浇筑过程中，拱圈劲性骨架的各个位置的变形均匀；
E:拆除二次扣索:待外包混凝土达到设计强度后，拆除二次扣索，完成劲性骨架混凝土拱桥成拱施工。
[0010]在桥梁建筑领域中，由于地理因素的限制，采用支架结构对拱圈劲性骨架进行支撑的难度极大，而且在某些施工环境中完全不具备设立支架的条件，所以在本申请的技术方案中，在步骤C中，张拉二次扣索，二次扣索呈张紧状态，然后再进行拱圈劲性骨架外包混凝土的浇筑，由于有二次扣索的张紧，使得在外包浇筑过程中，不需要设置其他的支撑构件对拱圈劲性骨架进行支撑，首先是节约了施工成本，降低了施工难度，而且，由于是采用扣索对拱圈劲性骨架进行张拉，其与拱圈劲性骨架之间连接时占用的空间较其他支撑方式要小，减小了对后续混凝土浇筑过程中阻挡，进一步的方便了后续混凝土的浇筑施工；
更为重要的是，在本申请的技术方案中，由于有了二次扣索的张拉，使得在外包混凝土浇筑过程中，单次浇筑混凝土量远远大于传统施工方法中，靠拱圈劲性骨架自身强度支撑的单次混凝土浇筑量，如此，大大的缩短了工期，方便了施工，而且，由于单次混凝土浇筑量的大幅增加，也极大的提高了拱圈的整体性能和力学性能；
再一方面，在本申请的技术方案中，二次扣索采用交接墩作为扣塔，在实际施工中，在拆除一次扣索时，可以对部分一次扣索进行调整，使之成为二次扣索，如此，进一步的简化了施工步骤，降低施工成本和施工难度，缩短施工工期；
更进一步的，传统外包混凝土浇筑方案在外包混凝土浇筑过程中没有配合二次扣索调整拱圈劲性骨架内力，因此在外包混凝土浇筑过程中为确保拱圈劲性骨架变形均匀，一次浇筑的混凝土方量不能太大(单次最大混凝土浇筑方量通常不超过300立方米)，施工速度极其缓慢，同时由于缺乏对拱圈劲性骨架内应力的调整手段，拱脚等局部位置的应力较其他位置高出很多，拱圈劲性骨架受力不均匀，设计中为了满足拱脚等局部位置的受力要求，而不得不增大拱圈劲性骨架截面和提高管内混凝土标号，如此使得极大的增加了施工成本和施工难度；而在本申请中，由于设置了二次扣索，在外包混凝土浇筑时，采用二次扣索调整拱圈劲性骨架内应力，使得，可以方便的保证拱圈劲性骨架各个位置的变形均匀，所以，采用本申请的技术方案，还可以减小拱圈劲性骨架的横截面尺寸，以及降低管内混凝土标号，如此，进一步的降低了施工成本，节约了工期。
[0011]作为本申请的优选方案，所述步骤C中，在进行二次扣索张拉前，先对拱圈劲性骨架进行影响线加载，确定出对控制截面应力变化最敏感的位置作为加载点，然后再在该加载点处张拉二次扣索。
[0012]在桥梁建筑技术领域，拱圈施工中，控制截面多处于拱脚位置，在本申请的上述方案中，通过先对拱圈劲性骨架进行影响线加载，确定出对控制截面应力变化最敏感的位置作为加载点，使得能够采用最小的扣索数量即可达到对拱圈劲性骨架应力的调整，如此，方便了二次扣索的安装、调整和拆卸工序，进一步的降低了施工难度，节约了施工成本，缩短了工期。
[0013]作为本申请的优选方案，所述步骤C中，在外包混凝土浇筑前张拉二次扣索，使拱圈劲性骨架向后续加载本应变形的相反方向变形。
[0014]在传统的成拱施工中，拱圈劲性骨架成拱后的受力情况，外包混凝土的载荷完全有拱圈承担，而在在本申请的上述方案中，在进行外包混凝土浇筑前，先通过二次扣索使拱圈产生反方向的弹性变形，在外包混凝土浇筑完毕后，拆除二次扣索，将本应由拱圈劲性骨架承担的载荷，分担由拱圈劲性骨架和外包混凝土共同承担，直接降低了拱圈劲性骨架的钢管和管内混凝土的峰值应力，如此，采用本申请的方案，可以进一步的降低拱圈劲性骨架的截面尺寸和混凝土标号，进一步的降低了施工成本和施工难度；由于拱圈外包混凝土截面面积相对拱圈劲性骨架的钢管面积要大很多(拱圈劲性骨架的钢管截面面积仅占拱圈全截面面积的9%左右)，所以在显著减小拱圈劲性骨架的钢管和管内混凝土应力的同时，外包混凝土截面的应力却没有明显的增加，如此，进一步的使得，采用本申请施工方案的拱圈劲性骨架尺寸，能够得到很大程度的减小，极大的降低了施工成本，也降低了施工难度，缩短了工期。
[0015]作为本申请的优选方案，所述步骤D中，浇筑拱圈劲性骨架外包混凝土依次包括下述步骤:
D1:对拱圈劲性骨架分环:沿拱圈劲性骨架的截面划分为边箱底板、中箱底板、下腹板、上腹板、边箱顶板和中箱顶板；
D2:分环浇筑外包混凝土:按照步骤D1的分环划分进行外包混凝土的浇筑，浇筑顺序为:边箱底板、下腹板、上腹板、边箱顶板、中箱底板和中箱顶板。
[0016]在本申请的上述方案中，对拱圈劲性骨架进行分环，对拱圈劲性骨架按照分环进行分步浇筑，首先是降低了外包混凝土的浇筑难度，同时，在外包混凝土浇筑时，是采用先浇筑底部，然后再浇筑中部，然后再浇筑顶部，先浇筑两侧再浇筑中间的顺序，使得在浇筑过程中，拱圈劲性骨架的受力均匀，保证工程施工质量。
[0017]作为本申请的优选方案，所述步骤D中，所述步骤D1与D2之间还设置有步骤D11 ； 步骤D11:将拱圈劲性骨架分为左跨拱圈劲性骨架和右跨拱圈劲性骨架:由拱圈劲性骨架顶部，垂直于拱圈劲性骨架切线方向的截面，将拱圈劲性骨架划分为左跨拱圈劲性骨架和右跨拱圈劲性骨架；
在步骤D2中，进行拱圈劲性骨架的外包混凝土浇筑时，左跨拱圈劲性骨架和右跨拱圈劲性骨架同时、并且对称进行外包混凝土浇筑。
[0018]在本申请的上述方案中，将拱圈劲性骨架分为左跨拱圈劲性骨架和右跨拱圈劲性骨架，在进行外包混凝土浇筑过程中，左跨拱圈