下承式系杆拱桥及其施工方法与流程

本发明涉及公路和市政桥梁技术，尤其是涉及一种跨越河道或跨线的下承式系杆拱桥，本发明还涉及该系杆拱桥的施工方法。

背景技术：

下承式系杆拱桥将拱与梁两种结构组合在一起，共同承受荷载，充分发挥梁受弯、拱受压的组合作用，因而下承式拱桥是跨河或跨线新建桥梁中常用桥型之一。

现有下承式系杆拱桥的施工方法主要包括支架施工法、转体施工法和悬臂施工法三种方法，上述三种施工方法的核心问题是解决拱肋的施工问题。支架施工法是在河道内架设支架进行施工，该方法的优点是操作简单，施工过程中有可供操作的施工平台；但是，该方法的施工周期长，严重影响河道的通航；若采用少支架，支架与过往船只发生碰撞，存在安全隐患。转体施工法是一种利用地形及支架按设计高程进行现浇或预制拱肋的施工方法，在施工过程中沿竖向或水平向绕拱座底部的竖轴旋转，使拱肋合拢成拱。该施工方法不需要搭设支架，将高空作业转换成陆上作业，不仅保证施工安全和施工质量，而且便于控制真个施工，降低施工对河道或交叉道路的干扰性，但是该方法需要有大型的转动装置，增加资金投入，并且转动装置的控制较为繁琐。悬臂施工法是通过缆索吊机进行水平运输工作，将拱圈节段垂直吊起并进行安装，利用悬臂桁架进行分段安装，将拱圈合拢，最后进行吊杆安装、张拉和桥面板施工；该方法需要设置塔吊（即缆索吊装装置），增加资金投入。上述三种施工方法都具有施工周期长、需要设置临时设施（如支架、转动装置或缆索装置等），对现场施工条件要求高，不能充分利用既有桥梁、成本高等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种下承式系杆拱桥，本发明还提供该系杆拱桥的施工方法。本发明的系杆拱桥施工操作简单，施工周期短，工程整体造价低，桥位处施工时间短，特别适用于跨重要河道或重要线路的桥梁施工。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的下承式系杆拱桥，包括间隔设置的桥墩，在所述桥墩上放置有桥体，所述桥体由结构相同并排设置的两个单片拱肋单元构成，所述单片拱肋单元包括呈拱形结构的拱肋和水平连接在所述拱肋两端点之间的系梁，在所述拱肋和系梁之间纵向间隔设置有支撑吊杆；两单片拱肋单元的拱肋通过水平间隔设置的横撑连为一体，两单片拱肋单元的系梁通过水平间隔设置的横梁连为一体，在所述横梁上架设有桥面板，所述拱肋由多个弧形拱肋节段依次衔接而成，所述系梁由多个水平设置的系梁节段依次衔接而成，所述弧形拱肋节段与所述系梁节段上下一一对应设置，位于拱肋端部的两弧形拱肋节段分别与位于系梁端部的系梁节段连为一体；

所述横撑由两个长度相同的横撑节段衔接而成，两个所述横撑节段分别对应固连在两个所述单片拱肋单元的拱肋上，所述横梁由两个长度相同的横梁节段衔接而成，两个所述横梁节段分别对应固连在两单片拱肋单元的系梁上。

本发明所述下承式系杆拱桥的施工方法具体包括以下步骤：

在河道两岸或道路两侧的待建桥位处一侧存在既有桥梁，在待建桥位处现场浇筑两个桥墩，将工厂预制的拱肋节段、系梁节段、横撑节段和横梁节段运送至施工现场；

步骤（2）：在施工现场的空地上间隔放置多个拼装胎架和多个拼装基座，拼装胎架和拼装基座一一对应放置，每个拼装胎架上放置有一个系梁节段，在拼装胎架上对多个系梁节段依次进行拼装；

每个拼装基座上放置有一个拱肋节段，在拼装基座上对多个拱肋节段依次进行拼装，当拱肋节段为钢箱结构或钢管混凝土结构时，每相邻两个拱肋节段的结合面通过焊接连为一体，当拱肋节段采用钢筋混凝土结构时，每相邻两个拱肋节段的结合面通过湿接缝连为一体，然后将拱肋的两端部分别与对应的系梁端部拼装为一体；

待拱肋和系梁拼装完成后，在拱肋上间隔拼装横撑节段，在系梁上间隔拼装横梁节段，待横撑节段和系梁节段拼装完成后，在系梁和拱肋之间间隔锚固所述支撑吊杆，并将支撑吊杆初张拉至设计索力，即可完成单片拱肋单元的预制；

步骤（3）：待单片拱肋单元预制完成后，上述步骤（2）中每对应设置的一个拼装胎架和一个拼装基座构成一个拼装支架，在位于相邻两个拼装支架间隙处的单片拱肋单元上设置防护支架；

步骤（4）：利用吊机将上述步骤（3）中的单片拱肋单元从卧躺状态起吊至竖直状态后转运至自行式模块运输车上；为增加运输稳定性，在系梁两端的横梁节段位置处均拼装一个向外水平延伸的临时横梁，在拱肋两端的横撑节段位置处均拼装一个向外水平延伸的临时横撑，对应设置的临时横梁和临时横撑通过第一临时拉索相固连，单片拱肋单元的横撑节段和横梁节段通过第二临时拉索相固连，第二临时拉索与第一临时拉索对称设置；

步骤（5）：第一、第二临时拉索安装完成后，启动自行式模块运输车通过既有桥梁后，自行式模块运输车沿着平行于河道或道路的方向将单片拱肋单元移动至待建桥位处；

步骤（6）：重复上述步骤（2）～步骤（5）用自行式模块运输车将另一个单片拱肋单元转送至待建桥位处，两单片拱肋单元对称放置；

步骤（7）：分别移动两单片拱肋单元下方的自行式模块运输车将两单片拱肋单元转送至桥墩上，通过自行式模块运输车调整两单片拱肋单元的位置，待两单片拱肋单元就位后，分别将两单片拱肋单元拱肋上的拱脚预埋件与桥墩上的安装支座相固连，最后将自行式模块运输车移开，实现两单片拱肋单元的架设作业；

步骤（8）：待两单片拱肋单元架设完成后，分别将两拱肋上一一对应设置的横撑节段衔接为一体，完成横撑的拼装，分别将两系梁上一一对应的两横梁节段衔接为一体，完成横梁的拼装；

待横梁和横撑拼装完毕后，根据成桥要求调节所述支撑吊杆的内力，然后利用吊机将所述桥面板架设在横梁上，最后拆除第一、第二临时拉索、防护支架、临时横撑和临时横梁，成桥通车。

所述步骤（2）中的拼装胎架和拼装基座均由上层钢板和下层型钢焊接而成。

所述步骤（3）中的防护支架为由四片槽钢衔接而成的框架结构。

与现有下承式系杆拱桥及其施工方法相比，本发明下承式系杆拱桥及其施工方法具有以下优点：

（1）本发明的系杆拱桥采用工厂预制构件，在岸边或道路旁的施工现场直接进行两单片拱肋单元的整体拼装，然后利用自行式模块运输车通过既有桥梁运输至待建桥位的桥墩上，在桥位施工现场仅需要将每组横梁节段和每组横撑节段进行连接，便可完成桥梁主体结构的施工，避免高空施工，有效缩短施工周期，降低资金投入，经济效益好；两单片拱肋单元的拼装采用卧式拼装，减少高空作业。

（2）待建桥位处的桥墩为现场浇筑成型，不需要另外占用场地，降低工程整体造价。

（3）单片拱肋单元在加工转运区预制拼装，机械化程度高，进而降低工人的劳动强度，确保施工质量，同时降低环境因素对施工作业的影响；预制拼装完成的两单片拱肋单元在一天内即可完成架设作业，大大缩短待建桥位处的施工时间，对通航或通车几乎无影响，确保船只或车辆通行安全，尤其适用于跨重要河道或重要线路的桥梁施工。

（4）施工过程中，防护支架用于支撑单片拱肋单元，确保运输稳定性。

（5）两单片拱肋单元上的第一、第二临时拉索用于确保第一、第二拱肋单元在运输及架设作业中的横向稳定性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯视结构示意图。

图3～15是本发明所述下承式系杆拱桥施工方法的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明所述的下承式系杆拱桥，包括间隔设置的桥墩1，在所述桥墩1上放置有桥体，所述桥体由结构相同并排设置的两个单片拱肋单元构成，所述单片拱肋单元包括呈拱形结构的拱肋2和水平连接在所述拱肋2两端点之间的系梁3，在所述拱肋2和系梁3之间纵向间隔设置有支撑吊杆4；两单片拱肋单元的拱肋2通过水平间隔设置的横撑5连为一体，两单片拱肋单元的系梁3通过水平间隔设置的横梁6连为一体，在所述横梁6上架设有桥面板，所述拱肋2由五个弧形拱肋节段依次衔接而成，所述系梁3由五个水平设置的系梁节段依次衔接而成，所述弧形拱肋节段与所述系梁节段上下一一对应设置（当然，根据实际需要，弧形拱肋节段和系梁节段的节段数还可以是其它数值），位于拱肋2端部的两弧形拱肋节段分别与位于系梁3端部的系梁节段连为一体；

如图15所示，横撑5由两长度相同的横撑节段5.1衔接而成，两横撑节段5.1分别对应固连在两单片拱肋单元的拱肋2上，横梁6由两个长度相同的横梁节段6.1衔接而成，两横梁节段6.1分别对应固连在两单片拱肋单元的系梁3上。

本发明所述下承式系杆拱桥的施工方法具体包括以下步骤：

步骤（1）：在河道7的待建桥位处上游或下游位置处存在既有桥梁8，在河道7两岸的待建桥位处现场浇筑桥墩1，在既有桥梁8和待建桥位之间的空地上设置加工、转运区9，具体如图3所示，将工厂预制的拱肋节段、系梁节段、横撑节段5.1和横梁节段6.1运送至所述加工、转运区9；

步骤（2）：在所述加工、转运区9的空地上间隔设置五个拼装胎架10和五个拼装基座11，拼装胎架10和拼装基座11均由上层钢板和下层型钢焊接而成，拼装基座11的上平面为弧形结构，拼装胎架10的上平面呈方形结构，拼装胎架10和拼装基座11一一对应设置，具体如图4所示；

每个拼装胎架10上放置有一个系梁节段，在拼装胎架10上对五个系梁节段依次进行拼装；每个拼装基座11上放置有一个拱肋节段，在拼装基座11上对五个拱肋节段依次进行拼装，实际施工时，拱肋节段可以采用钢箱结构或钢管混凝土结构，此时每相邻两个拱肋节段的结合面焊连为一体，焊接前需要将拱肋节段结合面和焊缝边沿30mm～50mm范围内的铁锈、氧化皮、油污水分清除干净，坡口表面采用砂轮机磨光顺，为保证焊缝成形质量，采用全自动焊接小车进行焊接；当然，拱肋节段还可以采用钢筋混凝土结构，此时相邻两个拱肋节段的结合面通过湿接缝连为一体；

将拱肋2的两端部分别与对应放置的系梁3一端部拼装为一体，然后在拱肋2上间隔拼装横撑节段5.1，在系梁3上间隔拼装横梁节段6.1，待横撑节段5.1和系梁节段拼装完成后，在系梁3和拱肋2之间间隔锚固支撑吊杆4，并将支撑吊杆4初张拉至设计索力，即可完成单片拱肋单元的预制，具体如图5、图6所示，其中图6是图5的横向截面结构示意图；

步骤（3）：待单片拱肋单元预制完成后，上述步骤（2）中每对应设置的一个拼装胎架10和一个拼装基座11构成一个拼装支架，在位于相邻两拼装支架间隙处的单片拱肋单元上设置有防护支架12，防护支架12为由四片槽钢依次固连而成的框架结构，用于确保单片拱肋单元在运输和架设作业中的稳定性，在单元拱肋单元的拱肋2设置有吊耳，便于起吊，具体如图7、图8所示，其中图8是图7的横向截面结构示意图；

步骤（4）：利用吊机13将上述步骤（3）中的单片拱肋单元从卧躺状态起吊至竖直状态后转运至自行式模块运输车14上，具体如图9所示；为增加运输稳定性，在系梁3两端的横梁节段6.1位置处分别安装向外水平延伸的临时横梁15，在拱肋2两端的横撑节段5.1位置处分别安装向外水平延伸的临时横撑16，对应设置的临时横梁15和临时横撑16通过第一临时拉索17.1相固连，单片拱肋单元内侧的横梁节段6.1和横撑节段5.1通过第二临时拉索17.2相固连，第一、第二临时拉索17.1、17.2对称设置，第一临时拉索17.1的两端分别与临时横梁15、临时横撑16锚固连接，第二临时拉索17.2的两端分别与单片拱肋单元的横梁节段6.1、横撑节段5.1锚固连接，具体如图10、图11所示，其中图11是图10的俯视结构示意图；

步骤（5）：所述第一、第二临时拉索17.1、17.2安装完成后，启动所述自行式模块运输车14通过所述既有桥梁8后，自行式模块运输车14沿着平行于河道7的方向移动至待建桥位处，具体如图12所示；

步骤（6）：重复上述步骤（2）～步骤（5）用自行式模块运输车14将另一个单片拱肋单元转送至待建桥位处，并将两单片拱肋单元对称放置，具体如图13所示；

步骤（7）：分别移动两单片拱肋单元下方的自行式模块运输车14将两单片拱肋单元转送至桥墩1上，通过自行式模块运输车14调整两单片拱肋单元的位置，待两单片拱肋单元就位后，分别将两单片拱肋单元拱肋2上的拱脚预埋件与桥墩1上的安装支座相固连，最后将自行式模块运输车14移开，即可实现两单片拱肋单元的架设作业，具体如图14、图15所示，图14是单片拱肋单元在桥墩1处的安装结构示意图，图15是单片拱肋单元架设作业完成后的结构示意图；

步骤（8）：待两单片拱肋单元架设完成后，分别将两拱肋2上一一对应设置的横撑节段5.1衔接为一体，完成所述横撑5的拼装；分别将两系梁3上一一对应的两横梁节段6.1衔接为一体，完成所述横梁6的拼装，当拱肋节段之间采用焊接技术焊连为一体时，每对应设置的两横撑节段5.1采用焊接技术连为一体，每对应设置的两个横梁节段6.1采用焊接技术连为一体；当拱肋节段通过湿接缝连为一体时，每对应设置的两个横撑节段5.1通过湿接缝连为一体，每对应设置的两个横梁节段6.1通过湿接缝连为一体；待横梁6和横撑5拼装完毕后，根据成桥要求调节所述支撑吊杆4的内力，然后利用吊机13将桥面板架设在横梁上，最后拆除第一、第二临时拉索17.1、17.2、防护支架12、临时横撑16和临时横梁15，成桥通车，成桥的结构示意图具体如图1、图2所示。