空腹式连续梁桥V撑节段及适应软土地基区域的施工方法与流程

本发明涉及桥梁建造技术领域，特别涉及空腹式连续梁桥v撑节段及适应软土地基区域的施工方法。

背景技术：

空腹式连续梁桥系通过对传统连续箱梁支承根部高度提高，并将对应箱梁腹板进行挖空后，形成空腹段上、下弦分离，减轻自重，与传统的箱形梁有了本质上的区别，使根部区域形成比较合理的梁—拱组合受力机制。

通过v撑的设置降低了墩身的高度，增大了结构刚度，同时也将设置v撑以外的箱梁的受力跨径减短，从而拓展了传统连续箱梁桥的跨越能力。且箱梁底部接近圆弧的拱形弧线倒影在水中随波跃动，造型新颖，线形简洁流畅，更充分体现出现代桥梁美学观。

传统空腹式连续梁桥一般将对应箱梁腹板进行局部挖空(保留支座处根部箱梁的腹板不予挖空，挖空区域形成对称布置的两个直角三角形)，以解决下弦杆支座处根部梁顶面产生的应力集中问题，但因桥下结构通透性较差而影响了桥梁整体景观效果。

同时空腹式连续梁的v撑结构为超静定结构，在上、下弦分离后又给合，形成封闭环状结构，其结构和应力均比较复杂。建设过程中受施工工艺、混凝土收缩、环境温度等影响，混凝土结构产生的裂缝机率很高，己建成类似结构桥梁不同程度出现了裂缝，对结构的耐久性使用寿命有较大影响。因此，选择合适的施工工艺对结构最终受力，施工的操作性、经济性尤为关键。

通常v撑有全支架法施工，挂篮加支架法施工，支架加扣索法施工等工艺，以下为已建项目一些施工工艺案列。

其中，全支架法施工是通过在陆上或水中搭设支架作为支构结构。采用钢管桩立柱作基础，型钢作主梁、贝雷梁、型钢分配粱结构，上部采用盘扣脚手架作为高度调整段。施工完v撑下弦，再在下弦上搭设支架施工上弦，完成v撑合龙后张拉永久预应力。

全支架法施工采用全支架法施工，整个结构受力明确，利于施工各阶段控制。施工速度快、施工周期短。通过预压可以消除支架的非弹性变形及基础沉降，得出支架弹性变形量。

由于全支架法基础需承受下弦及上弦全部荷载，所以支架工程量较大。支架搭设高度有限，不适用于深谷、深河等地区。

挂篮加支架法施工是通过搭设墩旁支架或三角架施工下弦杆0#节段，安装挂篮依次对称悬浇下弦节段，施工过程中通过扣索对拉调整下弦内力及线形，再在下弦上搭设支架施工上弦，最后挂篮施工合龙段完成v撑合龙。

采用上弦箱梁与下弦斜腿异步施工工艺，即先施工下弦斜腿，再施工上弦箱梁，下弦斜腿超前于上弦箱梁三个施工节段。下弦斜腿采用斜式挂篮悬浇，上悬箱梁采用钢管支架现浇，上下弦交汇后转换为水平挂篮施工剩余节段。

挂篮加支架法施工采用挂篮悬浇下弦首先需要搭设0#块三角支架，现浇0#块后安装挂篮并预压后再逐段施工下弦，总体施工周期较长。

施工过程需要通过扣索张拉，保证下弦线形及内力，同时需要多次调整索力达到最后施工阶段控制难度较大。

施工中仅起步节段需要支架投入，支架投入量少。不受地形限制，适用于各种复杂地形施工。所有作业均为悬空作业，安全风险较大。

而支架加扣索法施工是通过在承台及水中搭设支架作为支构结构。采用钢管桩作基础、法兰盘钢管作为立柱，型钢主梁、型钢分配梁结构，上部翼缘采用盘扣脚手架作为高度调整段。施工完v撑下弦，首次张拉临时预应力，在下弦上设支架施工上弦(分2次浇筑并预留后浇带)，上弦第一次浇筑完成后，第二次张拉临时预应力。浇筑后浇带及上弦顶板完成v撑合龙后张拉永久预应力。

支架加扣索法施工采用支架法加扣索法施工整个结构受力明确，利于施工阶段控制。施工速度快，旌工周期短。通过预压可以消除支架的非弹性变形及基础沉降，得出支架弹性变形量。

由于采用临时扣索支架不用承受下弦及上弦全部荷载，支架工程量较小。

支架搭设高度有限，不适用于深谷、深河等地区。

当桥梁主跨小于100m且施工期间桥下通航净空要求不高时，因挂篮加支架法或支架加扣索法施工工艺的施工措施费及工程造价较高、施工周期长，方案可行性较低，一般优先采用全支架施工方法。

当v撑结构位于软土地基区域时，如采用全支架施工方法，由于需先施工完下弦，再在下弦上搭设支架施工上弦，易因下弦杆和上、下弦杆汇合段下方地基加固偏弱而导致后期浇筑上弦杆和上、下弦杆汇合段混凝土时，下弦杆和上、下弦杆汇合段模板下的支撑结构发生弹塑性变形和沉降对前期已浇筑完成的下弦杆支座处根部梁造成不利影响，一般下弦杆须设置施工期间的临时拉杆，施工工艺复杂、措施费用较高。

但如采用挂篮加支架法施工或支架加扣索法施工，则总体施工周期较长、施工工艺复杂、工程造价及施工临时措施费用较高。

因此，如何克服现有技术v撑结构景观效果较差、构造和应力复杂的缺陷，提高结构最终受力性能和耐久性，简化施工操作工艺以增加经济效益，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供空腹式连续梁桥v撑节段及适应软土地基区域的施工方法，实现的目的是通过提高桥面下结构的通透率提升桥梁整体景观效果；通过提高下弦杆支座处根部梁顶部区域的抗拉性能解决结构应力集中的问题；通过将v撑节段空腹结构水平分层、竖向分段浇筑并分批张拉结构内永久预应力钢束兼做施工期间的临时拉杆，在确保结构安全和耐久性的前提下，使施工周期、费用、复杂程度最小化以提高经济效益和结构耐久性。

为实现上述目的，本发明公开了空腹式连续梁桥v撑节段，包括下弦杆梁、上弦杆梁和外侧上下弦杆汇合段梁。

其中，所述上弦杆梁与所述下弦杆梁闭合形成倒梯形镂空的环状结构，且所述上弦杆梁与所述下弦杆梁间不设竖向连接系杆；

所述下弦杆梁包括采用普通混凝土制成的支座处根部梁和顶面一层超高性能混凝土面层，采用普通钢筋整体贯通布置、混凝土上下叠合浇筑的组合结构技术形成联合截面结构形式，以及两块分别与所述支座处根部梁两侧连接并向上翘起呈v字形的v形下弦杆；

所述支座处根部梁，以及所述v形下弦杆内均设有若干下弦杆预应力钢束；

每一所述下弦杆预应力钢束的两端均延伸并锚固于相应侧的所述v形下弦杆靠近下端的内部张拉槽口处；

两块所述v形下弦杆的两端均与所述外侧上下弦杆汇合段梁靠近下端的第一批浇筑段连接，且两块所述v形下弦杆两端的所述外侧上下弦杆汇合段对称设置；

两块对称的所述上下弦杆汇合段梁之间，设有所述上弦杆梁；

所述上弦杆梁的两端分别与对应的所述外侧上下弦杆汇合段梁中部和顶部的第二批浇筑段同步浇筑后固定连接；

每一所述外侧上下弦杆汇合段梁对应相应的所述上弦杆梁两端第二批浇筑段外侧的位置均设有第三批浇筑段；

所述上弦杆梁内设有第一批张拉上弦杆预应力钢束和第二批张拉上弦杆预应力钢束；

每一所述第一批张拉上弦杆预应力钢束的两端分别延伸并锚固于相应的所述第二批浇筑段内；

每一所述第二批张拉上弦杆预应力钢束的两端分别延伸并锚固于相应的所述第三批浇筑段内。

优选的，所述上弦杆梁和第二批浇筑段呈“冂”字形，两端均设有向下延伸的预应力钢束张拉锚固齿块结构，并与相应的所述预应力钢束张拉锚固齿块结构和相应的所述第二批浇筑段同步浇筑固结；

每一所述外侧上下弦杆汇合段梁的所述第一批浇筑段对应相应的所述预应力钢束张拉锚固齿块结构内侧的位置均设有向上延伸，并分别与相应的所述预应力钢束张拉锚固齿块结构匹配的上下弦杆半圆形过渡段；

每一所述上弦杆梁两端的所述预应力钢束张拉锚固齿块结构均与相应的一对所述外侧上下弦杆汇合段梁上匹配的所述上下弦杆半圆形过渡段卡接；

每一所述上下弦杆半圆形过渡段均与相应的所述第一批浇筑段和相应的所述第二批浇筑段浇筑成一整体。

更优选的，所述上弦杆梁，及其两端的所述预应力钢束张拉锚固齿块结构内均设有第一批张拉上弦杆预应力钢束和第二批张拉上弦杆预应力钢束。

优选的，外侧上下弦杆汇合段梁为箱梁结构。

优选的，所述下弦杆梁的所述支座处根部梁下面依次设有支座、墩身/立柱，以及桥墩承台。

本发明还提供空腹式连续梁桥v撑节段适应软土地基区域的施工方法，步骤如下：

步骤1、安装临时锁定拉压柱，搭设下弦杆和上、下弦杆汇合段模板支架；

步骤2、浇筑所述下弦杆梁采用普通混凝土制成的支座处根部梁和顶面超高性能混凝土，并在两块所述v形下弦杆的上端对应所述上弦杆梁两端的位置浇筑所述第一批浇筑段；

步骤3、张拉部分所述下弦杆梁的所述下弦杆预应力钢束；

步骤4、搭设上弦杆梁模板支架；

步骤5、浇筑所述上弦杆梁和所述外侧上下弦杆汇合段梁的所述第二批浇筑段；

步骤6、张拉所述下弦杆梁内剩余的所述下弦杆预应力钢束；

步骤7、张拉所述上弦杆梁，及其两端预应力钢束张拉锚固齿块结构内的所述第一批上弦杆预应力钢束；

步骤8、拆除上弦杆梁模板支架；

步骤9、浇筑所述外侧上下弦杆汇合段梁的第三批浇筑段；

步骤10、张拉所述上弦杆，以及相应的所述外侧上下弦杆汇合段梁内的所述第二批上弦杆预应力钢束。

优选的，在所述步骤2中，浇筑所述第一批浇筑段时，包括浇筑所述外侧上下弦杆汇合段梁的底板混凝土。

本发明的有益效果：

1、本发明将对应箱梁支座处腹板同步挖空，取消现有技术中支座处上、下弦杆间的竖向连接系杆，将两个镂空的直角三角形合并形成一个倒梯形镂空的环状结构，显著提高桥面下结构的通透率，桥梁整体景观效果最佳化。

2、本发明中采用普通钢筋整体贯通布置、混凝土上下叠合浇筑的组合结构技术，将下弦杆支座处根部梁普通混凝土与其顶面上一层厚10cm的超高性能混凝土(简称uhpc)面层组合形成联合截面结构形式，并内部设置预应力钢束，提高了下弦杆支座处根部梁顶部区域的抗拉性能，解决了结构应力集中问题。

3、本发明采用v撑节段空腹结构水平分层、纵向分段浇筑成型技术，并将上、下弦杆梁内的永久预应力钢束根据各施工工序中结构受力需求分批张拉兼做施工期间临时拉杆，在不额外增加施工期间临时拉杆的前提下，减小了因下弦杆梁和上、下弦杆汇合段梁模板支撑结构下方地基加固偏弱而导致后期浇筑上弦杆梁和上、下弦杆汇合段梁第二、三批浇筑段时，下弦杆梁和上、下弦杆汇合段梁的模板支撑结构发生弹塑性变形和地基沉降等对前期已浇筑完成的下弦杆支座处根部梁造成的不利影响，在确保结构安全和耐久性的前提下，施工周期、费用、复杂程度最小化。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1示出本发明一实施例中完成下弦杆梁普通混凝土、顶面10cm厚uhpc层和外侧上、下弦杆汇合段梁第一批浇筑段混凝土浇筑的状态示意图。

图2示出本发明一实施例中完成上弦杆梁和外侧上、下弦杆汇合段梁第二批浇筑段混凝土浇筑的状态示意图。

图3示出本发明一实施例中完成外侧上、下弦杆汇合段梁第三批浇筑段混凝土浇筑的状态示意图。

具体实施方式

实施例

如图3所示，空腹式连续梁桥v撑节段，包括下弦杆梁1、上弦杆梁2和外侧上下弦杆汇合段梁3。

其中，上弦杆梁2与下弦杆梁1闭合形成倒梯形镂空的环状结构，且上弦杆梁2与下弦杆梁1间不设竖向连接系杆；

下弦杆梁1包括采用普通混凝土制成的支座处根部梁11和顶面一层超高性能混凝土面层14，采用普通钢筋整体贯通布置、混凝土上下叠合浇筑的组合结构技术形成联合截面结构形式，以及两块分别与支座处根部梁11两侧连接并向上翘起呈v字形的v形下弦杆12；

支座处根部梁11，以及v形下弦杆12内均设有若干下弦杆预应力钢束13；

每一下弦杆预应力钢束13的两端均延伸并锚固于相应侧的v形下弦杆12靠近下端的内部张拉槽口处；

两块v形下弦杆12的两端均与外侧上下弦杆汇合段梁3靠近下端的第一批浇筑段31连接，且两块v形下弦杆12两端的外侧上下弦杆汇合段3对称设置；

两块对称的上下弦杆汇合段梁3之间，设有上弦杆梁2；

上弦杆梁2的两端分别与对应的外侧上下弦杆汇合段梁3中部和顶部的第二批浇筑段32同步浇筑后固定连接；

每一外侧上下弦杆汇合段梁3对应相应的上弦杆梁2两端第二批浇筑段32外侧的位置均设有第三批浇筑段33；

上弦杆梁2内设有第一批张拉上弦杆预应力钢束23和第二批张拉上弦杆预应力钢束21；

每一第一批张拉上弦杆预应力钢束23的两端分别延伸并锚固于相应的第二批浇筑段32内；

每一第二批张拉上弦杆预应力钢束21的两端分别延伸并锚固于相应的第三批浇筑段33内。

本发明的原理如下：

将对应箱梁支座处腹板同步挖空，取消现有技术中上弦杆梁2与下弦杆梁1间的竖向连接系杆，将两个镂空的直角三角形合并形成一个倒梯形镂空的环状结构，显著提高桥面下结构的通透率，桥梁整体景观效果最佳化；

下弦杆梁1包括采用普通混凝土制成的支座处根部梁11和顶面一层超高性能混凝土面层14,即uhpc材料，采用普通钢筋整体贯通布置、混凝土上下叠合浇筑的组合结构技术形成联合截面结构形式，并内部设置下弦杆预应力钢束13，以提高下弦杆梁1支座处根部梁顶部区域混凝土的抗拉性能，解决结构应力集中问题；

外侧上下弦杆汇合段梁3分三批浇筑：先第一批浇筑段31与下弦杆梁1普通混凝土和超高性能混凝土同步浇筑，待混凝土强度和弹性模量达到设计强度时，张拉部分下弦杆预应力钢束13，以减小上弦杆模板支架9、上弦杆梁2和第二批浇筑段32等重量导致支撑结构8发生弹塑性变形和地基沉降等对前期已浇筑完成的下弦杆梁1支座处根部梁造成的不利影响；

第二批浇筑段32与上弦杆梁2的混凝土同步浇筑，与第一批浇筑段31、下弦杆梁1结合形成倒梯形镂空的封闭环状结构，待混凝土强度和弹性模量达到设计强度时，张拉剩余下弦杆预应力钢束13和上弦杆梁内对应的第一批张拉上弦杆预应力钢束23兼做施工期间临时拉杆，以减小第三批浇筑段33混凝土重量导致支撑结构8发生弹塑性变形和地基沉降等对下弦杆梁1支座处根部梁造成的不利影响。

在本发明中，取消了现有技术中上下弦杆间的竖向连接系杆并在支座处根部梁采用了超高性能混凝土联合截面组合结构技术，解决了现有技术为避免结构应力集中在上下弦杆间设置竖向系杆而导致桥梁整体景观效果较差的问题；v撑节段空腹结构采用水平分层、纵向分段浇筑成型技术，并分批张拉结构内永久预应力钢束兼做施工期间的临时拉杆，在确保结构安全和耐久性的前提下，减少施工周期和成本；

首先，通过取消现有技术中支座处上、下弦杆间的竖向连接系杆以增加上、下弦杆环状封闭空间内的结构镂空面积，显著提高桥面下结构的通透率，实现桥梁整体景观效果最佳化，具体如下：

1、支座处根部梁11的整体横断面，系普通混凝土11和超高性能混凝土14，采用普通钢筋整体贯通布置、混凝土上下叠合浇筑的组合结构技术形成联合截面结构形式；

2、为增大预应力钢束的有效预压应力，支座处的预应力钢束13管道布置位置应尽可能靠近11和14联合后的截面顶缘；

3、因超高性能混凝土14仅层厚10cm，故无法满足预应力钢束13管道布置的构造要求；

4、为有利于预应力钢束管道与混凝土的结合，预应力钢束13仅布置在普通混凝土11内并尽可能靠近14；

其二，通过采用普通钢筋整体贯通布置、混凝土上下叠合浇筑的组合结构技术，在下弦杆梁1支座处根部梁的顶面组合设置超高性能混凝土面层14,即uhpc材料与普通混凝土组合形成一种顶部区域抗拉强度极高的联合截面结构形式，同时设置下弦杆预应力钢束13，进一步增加下弦杆梁1支座处根部梁11顶面和超高性能混凝土面层14的有效预压应力以加强混凝土抗拉性能，解决结构应力集中问题；

其三，通过上弦杆梁2以及第一批张拉上弦杆预应力钢束23兼施工期间的临时拉杆，与两块外侧上下弦杆汇合段梁3的第二批浇筑段32进行固定，形成封闭环状结构，减小了第三批浇筑段混凝土重量传递给下弦杆梁1支座处根部梁的不利影响；

最后，在上弦杆梁2两端第二批浇筑段的外侧，外侧上下弦杆汇合段梁3第一批浇筑段的上端设置第三批浇筑段33，并通过设置在上弦杆梁2内的第二批张拉上弦杆预应力钢束21加强第三批浇筑段33与上弦杆梁2之间的连接，减小了第三批浇筑段33混凝土重量传递给上弦杆梁2和下弦杆梁1支座处根部梁的不利影响。

在某些实施例中，上弦杆梁2和第二批浇筑段呈“冂”字形，两端均设有向下延伸的预应力钢束张拉锚固齿块结构22，并与相应的预应力钢束张拉锚固齿块结构22和相应的第二批浇筑段32同步浇筑固结；

每一外侧上下弦杆汇合段梁3的第一批浇筑段31对应相应的预应力钢束张拉锚固齿块结构22内侧的位置均设有向上延伸，并分别与相应的预应力钢束张拉锚固齿块结构22匹配的上下弦杆半圆形过渡段34；

每一上弦杆梁2两端的预应力钢束张拉锚固齿块结构22均与相应的一对外侧上下弦杆汇合段梁3上匹配的上下弦杆半圆形过渡段34卡接；

每一上下弦杆半圆形过渡段34均与相应的第一批浇筑段31和相应的第二批浇筑段32浇筑成一整体。

在某些实施例中，上弦杆梁2，及其两端的预应力钢束张拉锚固齿块结构22内均设有第一批张拉上弦杆预应力钢束23和第二批张拉上弦杆预应力钢束21。

在某些实施例中，外侧上下弦杆汇合段梁3为箱梁结构。

在某些实施例中，下弦杆梁1的支座处根部梁11下面依次设有支座4、墩身/立柱5，以及桥墩承台6。

如图1至图3所示，本发明还提供空腹式连续梁桥v撑节段适应软土地基区域的施工方法，步骤如下：

步骤1、安装临时锁定拉压柱7，搭设下弦杆和上、下弦杆汇合段模板支架8；

步骤2、浇筑下弦杆梁1采用普通混凝土制成的支座处根部梁11和顶面超高性能混凝土14，并在两块v形下弦杆12的上端对应上弦杆梁2两端的位置浇筑第一批浇筑段31；

步骤3、张拉部分下弦杆梁1的下弦杆预应力钢束13；

步骤4、搭设上弦杆梁2模板支架9；

步骤5、浇筑上弦杆梁2和外侧上下弦杆汇合段梁3的第二批浇筑段32；

步骤6、张拉下弦杆梁1内剩余的下弦杆预应力钢束13；

步骤7、张拉上弦杆梁2，及其两端预应力钢束张拉锚固齿块结构22内的第一批上弦杆预应力钢束23；

步骤8、拆除上弦杆梁2模板支架9；

步骤9、浇筑外侧上下弦杆汇合段梁3的第三批浇筑段33；

步骤10、张拉上弦杆2，以及相应的外侧上下弦杆汇合段梁3内的第二批上弦杆预应力钢束21。

在某些实施例中，在步骤2中，浇筑第一批浇筑段31时，包括浇筑外侧上下弦杆汇合段梁3的底板混凝土。

在实际应用中，本发明将对应箱梁支座处腹板同步挖空，取消现有技术中支座处上、下弦杆间的竖向连接系杆，将两个镂空的直角三角形合并形成一个倒梯形镂空的环状结构，显著提高桥面下结构的通透率，桥梁整体景观效果最佳化。

本发明中通过采用普通钢筋整体贯通布置、混凝土上下叠合浇筑的组合结构技术，将下弦杆梁支座处普通混凝土与其顶面上结合设置一层厚10cm的超高性能混凝土(uhpc)面层组合形成联合截面结构形式，并内部设置预应力钢束，提高了下弦杆支座处根部梁顶部区域的混凝土抗拉性能，解决了结构应力集中问题。本发明v撑节段空腹结构采用水平分层、纵向分段浇筑成型技术，并分批张拉结构内永久预应力钢束兼做施工期间的临时拉杆，在确保结构安全和耐久性的前提下，施工周期、费用、复杂程度最小化，即：

首先，支架浇筑下弦杆梁1和上、下弦杆汇合段梁第一批浇筑段31混凝土，待混凝土强度和弹性模量达到设计要求时，张拉部分下弦杆预应力钢束13；

然后，在下弦杆梁1上搭设支架浇筑上弦杆梁2和上、下弦杆汇合段梁第二批浇筑段32混凝土，与下弦杆梁1闭合连成一体后，再张拉其余下弦杆预应力钢束13和第一批上弦杆预应力钢束23；

最后，浇筑外侧上、下弦杆汇合段梁第三批浇筑段33混凝土。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。