一种高架桥曲线段钢箱梁支持体系在既有桥梁上施工方法与流程

1.本发明涉及桥梁施工领域，具体涉及一种高架桥曲线段钢箱梁支持体系在既有桥梁上施工方法。


背景技术：

2.钢箱梁吊装施工使吊装基础安装在现有桥梁上的应用较少，目前国内外对该类桥梁施工的支持体系研究不足。新建高架桥钢箱梁吊装需跨过既有桥梁，支持体系空间和时间限制，导致需安装在既有桥梁上。目前，城市高架桥、立交桥多在既有桥梁的基础上进行设计施工，在工程实际应用中都不很成熟。
3.新建钢箱梁与既有桥梁重叠较多，若在既有桥梁两侧搭设支持体系，支持体系中横梁由于过长，导致造价过高，存在安全隐患，考虑吊装需求架设在既有桥梁上，节约施工成本。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是在既有桥梁上进行钢箱梁的吊装施工方法不成熟，目的在于提供一种高架桥曲线段钢箱梁支持体系在既有桥梁上施工方法，解决了高架桥曲线段钢箱梁支持体系在既有桥梁上施工问题。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种高架桥曲线段钢箱梁支持体系在既有桥梁上施工方法，包括以下步骤：
7.对待施工区域进行地形测量，获得相关数据；
8.对待施工区域进行基础处理；
9.建立支持体系模型，进行支持体系建模验算，并通过结构安全计算支持体系对既有桥梁的受力影响，若存在隐患，则分析并优化支持体系模型至无隐患；
10.通过支持体系模型选定支持体系在既有桥梁上的位置；
11.测量放线；
12.进行支持体系的安装；
13.钢箱梁吊装施工；
14.施工完成，并拆除施工辅助件。
15.具体地，所述对待施工区域进行地形测量，获得地形数据具体包括以下步骤：
16.根据地形勘测、施工图纸、围堰设计进行测量放样，确定施工便道及围堰位置；
17.其中，地形数据包括各地物点、地形点的平面位置、地形点的高程数据。
18.具体地，所述对待施工区域进行基础处理具体包括以下步骤：
19.根据工程进度计划，进行控制测量和地形图野外数据采集，收集地形数据、既有桥梁资料；
20.进行施工便道和围堰施工；
21.测量放出施工便道底边线，将便道底部软土挖出，并将便道底部填平，其中施工便
道按1:1放坡，便道底部开挖宽度不小于路堤宽度与放坡宽度之和；
22.根据地形点高程数据，将填料运至路基填筑端进行分层填筑；
23.在进行分层填筑过程中，分层夯实水面处的填料，待围堰至预定位置，合拢成型后，对围堰外围进行防护加固。
24.具体地，所述对待施工区域进行基础处理还包括一种清淤方法，具体为通过清水泵将基坑内的干净的基坑水抽干后，通过加压水枪冲起、搅混基底淤泥，同时基坑内的泥浆泵抽出浑浊的基坑水。
25.具体地，所述建立支持体系模型，进行支持体系建模验算，并通过结构安全计算支持体系对既有桥梁的受力影响，若存在隐患，则分析并优化支持体系模型至无隐患，具体包括以下步骤：
26.建立支持体系计算模型；
27.加载支持体系载荷，并进行反力计算；
28.根据反力设计混凝土基础；
29.建立支持体系结构计算几何模型；
30.设定桥面宽度、柱梁混凝土强度，将永久支承按结构连续梁支承条件进行约束；
31.按部分预应力a类构件进行计算，计算内容包括箱梁结构桥受力进行计算分析和汽车荷载效应与支架荷载效应对桥墩竖向力的分配计算分析；
32.根据计算分析的结果，判断是否存在隐患，若存在隐患则修改支持体系结构计算几何模型。
33.具体地，所述箱梁结构桥受力进行计算分析包括：
34.持久状况箱梁结构的正截面混凝土法向压应力、预应力钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主应力验算；
35.持久状况正常使用极限状态箱梁结构的正截面和斜截面抗裂验算；
36.持久状况承载能力极限状态箱梁结构的正截面抗弯承载力验算；
37.所述汽车荷载效应与支架荷载效应对桥墩竖向力的分配计算分析包括：
38.汽车单项效应引起的桥台处及中墩处支反力验算；
39.分配到桥台单个桩基及中墩单个墩上的竖向力验算。
40.优选地，所述测量放线具体方法包括根据桥梁中心线、临时支墩轴线和节段的划分情况，用经纬仪或全站仪确定临时支墩的横纵坐标及标高。
41.具体地，所述进行支持体系的安装具体包括：
42.支持体系下部采用混凝土基础，且通过膨胀螺栓进行连接；
43.临时支墩采取钢管格构柱，并根据钢箱梁节段的自重及现场的地质条件确定临时支墩的尺寸及构造。
44.具体地，所述钢箱梁吊装施工具体包括：
45.吊机就位；
46.装有钢箱梁的运梁平板车就位，并在钢箱梁的两端各设置两条缆风绳；
47.起吊钢箱梁；
48.运梁平板车退出；
49.吊臂空中回转、移位后，落梁就位。
50.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
51.本发明通过进行现场勘查设计，建模分析，减少在施工阶段、吊装初期和吊装后期对既有桥梁结构的影响，优化支持体系在既有桥梁上的位置，进而对钢箱梁吊装施工，可以有效减少对既有桥梁的影响，，具有缩短施工周期、支架整体性好、节省工程费用、易于质量控制和安全管理等特点
附图说明
52.附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
53.图1是根据本发明所述的一种高架桥曲线段钢箱梁支持体系在既有桥梁上施工方法的流程示意图。
54.图2是根据本发明所述的基础处理的流程示意图。
具体实施方式
55.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
56.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
57.在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
58.新建高架桥钢箱梁施工自然条件复杂，车流量大，保通困难，钢箱梁在既有桥梁上施工建模分析控制难度较大。
59.本实施例根据工程环境条件的分析，进行现场地形勘测及水位监测，了解河水变化情况，以确定支持体系的施工的布置时间，避免在汛期施工；
60.根据招标文件及现场实际情况，场地规模，施工条件，进度计划等确定支持体系类型、数量、布置等工作，进而确定支持体系的位置的选择、架设方法和设备选择；
61.进行施工现场的工作，确定桥梁墩柱、腹板位置、支持体系具体位置地形、吊装设备功率、设备数量等参数，确定各工序的完成时间等工效参数及相应的质量检验工作；
62.实施例一
63.本实施例提供一种高架桥曲线段钢箱梁支持体系在既有桥梁上施工方法，包括以下步骤：
64.对待施工区域进行地形测量，获得相关数据；
65.对待施工区域进行基础处理；
66.建立支持体系模型，进行支持体系建模验算，并通过结构安全计算支持体系对既有桥梁的受力影响，若存在隐患，则分析并优化支持体系模型至无隐患；
67.通过支持体系模型选定支持体系在既有桥梁上的位置；
68.测量放线；
69.进行支持体系的安装；
70.钢箱梁吊装施工；
71.施工完成，并拆除施工辅助件。
72.实施例二
73.下面提供一个具体的实施例，对实施例一进行补充说明。
74.第一步，对待施工区域进行地形测量，获得地形数据。
75.根据工程进度计划，进行控制测量和地形图野外数据采集，收集地形数据、既有桥梁资料；
76.准备各类测绘仪器及器材，制作测量标志等，行控制测量和地形图野外数据采集，包括各地物点、地形点的平面位置和高程数据；并通过业内计算机进行数据处理，最终成图。
77.根据测绘数据进行数据处理，并最终成图为本领域技术人员能够理解并实施的技术，再此不做赘述。
78.其中，地形数据包括各地物点、地形点的平面位置、地形点的高程数据。
79.第二步，对待施工区域进行基础处理。
80.根据地形勘测、施工图纸、围堰等设计要求进行测量放样，确定施工便道及围堰位置；
81.然后确定进行施工便道和围堰施工；
82.测量放出施工便道底边线，将便道底部软土挖出，并将便道底部填平，其中施工便道按1:1放坡，便道底部开挖宽度不小于路堤宽度与放坡宽度之和；便道施工时布置4根100米长的dn100混凝土管。土质路堑段采用机械回填，尽量做到保护周围环境，尽可能少的破坏河边绿化等。
83.填料装运：调料高度按施工机械性能确定，采用装载机或挖掘机配自卸车装运的方式，并根据地形点高程数据，将填料运至路基填筑端进行分层填筑；
84.在进行分层填筑过程中，分层夯实水面处的填料，待围堰至预定位置，合拢成型后，对围堰外围进行防护加固。
85.围堰合拢后进行基底清淤，一般河床床底为淤泥质粘土。
86.通过清水泵将基坑内的干净的基坑水抽干后，通过加压水枪冲起、搅混基底淤泥，同时基坑内的泥浆泵抽出浑浊的基坑水。
87.清淤干净后，抛填粘土至设计标高，分层采用18t压路机进行夯实，保证承载力达到200kpa以上。根据钢箱梁现场吊装情况所设的马道，待工程结束后，采用运土车辆等机械运至弃土场。
88.马道的修建宜采用素土回填夯实，采用压路机进行碾压，确保桥梁吊装及吊机行走过程中不发生沉降、变形，马道修建高度应为距桥梁底面高度差不大于7米，以确保钢箱梁吊装的顺利进行。
89.第三步，支持体系建模验算
90.建立支持体系模型，进行支持体系建模验算。
91.建立支持体系计算模型，加载支持体系载荷，并进行反力计算，根据反力设计混凝土基础。
92.本实施例中以陇海路高架桥曲线段范围为k20+345.212～k20+535.212，是36+59+
59+36m四跨连续钢箱梁长190m，桥梁分单幅，全宽25.5m为例
93.本桥在钢箱梁吊装施工期间需要有支架位于既有七里河桥(既有桥梁)上。七里河桥(既有桥梁)既有为四幅分离式混凝土连续梁桥跨度为30+45+30m，两幅最外侧桥为人行桥宽9m，两内幅车行桥全宽18.5m。两侧钢箱梁重量为443吨+443吨，荷载按照均布荷载布置(荷载分布宽度10米)，再考虑1.4的活载系数，则支架上的荷载为443*10*1.4/(2*20)＝155kn/m，建立支持体系计算模型：
94.进行反力计算，结果为道路上基础的反力分别为1367kn和1319kn，按照该部分轴力对混凝土基础进行设计。
95.计算出基底平均压力196kpa，基底最大压力392kpa。
96.第四步，对支持体系进行结构安全性计算。
97.通过结构安全计算支持体系对既有桥梁的受力影响，若存在隐患，则分析并优化支持体系模型至无隐患。
98.本实施例计算用于30+45+30七里河桥(既有桥梁)预应力混凝土连续箱梁。
99.建立支持体系结构计算几何模型，设定桥面宽度、柱梁混凝土强度，将永久支承按结构连续梁支承条件进行约束，按部分预应力a类构件进行计算。
100.采用桥梁博士平面杆系有限元程序(v3.2.0)建模分析，采用梁单元进行模拟，桥面宽度为18.5m。主梁采用c50强度等级混凝土，按部分预应力a类构件计算。永久支承按结构连续梁支承条件进行约束。
101.依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(jtg d62-2004)相关的规定，对箱梁结构桥受力进行计算分析：
102.(1)持久状况(使用阶段)箱梁结构的正截面混凝土法向压应力、预应力钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主应力验算；
103.(2)持久状况正常使用极限状态箱梁结构的正截面和斜截面抗裂验算；
104.(3)持久状况承载能力极限状态箱梁结构的正截面抗弯承载力；
105.针对汽车荷载效应与支架荷载效应对桥墩竖向力的分配做定性分析。
106.(1)汽车单项效应引起的桥台处及中墩处支反力为1700kn,2700kn。分配到桥台单个桩基及中墩单个墩上的竖向力为1700/2kn,2700/2kn。
107.(2)支架荷载的最不利因素为其为横向偏心布置荷载，会引起很大的横向墩桩不平衡力，具体分配后分配到桥台单个桩基及中墩单个墩上的竖向力为1000kn,1300kn。
108.(3)对比汽车与支架的效应可知，对于中墩来说竖向力分配几乎相当，再加上支架荷载不会引起其制动力等水平因素，可定性认为中墩及中墩下桩基竖向承载力应没有问题。但是对于桥台处靠近支架侧的边墩及桩基的竖向力效应大于汽车车道荷载效应，此情况定性认为大于原设计的所考虑的最大竖向力，差值约300kn左右，有一定的安全隐患。
109.第五步，支持体系在既有桥梁上位置选定。
110.本桥是在支架计算竖向反力及认定既有桥结构无不良缺陷的前提下进行：
111.(1)针对梁体整体纵向计算中，此支架荷载虽然较大，但是对于整体梁部计算结果来看，其梁部整体结构效应基本可以满足各项结构要求。
112.(2)对于桥面板部分局部计算情况来看，由于荷载较为集中桥面板腹板附近部分裂缝宽度超限，及抗弯承载力局部不满足规范，需进一步调整优化。
113.(3)对于下部结构来说，定性对比计算中墩及基础可满足要求，但是桥台处靠近支架侧桩超过原设计状态的竖向力，有一定的安全隐患。
114.本支架总荷载较大，但梁体整体纵向分析情况尚可，对于以上第2,3条的情况来说主要是由于本支架荷载的支柱分布情况不均引起，对于第2条原因可调整支柱的间距，务必是每排支柱直接对应于梁部腹板的中心位置可减少对桥面板的较大集中力效应，减小剪力及负弯矩效应。
115.对于第3条因素，主要是由于支架位于横桥向的一段所引起，若荷载整体均布于横桥向宽度，支架荷载作用线其下部分配的竖向力可小于汽车荷载作用，可布置于桥上的单个支架改为两个支架，布置方式使每个支架的两排支柱均位于腹板中心处布置，钢支架上方的横抬梁继续外伸加长超过车行道桥中心处下设分配均布至两个支架上。
116.第六步，支持体系安装。
117.测量放线具体方法包括根据桥梁中心线、临时支墩轴线和节段的划分情况，用经纬仪或全站仪确定临时支墩的横纵坐标及标高。
118.支持体系下部采用混凝土基础，且通过膨胀螺栓进行连接，(以z10～z12支架为例)。
119.临时支墩采取钢管格构柱，并根据钢箱梁节段的自重及现场的地质条件确定临时支墩的尺寸及构造。
120.z10～z12节段支持体系搭设：
121.根据钢箱梁节段的自重及现场的地质条件，支持体系采取钢管格构柱。
122.临时支墩主结构均四肢采用φ426mm
×
8mm的q235钢管。其横断面为3m
×
3m，顶部采用双排40a#工字钢与钢管焊接，并在顶部设置φ325mm
×
8mm
×
1500mm调平钢管，间距1m；同时每套临时支墩上部设置两台50t液压千斤顶，可对钢箱梁进行线形调整。各承力钢管横断面以及侧面的连接均采用l100
×
8的角钢连接，加强结构的整体稳定性。每组支墩的各支墩间用l100
×
8的角钢横向和纵向连接，加强各组支撑的稳定性。z12～z14节段支架搭设：
123.z12～z14节段支架搭设：
124.临时支墩主结构均四肢采用φ273mm
×
8mm的q235钢管。其横断面为2m
×
2m，顶部采用双排40a#工字钢与钢管焊接，并在顶部设置φ325mm
×
8mm
×
1500mm调平钢管，间距1m；同时每套临时支墩上部设置两台50t液压千斤顶，可对钢箱梁进行线形调整。各承力钢管纵横断面采用16#槽钢连接，以及侧面的斜撑连接均采用l100
×
8角钢连接，加强结构的整体稳定性。垫板采用16mm
×
600mm
×
600mm钢板。
125.第七步，钢箱梁吊装施工。
126.吊机就位；，装有钢箱梁的运梁平板车就位，并在钢箱梁的两端各设置两条缆风绳，起吊钢箱梁，运梁平板车退出，吊臂空中回转、移位后，落梁就位。
127.吊装前做好现场的各项准备工作，特别是临时墩轴线放线，标高定位、侧面定位线并做好纵向限位装置，支座垫石两侧放置临时垫块等。
128.钢箱梁吊装施工的作业流程：吊机就位
→
装有梁段的运梁平板车就位
→
起吊钢箱梁
→
运梁平板车退出
→
吊臂空中回转、移位
→
吊机缓慢落梁就位。
129.钢箱梁于吊装前,安排两名装吊工观察周围临时设施状况，支腿、挂钢丝绳。吊机按设计就位后，支腿并安装好分配梁。
130.指挥吊机将钢箱梁空中旋转，钢箱梁两端各设置两条缆风绳，每条绳配4个装吊工拉缆风，缆风绳的作用一是牵引、二是稳定梁体，旋转至墩身支座和支持体系顶最近位置稳定。
131.吊机将钢箱梁缓慢落位，靠近桥墩端先就位，注意控制箱梁到桥墩帽梁间隙,调整轴向定位,保证伸缩缝的尺寸，确保梁体平面位置准确。
132.安装时，观察既有桥梁及支持体系的变化，如发现变化及时停止吊装；安装完成后在附近固定的建筑物上设置沉降观测点，用来对整个支架的沉降状况及稳定性进行观测。随时观察沉降值，确保地基稳固不下沉。
133.第八步，施工完成，并拆除施工辅助件。
134.拆除顺序：脚手板
→
上横梁
→
斜撑
→
立柱
→
底部平联；拆除前应先拆除支架上杂物及地面障碍物；拆除作业必须由上而下逐层拆除，严禁上下同时作业；
135.实施例三
136.根据上述施工方法，本实施例提供另外几个应用实例。
137.(1)郑州市陇海路快速通道工程bt项目第十标段
138.工程概况
139.陇海路快速通道工程是郑州市道路快速系统的重要组成部分，西起西四环西，东至京港澳高速东，全长32.5公里，全线采用高架快速路+地面辅道形式穿越中心城区。沿线共设置互通立交4座，分别为西四环立交、京广路立交、中州大道立交和107辅道立交。
140.承建郑州市陇海路快速通道工程bt项目第十标段，施工范围西起十里铺街东侧，东至东周路，桩号范围为k20+074.347～k22+114.081，主线高架桥梁长2040m，全线施工包括高架桥及地面辅道，本标段第四联为钢箱梁。
141.施工情况
142.郑州市陇海路快速通道工程工程于2013年11月开工，计划于2015年5月竣工。其钢箱梁施工最高日约为3000吨，工程最高月完成量为10000吨。
143.(2)郑州市陇海路快速通道工程bt项目第九标段
144.工程概况
145.陇海路快速通道工程是郑州市道路快速系统的重要组成部分，西起西四环西，东至京港澳高速东，全长32.5公里，全线采用高架快速路+地面辅道形式穿越中心城区。沿线共设置互通立交4座，分别为西四环立交、京广路立交、中州大道立交和107辅道立交。
146.承建郑州市陇海路快速通道工程bt项目第九标段，西起中州大道西侧(桩号:k19+124.00),东至十里铺街(桩号：k20+074.347),主线高架桥梁长950.347m，全线施工包括高架桥及地面辅道，本标段主线第四联、es05联、ne04联、ne05联、sw05联、sw07联、wn05联、wn07联、ws03联、zx03联、yx04联为钢箱梁。
147.施工情况
148.郑州市陇海路快速通道工程bt项目第九标段于2013年12月开工，计划于2015年6月竣工。其钢箱梁施工最高日吊装约为298吨，工程最高月完成量为4719吨。
149.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上
述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
150.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
151.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。