一种强涌潮区域钢桁梁顶推临时墩结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及桥梁施工技术领域，具体涉及一种强涌潮区域钢桁梁顶推临时墩结构及其施工方法。


背景技术：

2.在传统的钢桁梁作业主要施工工序为散件制造、现场拼装、顶推合拢等。在钢梁顶推施工中，关键工艺为在桥梁墩身上设置分配梁以及滑道梁随后通过液压千斤顶进行拖拉式顶推，桥梁永久墩主要为钢筋混凝土预应力结构，具有足够的强度以及承载力能够抵抗上部结构钢梁带来的竖向的重力，以及顶推过程中产生的水平推力。
3.多跨长联公轨两用悬链形上加劲钢桁梁桥，钢桁梁桥的主要施工原理为：在水上墩zq7#、zq8#之间搭设钢梁散件拼装平台，在拼装平台上进行钢梁散件拼装，待拼装完几个阶段后向中跨进行钢梁顶推，随后继续拼装继续顶推直至中跨合龙。然而考虑到顶推过程中减轻悬臂端自重及满足上墩需求，需在两个主墩之间设置两个临时墩，同时钢桁梁前端接一段45m长导梁。临时墩需与永久主墩承受相同的荷载，但相较于永久墩来说临时墩主要采用拆卸方便的钢管柱，其刚度以及承载力远远达不到要求。且桥址位于钱塘江强涌潮区域，临时墩长期受到涌潮冲击作用，对齐结构设计以及施工造成了一定的困难。
4.综上所述，强涌潮区域大跨度钢桁梁顶推临时墩的设计与施工较传统临时墩结构而言需更加注重细节，并须进一步加强其承载力。


技术实现要素：

5.针对以上不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种强涌潮区域钢桁梁顶推临时墩结构及其施工方法，保证临时墩结构的整体性、刚度以及承载力，便于在临时墩上进行施工。
6.为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是，一种强涌潮区域钢桁梁顶推临时墩结构，包括顶推分配梁、钻孔灌注桩基础、竖向立柱和水平支撑，水平支撑固定连接在相邻的竖向立柱之间，形成墩柱面，墩柱面平行布设，相邻的墩柱面之间通过横向连接结构相互连接，形成单位临时墩柱，顶推分配梁固定连接在单位临时墩柱上，在每个竖向立柱的下端浇筑成形有钻孔灌注桩基础；墩柱面内固定连接有立柱锚固结构，立柱锚固结构分别与相邻的竖向立柱固定连接；竖向立柱内固定连接有立柱加强结构，以增加竖向立柱的细部强度。
7.作为本发明的一种优选方案，立柱加强结构包括上端加强结构、下端加强结构和锚固加强结构，上端加强结构、下端加强结构分别成型在竖向立柱的上下两端，锚固加强结构与水平支撑结构的位置对应，立柱锚固结构与锚固加强结构连接。
8.作为本发明的一种优选方案，竖向立柱包括相互连接的竖向上立柱、竖向中立柱和竖向下立柱，上端加强结构成型于竖向上立柱内，锚固加强结构布成型于竖向中立柱内，
下端加强结构成型于竖向下立柱内，且与钻孔灌注桩基础连接。
9.作为本发明的一种优选方案，下端加强结构包括封板、内牛腿和微膨胀混凝土，封板固定连接在竖向下立柱内，内牛腿分别与封板、竖向下立柱固定连接，在封板上成形有气孔，微膨胀混凝土灌注在封板的两侧，与钻孔灌注桩基础连接。
10.作为本发明的一种优选方案，竖向上立柱、竖向中立柱、竖向下立柱上均连接有连接法兰，相邻的连接法兰之间通过螺栓固定连接。
11.作为本发明的一种优选方案，立柱锚固结构包括预应力锚具、预应力管道和锚索，预应力锚具固定连接在竖向立柱上，预应力管道贯穿竖向立柱、水平支撑设置，锚索安装在预应力管道内，且与两端的预应力锚具固定连接。
12.作为本发明的一种优选方案，预应力锚具包括锚具板、锚具焊接板和锚具连接筒柱，锚具板通过锚具焊接板、锚具连接筒柱焊接在竖向立柱上。
13.作为本发明的一种优选方案，水平支撑、顶推分配梁之间固定连接有斜撑，斜撑与水平支撑或顶推分配梁的连接处连接有斜撑牛腿。
14.作为本发明的一种优选方案，横向连接结构包括横向连接柱和横向斜撑，横向连接柱固定连接在相邻的竖向立柱之间，横向斜撑连接在相邻的横向连接柱之间。
15.上述强涌潮区域钢桁梁顶推临时墩结构的施工方法，包括以下步骤，步骤一， 使用全站仪对临时墩位置以及高程进行定位，从而计算推出钻孔灌注桩基础的中心位子以及竖向立柱的下料长度；用于成型钻孔灌注桩基础的钻孔平台施工完毕后，使用振动打桩机对用于成型临时墩柱的根竖向立柱的灌注桩进行钢护筒打设，经过后续钻孔、清孔、下放钢筋笼、清孔、灌注水下混凝土完成临时墩基础钻孔灌注桩的作业；步骤二： 完成竖向下立柱的准备工作，包括在其内部焊接带混凝土出气孔17的封板以及内牛腿，在竖向下立柱顶端外表面设置连接法兰；随后将凿完桩头的钻孔灌注桩结构钢护筒与竖向下立柱钢管进行对焊，并在内浇筑微膨胀注混凝土，在竖向下立柱内形成下端加强结构，并且下端加强结构与钻孔灌注桩基础连接，加强竖向结构各个构件之间的完整性提高其承载力；步骤三， 对竖向中立柱进行预加工，在后续安装水平支撑的位置处开孔并焊接预应力锚具；再使用履带吊起吊竖向中立柱，人工辅助使竖向中立柱的连接法兰与竖向下立柱的连接法兰对齐，用扭矩扳手拧紧高强螺栓将连接法兰相互连接，并重新校准此时结构半成品高程与垂直度，不符合理论值进行调整；步骤四， 使用履带吊吊装水平支撑焊接至竖向中立柱相应位置，竖向中立柱开孔部位与水平支撑空心钢管对齐，同时在水平支撑与竖向中立柱连接下侧外表面加焊外牛腿进一步加强结构连接性能；步骤五，将预应力管道贯穿预应力锚具、竖向中立柱、水平支撑安装；步骤六， 保证预应力管道水平后在竖向中立柱内浇筑微膨胀注混凝土，待微膨胀注混凝土终凝后，使用履带吊起吊竖向上立柱，人工辅助使竖向中立柱的连接法兰与竖向下立柱的连接法兰对齐，用扭矩扳手拧紧高强螺栓将连接法兰相互连接，并重新校准此时结构半成品高程与垂直度，不符合理论值进行调整；步骤七：使用履带吊起吊斜撑，将斜撑焊接在水平支撑、顶推分配梁之间；步骤八：在预应力管道内穿设锚索，同时张拉所有锚索通过预应力锚具进行锚固；
步骤九：重复步骤一到步骤八，完成临时墩另一墩柱面结构，最后在相邻的竖向立柱之间焊接横向连接柱，在相邻的横向连接柱之间焊接横向斜撑，完成相邻的墩柱面连接。
16.本发明的有益效果是，（1）通过连接法兰的设置，可提高现场临时结构（竖向立柱）安装拆除的效率，同时避免大吨位大体积吊装工作，提高施工安全；（2）通过钻孔灌注桩基础以及水平支撑的立柱锚固结构，极大的增加了临时墩结构的应对顶推过程中承受的钢梁竖向重力以及水平推力；（3）通过对竖向立柱钢管桩内部设置牛腿灌注混凝土以及在临时墩各个构件连接薄弱处焊接外牛腿等细节处理，进一步提高临时墩结构的整体性、刚度以及承载力。
附图说明
17.图1是本发明的主视图。
18.图2是本发明的侧视图。
19.图3是下端加强结构的结构示意图。
20.图4是下端加强结构的俯视图。
21.图5是竖向立柱中柱连接法兰处的结构示意图。
22.图6是竖向立柱上柱与顶推分配梁的连接示意图。
23.图7是立柱锚固结构的结构示意图。
24.附图标记：钻孔灌注桩基础1，竖向立柱下柱2，竖向立柱中柱3，竖向立柱上柱4，水平支撑5，立柱加强结构6，上端加强结构6-1，下端加强结构6-2，锚固加强结构6-3，斜撑7，上斜撑7-1，下斜撑7-2，斜撑牛腿7-3，斜撑法兰7-4，顶推分配梁8，横向连接结构9，横向连接柱9-1，横向斜撑9-2，立柱锚固结构13，微膨胀注混凝土14，内牛腿15，封板16，混凝土出气孔17，连接法兰18，螺栓19，预应力锚具20，锚具板20-1，锚具焊接板20-2，锚具连接筒柱20-3，预应力管道21，锚索22。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明进行进一步描述。
26.一种强涌潮区域钢桁梁顶推临时墩结构，包括顶推分配梁8、钻孔灌注桩基础1、竖向立柱和水平支撑5，在每个竖向立柱的下端浇筑成形有钻孔灌注桩基础1，以保证竖向立柱的安装稳定性；两根竖向立柱平行设置，水平支撑5焊接在两根相邻的竖向立柱之间，从而形成单个墩柱面（一个墩柱面由两根竖向立柱、一根水平支撑5构成），两个墩柱面平行布设，相邻的墩柱面之间通过横向连接结构9相互连接，从而形成一个单位临时墩柱，该临时墩柱结构具有一定竖向承载能力的竖向结构体系，顶推分配梁8固定连接在单位临时墩柱上。
27.在每个墩柱面内设置有斜撑7结构，斜撑7连接在水平支撑5、顶推分配梁8之间，斜撑7与水平支撑5或顶推分配梁8的连接处连接有斜撑牛腿7-3，通过斜撑7与水平支撑5、顶推分配梁8形成稳定的三角形结构，从而保证每个墩柱面的强度以及稳定性。
28.为便于后续将顶推分配梁8与临时墩柱结构进行分离，斜撑7包括可拆式连接的上斜撑7-1和下斜撑7-2，上斜撑7-1固定焊接在顶推分配梁8的中部，下斜撑7-2固定焊接在水平支撑5的端部，上斜撑7-1、下斜撑7-2的连接面上固定连接有斜撑法兰7-4，通过螺栓将斜
撑法兰7-4可拆式连接，便于对斜撑7进行拆解、连接，保证本临时墩柱结构的拆装便利性。
29.为保证临时墩结构能稳定的立于江中承受强涌潮作用，提高临时墩柱的整体性，本实施例中，横向连接结构9包括三根横向连接柱9-1和两根横向斜撑9-2，三根横向连接柱9-1分别连接在相邻的竖向上立柱4、竖向中立柱3、竖向下立柱2之间，两根横向斜撑9-2连接在相邻的横向连接柱9-1之间，在墩柱面之间形成两个正反z字形连接结构。
30.为进一步提高临时墩结构的整体稳定性以及钢梁竖向荷载承载能力，墩柱面内固定连接有立柱锚固结构13，立柱锚固结构13分别与相邻的竖向立柱的竖向中立柱3固定连接。
31.立柱锚固结构13包括预应力锚具20、预应力管道21和锚索22，预应力锚具20固定连接在竖向立柱的竖向中立柱3上，预应力管道21贯穿竖向立柱、水平支撑5设置，锚索22安装在预应力管道21内，保证锚索22的安装便利性，且锚索22的两端与预应力锚具20固定连接。
32.在本实施例中，为便于预应力管道21的穿设，在竖向中立柱3的侧壁上开设有通孔，通孔的位置与水平支撑5的钢管中空部对应。
33.预应力锚具20包括锚具板20-1、锚具焊接板20-2和锚具连接筒柱20-3，锚具板20-1用于固定锚索22的两侧端部，锚具板20-1通过锚具焊接板20-2、锚具连接筒柱20-3焊接在竖向立柱上，锚具连接板20-2固定焊接在锚具板20-1、竖向中立柱3外侧壁之间，锚具连接筒柱20-3插入用于穿设预应力管道21的通孔内，并且与竖向中立柱3焊接。
34.为便于预应力管道21的穿设，锚具连接筒柱20-3的孔径大于预应力管道21的管道外径。
35.为构成一个能应对强涌潮作用安拆方便同时具有一定竖向承载能力的竖向结构体系，竖向立柱包括相互连接的竖向上立柱4、竖向中立柱3和竖向下立柱2，竖向上立柱4、竖向中立柱3、竖向下立柱2上均连接有连接法兰18，相邻的连接法兰18之间通过螺栓19固定连接。
36.作为钢桁梁顶推过程中钢桁梁的顶推点，临时墩应与桥梁钢筋混凝土永久墩承受相同的荷载。临时墩结构相较于永久墩而言采用体积小承载能力高的钢结构，然而临时墩构件多为钢管型钢，空心钢管承载竖向荷载能力较好，在承受水平荷载时易变形从而影响整体结构稳定性。故针对空心钢管易变形这个特点，临时墩结构在设计时对竖向立柱的结构细部进行了优化加强处理，即在竖向立柱内固定连接有立柱加强结构6，以增加竖向立柱的细部强度。
37.立柱加强结构6包括上端加强结构6-1、下端加强结构6-2和锚固加强结构6-3，上端加强结构6-1、下端加强结构6-2分别成型在竖向立柱的上下两端，锚固加强结构6-3与水平支撑5结构的位置对应，立柱锚固结构13与锚固加强结构6-3连接。
38.进一步的，上端加强结构6-1成型于竖向上立柱4的顶部，保证竖向上立柱4与顶推分配梁8接触部位的强度，锚固加强结构6-3布成型于竖向中立柱3内，下端加强结构6-2成型于竖向下立柱2内，且与钻孔灌注桩基础1连接，保证竖向立柱的整体强度。
39.锚固加强结构6-3将竖向中立柱3的中空部分全部填充，保证竖向中立柱3的强度，防止立柱锚固结构13施加预应力时，竖向中立柱3发生形变。
40.下端加强结构6-2包括封板16、内牛腿15和微膨胀混凝土14，封板16固定连接在竖
向下立柱2内，内牛腿15分别与封板16、竖向下立柱2固定连接，在封板16上成形有气孔17，微膨胀混凝土14灌注在封板16的两侧，在灌注过程中，微膨胀混凝土14可以通过气孔17流动至封板16下方，从而在微膨胀混凝土14凝结过程中与钻孔灌注桩基础1连接。
41.本实施例中，上端加强结构6-1与下端加强结构6-2一致，在竖向上端立柱4安装前，将竖向上端立柱4倒置，封板16固定连接在竖向上端立柱4的开口处，然后在封板16上灌注微膨胀混凝土14，等微膨胀混凝土14凝结后对竖向上端立柱4进行安装。
42.上述强涌潮区域钢桁梁顶推临时墩结构的施工方法，包括以下步骤，步骤一， 使用全站仪对临时墩位置以及高程进行定位，从而计算推出钻孔灌注桩基础的中心位子以及竖向立柱的下料长度；用于成型钻孔灌注桩基础的钻孔平台施工完毕后，使用振动打桩机对用于成型临时墩柱的根竖向立柱的灌注桩进行钢护筒打设，经过后续钻孔、清孔、下放钢筋笼、清孔、灌注水下混凝土等一系列施工工序后完成临时墩基础钻孔灌注桩的作业；步骤二： 完成竖向下立柱的准备工作，包括在其内部焊接带混凝土出气孔的封板以及内牛腿，在竖向下立柱顶端外表面设置连接法兰；随后将凿完桩头的钻孔灌注桩结构钢护筒与竖向下立柱钢管进行对焊，并在内浇筑微膨胀注混凝土，在竖向下立柱内形成下端加强结构，并且下端加强结构与钻孔灌注桩基础连接，加强竖向结构各个构件之间的完整性提高其承载力；步骤三， 对竖向中立柱进行预加工，在后续安装水平支撑的位置处开孔并焊接预应力锚具；再使用履带吊起吊竖向中立柱，人工辅助使竖向中立柱的连接法兰与竖向下立柱的连接法兰对齐，用扭矩扳手拧紧高强螺栓将连接法兰相互连接，并重新校准此时结构半成品高程与垂直度，不符合理论值进行调整；步骤四， 使用履带吊吊装水平支撑焊接至竖向中立柱相应位置，竖向中立柱开孔部位与水平支撑空心钢管对齐，同时在水平支撑与竖向中立柱连接下侧外表面加焊外牛腿进一步加强结构连接性能；步骤五，将预应力管道贯穿预应力锚具、竖向中立柱、水平支撑安装；步骤六， 保证预应力管道水平后在竖向中立柱内浇筑微膨胀注混凝土，待微膨胀注混凝土终凝后，使用履带吊起吊竖向上立柱，人工辅助使竖向中立柱的连接法兰与竖向下立柱的连接法兰对齐，用扭矩扳手拧紧高强螺栓将连接法兰相互连接，并重新校准此时结构半成品高程与垂直度，不符合理论值进行调整；步骤七：使用履带吊起吊斜撑，将斜撑焊接在水平支撑、顶推分配梁之间；步骤八：在预应力管道内穿设锚索，同时张拉所有锚索通过预应力锚具进行锚固；步骤九：重复步骤一到步骤八，完成临时墩另一墩柱面结构，最后在相邻的竖向立柱之间焊接横向连接柱，在相邻的横向连接柱之间焊接横向斜撑，完成相邻的墩柱面连接。
43.墩柱面上的斜撑7安装还包括以下步骤，步骤a:现场测量人工微调使下斜撑7-2钢管焊接至竖向中立柱、水平支撑5连接处相应位置，随后起吊上斜撑7-1通过斜撑法兰7-4与下斜撑7-2连接；安装完一侧斜撑后安装另一侧斜撑7；步骤b：对现场左右两斜撑6-7顶端面高程，经过微调使竖向立柱顶面与左右斜撑7顶面在同一水平面；
步骤c：吊装顶推分配梁8至上斜撑7-1与竖向立柱顶面并调整其水平位置，同时进行微调保证其水平度满足钢梁顶推需求，在上斜撑7-1、下斜撑7-2与各个部件的连接处焊接外牛腿12。
44.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
45.尽管本文较多地使用了图中附图标记对应的术语，但并不排除使用其它术语的可能性；使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。