大跨度钢箱连拱桥施工方法

摘要

本发明公开了大跨度钢箱连拱桥施工方法，包括钢箱梁大节段划分、便道及龙门吊布置、钢栈桥布置、支架搭设、钢箱梁拼装、安装其他孔跨钢梁和支架拆除七个步骤。本发明钢箱梁采用在拼装场完成大节段拼装，平板车运输，龙门吊吊装大节段箱梁，减少了现场安装的焊接工程量，有利于保证工程质量，在安装施工前通过BIM虚拟安装技术，找出钢桥梁大节段在安装过程中出现的问题并给出最佳修正方案，减少现场工作，提高施工质量。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及大跨度钢箱连拱桥施工方法。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，对交通的要求日益提高，钢结构桥梁作为重要的基础设施发挥着不可替代的作用。尤其是大跨度钢箱连拱桥以其独特的结构、优美的造型受到了人们的青睐，广泛应用于公路交通基础设施建设中。

目前大跨度钢箱连拱桥在施工时存在一定的不足之处，钢箱梁在施工过程中，钢箱梁的大节段不便于运输，且拼装不便，导致大跨度钢箱连拱桥的施工难度较高，并且施工工期长，经济效益低，工程风险较大，不利于建设的需要。

发明内容

本发明的目的是解决上述的不足，提供大跨度钢箱连拱桥施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：大跨度钢箱连拱桥施工方法，包括如下步骤：

步骤1，钢箱梁大节段划分：对钢箱梁进行吊装分段的划分，在一跨内将钢箱梁划分为拱脚、拱肋、拱梁、空腹区箱梁和桥面板；

步骤2，便道及龙门吊布置：大桥永久征地线右侧设置临时施工便道；钢梁安装采用龙门吊吊装的方式；

步骤3，钢栈桥布置：钢栈桥设置在新建钢箱梁一侧，钢栈桥采用上承式结构型式，作为钢梁运输通道；外侧设置钢管桩基础，龙门吊轨道设置在钢管桩基础上；

步骤4，支架搭设：中间支架横向分布设置有六组，所述支架包括四角的立柱，支架的顶部设置采用工字钢作为分配梁，所述分配梁用作焊接用施工脚手架；

步骤5，钢箱梁拼装：

(1)吊装两端的拱脚并进行粗定位；利用支架上的千斤顶将拱脚精确调整定位；浇筑拱脚混凝土；

(2)吊装两侧的拱肋；精确调整定位并完成拱肋与拱脚之间的连接；

(3)吊装拱梁并进行临时固定；精确调整定位并完成拱梁和拱肋之间的连接，在两侧拱梁之间预留合龙口；

(4)吊装拱梁结合段之间的箱间横梁及桥面板并完成桥上连接；

(5)安装合龙段及桥面板，完成拱梁结合段合龙。

(6)空腹区箱梁梁段采用两台龙门吊抬吊整跨整体起吊安装，安装箱梁之间的横梁及桥面板，空腹区箱梁合龙完成；

步骤6，安装其他孔跨钢梁：重复所述步骤5对其他孔跨钢梁进行安装，直至大跨度钢箱连拱桥安装完成；

步骤7，支架拆除：当大跨度钢箱连拱桥安装完成后，各跨同步对称拆除支架。

进一步的，所述步骤1中钢箱梁大节段的拱脚受运输限制，分上下两个分段，工厂加工制作后在现场拼装成整体；拱肋受运输限制，分左右二个分段工厂加工制作后在现场拼装成整体；空腹区箱梁受运输限制，分左右二个分段工厂加工制作后在现场拼装成整体；拱梁结合段分成多个加工分段现场拼装。

进一步的，在所述步骤1之前，进行预拼装场地准备，确定预拼装布置大小，合理规划构建运输通道和临时堆放场地，采取有效的成品堆放保护措施。

进一步的，在所述步骤1之后，还包括BIM模拟安装：建立吊装完成后的钢箱梁实景模型与待拼装的钢箱BIM模型；然后对模型进行运输路线模拟、吊装模拟，分析比对得到位置拟合调整坐标，根据模拟调整坐标对钢桥安装进行调整。

进一步的，在所述步骤7之后，对大跨度钢箱连拱桥上的附属结构进行施工。

进一步的，在附属结构施工之后，对大跨度钢箱连拱桥进行荷载试验，全桥施工完成。

进一步的，在龙门吊起吊之前，进行试吊，确认龙门吊无差错后正式起吊，起吊过程应平稳、对中，严禁动作过大引起晃动和摆动。

进一步的，还包括质量检验步骤，采用超声波探伤或射线探伤的方法，对大跨度钢箱连拱桥上的焊缝进行检测。

进一步的，所述立柱之间竖向设置有剪刀撑，所述剪刀撑采用角钢或槽钢。

对比现有技术，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明钢箱梁采用在拼装场完成大节段拼装，平板车运输，龙门吊吊装大节段箱梁，减少了现场安装的焊接工程量，有利于保证工程质量；

2、本发明在安装施工前通过BIM虚拟安装技术，找出钢桥梁大节段在安装过程中出现的问题并给出最佳修正方案，减少现场工作，提高施工质量；

3、跨墩龙门实现了钢箱梁在X-Y-Z三维空间的运输及准确就位，安装精度高，钢箱拱的几何线形可得到有效保证，龙门吊可全程完成安装工作，不需其他设备辅助，工序简单，龙门吊结构简单具有较高的安全系数，可以确保吊装安全；

4、钢拱桥箱梁大节段制作及运输与现场临时支撑设置可同步进行，同一轨道上可安装多台龙门吊，同时对多个作业面进行吊装，可缩短安装施工工期，经济效益及社会效益明显；

5、本发明所使用的材料设备均为普通设备，设备选用和取材方便，人工操作失误率低，有效降低了工程风险，符合当前国内加快基础建设的需要，具有广阔的应用前景。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的流程图。

图2为本发明一实施例的侧视结构示意图。

图3为本发明一实施例的龙门吊的主视结构示意图。

图4为本发明一实施例的一跨的钢箱梁的侧视结构示意图。

图5为本发明一实施例的一跨的钢箱梁的俯视结构示意图。

图6为本发明一实施例的主视剖视结构示意图。

图中：1、钢箱梁；11、拱脚；12、拱肋；13、拱梁；14、空腹区箱梁；2、龙门吊；3、钢栈桥；21、钢管桩基础；4、支架；41、立柱；42、分配梁；43、剪刀撑。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，“多个”指两个以上。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明依托京雄高速白沟河特大桥进行施工，适用于浅滩地区多跨钢箱连拱桥大节段钢箱梁施工，对其他型式钢桥的钢桥施工也具有借鉴作用。

京雄高速白沟河特大桥作为京雄高速的控制性节点，是进出雄安新区的门户桥梁，桥梁采用传统17连拱布局，主桥用钢量约5.6万吨，建成后将成为我国规模最大的上承式连续钢拱桥的公路桥梁，钢箱梁现场吊装作业时间不足200天，针对大桥施工质量要求高、吊装施工工期紧的特点，吊装前通过BIM技术对钢梁吊装进行预模拟，钢箱梁采用在拼装场完成大节段拼装，平板车运输，龙门吊大节段吊装，用跨墩龙门吊吊装，其具有吊装重量大和可覆盖所有构件安装，施工安全且安装速度快，安装质量高等优点。

如图1-6所示，大跨度钢箱连拱桥施工方法，包括如下步骤：

进行预拼装场地准备，确定预拼装布置大小，合理规划构建运输通道和临时堆放场地，采取有效的成品堆放保护措施；

步骤1，钢箱梁1分段划分：对钢箱梁1进行吊装分段的划分，在一跨内将钢箱梁1划分为拱脚11、拱肋12、拱梁13、空腹区箱梁14和桥面板；

BIM模拟安装：建立吊装完成后的钢箱梁1实景模型与待拼装的钢箱BIM模型；然后对模型进行运输路线模拟、吊装模拟，分析比对得到位置拟合调整坐标，根据模拟调整坐标对钢桥安装进行调整；

步骤2，便道及龙门吊2布置：大桥永久征地线右侧7m宽的设置临时施工便道；钢梁安装采用龙门吊2吊装的方式；

步骤3，钢栈桥3布置：钢栈桥3设置在新建钢箱梁1一侧，钢栈桥3采用上承式结构型式，钢栈桥3总宽度为8m，行走车道净宽为6.8m，作为钢梁运输通道；外侧设置钢管桩基础21，龙门吊2轨道设置在钢管桩基础21上；

步骤4，支架4搭设：中间支架4横向布置12排钢管柱，纵向2排，立柱41采用φ426×10mm钢管作为支撑，钢管柱横向间距根据拱肋12位置布设为：(2.5+4.0)×2+2.5+6.0+(2.5+4.0)×2+2.5m，钢管柱纵向间距随着分段位置变化约为12+22+10+22+15m，为保证组合支架4整体稳定性，钢管柱竖向设置剪刀撑43，采用L100×100×10角钢或14a槽钢，竖向间距2.5m，剪刀撑43相交处采用焊接方式连接成整体，顶部分配梁42采用双拼32b工字钢进行连接用作焊接用施工脚手架，组合支架4钢管立柱41最高约20m；

步骤5，钢箱梁1拼装：

(1)吊装两端的拱脚11并进行粗定位；利用支架4上的千斤顶将拱脚11精确调整定位；浇筑拱脚11混凝土；

(2)吊装两侧的拱肋12；精确调整定位并完成拱肋12与拱脚11之间的连接；

(3)吊装拱梁13并进行临时固定；精确调整定位并完成拱梁13和拱肋12之间的连接，在两侧拱梁13之间预留合龙口；

(4)吊装拱梁13结合段之间的箱间横梁及桥面板并完成桥上连接；

(5)安装合龙段及桥面板，完成拱梁13结合段合龙。

(6)空腹区箱梁14梁段采用两台龙门吊2抬吊整跨整体起吊安装，安装箱梁之间的横梁及桥面板，空腹区箱梁14合龙完成；

步骤6，安装其他孔跨钢梁：重复所述步骤5对其他孔跨钢梁进行安装，直至大跨度钢箱连拱桥安装完成；

步骤7，支架4拆除：当大跨度钢箱连拱桥安装完成后，各跨同步对称拆除支架4；

对大跨度钢箱连拱桥上的附属结构进行施工；

对大跨度钢箱连拱桥进行荷载试验，全桥施工完成。

在一实施例中，所述步骤1中钢箱梁1分段的拱脚11受运输限制，分上下两个分段，工厂加工制作后在现场拼装成整体；拱肋12受运输限制，分左右二个分段工厂加工制作后在现场拼装成整体；空腹区箱梁14受运输限制，分左右二个分段工厂加工制作后在现场拼装成整体；拱梁13结合段分成多个加工分段现场拼装。

在一实施例中，在龙门吊2起吊之前，进行试吊，确认龙门吊2无差错后正式起吊，起吊过程应平稳、对中，严禁动作过大引起晃动和摆动。

在一实施例中，还包括质量检验步骤，采用超声波探伤或射线探伤的方法，对大跨度钢箱连拱桥上的焊缝进行检测。

优选的，超声波探伤采用超声波探伤仪，探伤标准按《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345-89执行，探伤结果评定按《铁路钢桥制造规范》TB10212-2009的规定执行。

优选的，射线探伤采用便携式X射线探伤仪，按焊缝条数的10％抽查进行X射线探伤，被抽查到的焊缝在两端各按一张片位进行射线探伤，当焊缝长度大于1200mm时，在焊缝中部加探一张片位，每张片位长度为250-300mm；

工地横向对接焊缝按焊缝长度的10％进行X射线探伤检查，如有一张拍片不合格，则加倍作20％检查，如仍有一片不合格，则对该焊缝进行100％拍片检查；

工地横向对接焊缝与纵向焊缝相交的十字焊缝，在桥面处进行100％X射线探伤检查；底板处进行10％X射线探伤检查，若发现一处有质量问题，则进行20％X射线探伤检查。

大节段钢箱梁安装前通过BIM模拟安装技术，找出了钢箱梁节段在安装过程中出现的问题并给出了最佳修正方案，减少了现场返工，提高了安装质量。实现了钢箱梁拱梁结合段、空腹区箱梁等大节段结构的集中拼装，现场吊装实现了X-Y-Z三维空间的吊装及准确就位，空中翻转等一系列高难度施工工艺，安装精度高，钢箱拱的几何线形可得到有效控制，有效保证了大节段钢箱梁的拼装精度和安装质量。

本发明的应用提高了施工效率，降低了临时用地成本和时间成本，减少大型施工设备的投入，有效保证了项目总体施工工期，共计节省项目投资450万元。直接节省其他设备投入费用180万元，减少返工投入50万元，节约临时占地费用120万元，减少项目管理费投入100万元，合计450万元。

北京至雄安新区高速公路是新区“四纵三横”区域高速公路网重要组成部分，京雄高速SG5标主要施工范围为K65+159.641—K71+992.64，全长6.833km，主要为特大桥2座，白沟河特大桥和兰沟洼特大桥。

白沟河特大桥为北京至雄安新区高速河北段主线上跨越白沟河的一座特大景观桥梁，也是我国目前规模最大的上承式钢箱连拱桥，大桥靠近雄安新区，是进出雄安新区的门户桥梁，大桥的成功建设对整个公路项目具有重要影响，白沟河特大桥主要跨越白沟河两岸防洪大堤及整个河床，桥梁全长1763m，主桥钢构件总重5.6万吨，桥面布置为双向八车道，设计速度120km/h，开工日期为2020年3月5日，交工日期为2021年5月20日，白沟河特大桥为我国目前规模最大的上承式钢箱连拱桥。

本发明已成功应用于京雄高速白沟河特大桥钢箱梁整个过程施工，本发明创新的提出“BIM模拟+拼装场拼装+大节段吊装”的总体施工思路，大节段钢箱梁安装前通过BIM模拟安装技术，找出了钢桥梁节段在安装过程中出现的问题并给出了最佳修正方案，减少了现场返工，提高了安装质量，实现了钢箱梁拱梁结合段、空腹区箱梁等大节段结构的集中拼装，现场吊装实现了X-Y-Z三维的运输及准确就位，空中翻转等一系列高难度施工工艺，安装精度高，钢箱拱的几何线形可得到有效控制，有效保证了钢箱梁的拼装精度和安装质量，本发明的实施得到了业主、监理等单位的广泛认可，极大的提高了现场施工效率，降低了临时用地成本和时间成本，减少大型施工设备的投入，有效保证了项目总体施工工期，取得了较好的社会效益和经济效益。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。