一种新型拱形刚构桥及其侧向转体施工方法与流程

1.本发明涉及拱形刚构桥技术领域，尤其涉及一种新型拱形刚构桥及其侧向转体施工方法。


背景技术：

2.随着科学技术的不断发展，桥梁无支架施工不断出现新工艺，转体施工就是其中的一种。桥梁转体施工是指将桥梁结构在非设计轴线位置制作(浇注或拼接)成形后，通过转体就位的一种施工法。它可以将在障碍上空的作业转化为岸上或近地面的作业。桥梁转体施工适用跨越深谷急流、难以吊装的特殊河道，具有节省吊装费用，安全、可靠、整体性好等特点。近来越来越多的跨铁路以及跨公路桥梁都开始使用转体施工方法，既不影响铁路或公路的正常运输又有大量节省支架木材或钢材、安全、可靠、减少施工难度的特点。
3.根据桥梁结构的转动方向，它可分为竖向转体施工法、水平转体施工法(简称竖转法和平转法，其中平转法分为墩顶转体和墩底转体两种)以及平转与竖转相结合的方法，其中以平转法应用最多。然而平转法施工中桥墩基础结构复杂，自重较大，对地基条件有一定要求；而竖转法施工需搭建较高的临时施工塔架，成本较高且施工难度大，高空作业也带来了安全隐患。可见，需要一种在小跨径桥梁转体施工时无需设置临时施工塔架，且同时也适用于受地基条件限制的拱桥转体施工方法。


技术实现要素：

4.针对现有技术方案中在小跨径桥梁转体施工时没有无需设置较高临时施工塔架的施工方法的问题，本发明提供了一种新型拱形刚构桥及其侧向转体施工方法。
5.本发明提供如下的技术方案：一种新型拱形刚构桥，包括：v形刚构节段，包括互相连接的边拱段、中拱段和桥道梁，所述边拱段、中拱段连接处远离所述桥道梁的一侧设置有底面，所述底面一端设置有球铰；桥墩基础，所述桥墩基础设置有分别与所述边拱段、中拱段对应的两侧卧槽，以及与所述边拱段、中拱段连接处对应的固定槽，两所述侧卧槽与所述固定槽相交处还设置有与所述球铰转动连接的球铰槽；所述边拱段、中拱段连接处插入所述固定槽，所述球铰插入所述球铰槽且与所述球铰槽转动连接。
6.优选地，所述固定槽在横桥向的两端均设置有所述球铰槽以及所述侧卧槽，左右两幅所述v形刚构节段的底面均插入所述固定槽，左右两幅所述v形刚构节段的球铰分别插入两个所述球铰槽，且两个所述球铰分别设置在左右两幅所述v形刚构节段远离彼此的一侧。
7.优选地，所述刚构桥还包括中跨跨中节段、边跨主梁节段和桥台，所述中跨跨中节段在纵桥向的两端均依次设置有所述v形刚构节段、边跨主梁节段，所述边跨主梁节段底部设置有所述桥台。
8.优选地，所述球铰球心位于所述底面沿纵桥向延伸的边沿中点处，所述球铰直径为所述底面沿纵桥向延伸的边沿宽度。
9.优选地，所述球铰槽的深度与所述球铰直径相等，所述球铰槽槽口为圆形且直径比所述球铰直径大10~20 cm。
10.优选地，所述v形刚构节段由超高性能混凝土浇筑而成。
11.优选地，所述边拱段、中拱段连接处与固定槽之间设置有间隙，所述桥墩基础内部设置有钢筋网，所述钢筋网的钢筋延伸至所述间隙内，所述v形刚构节段的边拱段、中拱段连接处设置有与所述钢筋对应的预留钢筋孔道。
12.一种应用于一种新型拱形刚构桥的侧向转体施工方法，包括以下步骤：s1，在施工位置浇筑桥墩基础，并在桥墩基础顶部预留固定槽和两组侧卧槽、球铰槽；s2，预制v形刚构节段，并且设置在同一桥墩基础上的左右两幅v形刚构节段的球铰分别设置在左右两幅v形刚构节段远离彼此的一侧；s3，将左右两幅v形刚构节段的球铰分别插入两个球铰槽中，且两个v形刚构节段的边拱段、中拱段分别插入两组侧卧槽中，使左右两幅v形刚构节段侧卧于桥墩基础上；s4，将左右两幅v形刚构节段由侧卧状态翻转至竖直状态，再将左右两幅v形刚构节段的桥道梁连接。
13.优选地，在步骤s1中，还包括将桥墩基础钢筋网的钢筋延伸至所述固定槽内；在步骤s2中，还包括在边拱段、中拱段连接处预留钢筋孔道；在步骤s4中，将v形刚构节段翻转至竖直状态后，在固定槽和预留钢筋孔道中安装后补钢筋，并将后补钢筋与所述桥墩基础钢筋网的钢筋连接，再在固定槽中浇筑混凝土，完成桥墩基础和v形刚构节段的连接。
14.优选地，在步骤s1中，还包括桥台的浇筑；在步骤s2中，还包括边跨主梁节段和中跨跨中节段的预制；在步骤s4中，还包括将v形刚构节段翻转至竖直状态后，进行边跨主梁节段和中跨跨中节段的连接。
15.本发明的有益效果是：在桥墩基础上预留侧卧槽、固定槽和球铰槽，将v形刚构节段侧卧在桥墩基础上再进行转体施工，并将v形刚构节段分割为左右两幅，与现有技术相比，在转体施工时无需设置常规方法中转体所需的临时施工塔架以及为了跨越地形障碍安装的临时施工支架，无需高空作业，有效降低安全隐患以及由临时施工塔架、支架带来的施工成本；也无需较大的桥墩基础承台占地面积，且桥墩基础结构简单，施工难度低，在小跨径拱桥施工中具有较好的应用前景。
附图说明
16.图1为本发明v形刚构节段的一个实施例的示意图。
17.图2为本发明桥墩基础的一个实施例的示意图。
18.图3为本发明拱形刚构桥的一个实施例的示意图。
19.图4为本发明拱形刚构桥的一个实施例的爆炸示意图。
20.图5为本发明施工方法的一个实施例的侧卧示意图。
21.图6为本发明施工方法的一个实施例的直立示意图。
22.附图标记：10
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v形刚构节段，11-边拱段，12-中拱段，13-桥道梁，14-底面，15-球
铰，16-预留钢筋孔道，20-桥墩基础，21-侧卧槽，22-固定槽，23-球铰槽，30-中跨跨中节段，40-边跨主梁节段，50-桥台。
实施方式
23.以下结合附图及附图标记对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人在研读本说明书后能据以实施。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
24.本发明提供了如图1-2所示的一种新型拱形刚构桥，其结构适用于小跨径的拱桥，包括v形刚构节段10和桥墩基础20。v形刚构节段10包括互相连接的边拱段11、中拱段12和桥道梁13，桥道梁13是桥梁的上部结构、桥面板，边拱段11、中拱段12为其提供支撑。所述边拱段11、中拱段12连接处远离所述桥道梁13的一侧设置有底面14，底面14与桥墩基础20连接，且所述底面14一端设置有球铰15。所述桥墩基础20设置有分别与所述边拱段11、中拱段12对应的两侧卧槽21，以及与所述边拱段11、中拱段12连接处对应的固定槽22，两所述侧卧槽21与所述固定槽22相交处还设置有与所述球铰15转动连接的球铰槽23。v形刚构节段10处于竖直状态时，所述边拱段11、中拱段12连接处插入所述固定槽22，所述球铰15插入所述球铰槽23且与所述球铰槽23转动连接。
25.在地形受到限制且地基条件较差的施工环境中，不利于常规的平转法施工，而竖转法施工需搭建较高的临时施工塔架，成本较高且施工难度较大。本实施例在桥墩基础20顶部设置有侧卧槽21、固定槽22以及球铰槽23，在施工时可首先在施工位置浇筑桥墩基础20，然后将预制好的v形刚构节段10吊装至桥墩基础20上，将其边拱段11、中拱段12分别插入桥墩基础20与其分别对应的侧卧槽21内，其球铰15插入球铰槽23内，使v形刚构节段10在进行转体施工前能够侧卧于桥墩基础20上，如图5所示。转体施工时，可在依靠球铰15由侧卧状态翻转至竖直状态，将边拱段11、中拱段12连接处插入所述固定槽22，如图6所示。与现有技术中采用的平转法、竖转法相比，采用本实施例提供的结构以及转体方法，在转体施工时无需设置常规方法中转体所需的临时施工塔架以及为了跨越地形障碍安装的临时施工支架，无需高空作业，有效降低了安全隐患和由临时施工塔架、支架带来的施工成本；也无需较大的桥墩基础20承台占地面积，且桥墩基础20结构简单，降低了施工难度，提高施工效率。
26.进一步地，所述固定槽22在横桥向的两端均设置有所述球铰槽23以及所述侧卧槽21，左右两幅所述v形刚构节段10的底面14均插入所述固定槽，左右两幅所述v形刚构节段10的球铰15分别插入两个所述球铰槽23，且两个所述球铰15分别设置在左右两幅所述v形刚构节段10远离彼此的一侧。由左右两幅v形刚构节段10在同一桥墩基础20上翻转成竖直状态再拼接成一体，转体、施工的难度和成本更小，在地形受到限制且地基条件较差的小跨径拱桥施工中具有明显的优势，有较好的应用前景。
27.优选地，所述球铰15球心位于所述底面14沿纵桥向延伸的边沿中点处，所述球铰15直径为所述底面14沿纵桥向延伸的边沿宽度，球铰15凸出边拱段11、中拱段12连接处的底面14以及侧面，能够与球铰槽23充分接触，以完成v形刚构节段10的转体过程。
28.优选地，所述球铰槽23的深度与所述球铰15直径相等，所述球铰槽23槽口为圆形且直径比所述球铰15直径大10~20 cm，避免转体时产生干涉。
29.优选地，所述v形刚构节段10由超高性能混凝土（uhpc）浇筑而成。
30.优选地，所述边拱段11、中拱段12连接处与固定槽22之间设置有间隙，所述桥墩基础20内部设置有钢筋网，所述钢筋网的钢筋延伸至所述间隙内，所述v形刚构节段10的边拱段11、中拱段12连接处设置有与所述钢筋对应的预留钢筋孔道16。v形刚构节段10翻转到竖直状态后，在固定槽22和预留钢筋孔道16中后补钢筋，并将后补钢筋与桥墩基础20钢筋网凸出固定槽22侧壁的钢筋连接，再浇筑uhpc到固定槽22及预留钢筋孔道16中，完成v形刚构节段10和桥墩基础20的连接。
实施例
31.本发明提供了如图3-4所示的一种新型拱形刚构桥。在实施例1的基础上，所述刚构桥还包括中跨跨中节段30、边跨主梁节段40和桥台50，所述中跨跨中节段30在纵桥向的两端均依次设置有所述v形刚构节段10、边跨主梁节段40，所述边跨主梁节段40底部设置有所述桥台50。v形刚构节段10的边拱段11、中拱段12与中跨跨中节段30形成本实施例的中跨拱形结构，并通过边跨主梁节段40与两端的桥台50连接。中跨跨中节段30、边跨主梁节段40均预制成型，在本实施例中与桥道梁13可统称为桥面板，也分为左右两幅，以降低施工难度。
实施例
32.一种应用于实施例2所述的一种新型拱形刚构桥的侧向转体施工方法，包括以下步骤：s1，在施工位置开挖基坑，并在基坑内浇筑基桩，然后在基桩周边安装桥墩基础20模板，绑扎钢筋，并在桥墩基础20顶部预留固定槽22和两组侧卧槽21、球铰槽23，并将桥墩基础20钢筋网的钢筋凸出固定槽22的侧模板，使其延伸至固定槽22内；浇筑并养护混凝土。
33.进一步地，在桥台50施工位置开挖基坑、浇筑基桩，安装桥台50模板、绑扎钢筋，浇筑桥台50混凝土并养护。
34.s2，根据构件设计图纸预制左右两幅v形刚构节段10的模板，在边拱段11、中拱段12连接处预留钢筋孔道16，在左右两幅v形刚构节段10的桥道梁13朝向彼此的一侧以及桥道梁13在纵桥向的两端预留湿接缝和环形钢筋，并且安装在同一桥墩基础20上的左右两幅v形刚构节段10的球铰15分别设置在左右两幅v形刚构节段10远离彼此的一侧。在工厂或施工现场拼接模板、绑扎钢筋，浇筑uhpc，进行蒸汽养护，完成预制。
35.进一步地，在工厂或施工现场，根据构件设计图纸完成左右两幅边跨主梁节段40和中跨跨中节段30的预制，并在左右两幅边跨主梁节段40之间、左右两幅中跨跨中节段30之间以及边跨主梁节段40、中跨跨中节段30纵桥向的两端预留湿接缝和环形钢筋。
36.s3，如图5所示，吊装v形刚构节段10，将左右两幅v形刚构节段10的球铰15分别插入两个球铰槽中，且两个v形刚构节段10的边拱段11、中拱段12分别插入两组侧卧槽21中，使左右两幅v形刚构节段10侧卧于桥墩基础20上。
37.s4，在左右两幅v形刚构节段10上安装拉索，通过张拉拉索带动球铰15在球铰槽23
中转动将边拱段11、中拱段12连接处插入固定槽22，使左右两幅v形刚构节段10由侧卧状态翻转至竖直状态，如图6所示。然后在固定槽22和预留钢筋孔道16中安装后补钢筋，并将后补钢筋与所述桥墩基础钢筋网的钢筋连接，再在固定槽22中浇筑uhpc，完成桥墩基础20和v形刚构节段10的连接。
38.进一步地，吊装边跨主梁节段40和中跨跨中节段30到桥梁设计位置，将相邻桥面板预留的环形钢筋以绑扎或焊接的形式进行连接，最后现浇湿接缝uhpc，完成中跨跨中节段30与v形刚构节段10、v形刚构节段10与边跨主梁节段40的连接，并完成边跨主梁节段40与桥台50的连接。
39.最后，将左右两幅v形刚构节段10的桥道梁13之间预留的环形钢筋以绑扎或焊接的形式进行连接，再现浇湿接缝uhpc，完成左右两幅v形刚构节段10之间的连接。完成桥梁主体结构施工。
40.以上为本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种新型拱形刚构桥，其特征在于，包括：v形刚构节段（10），包括互相连接的边拱段（11）、中拱段（12）和桥道梁（13），所述边拱段（11）、中拱段（12）连接处远离所述桥道梁（13）的一侧设置有底面（14），所述底面（14）一端设置有球铰（15）；桥墩基础（20），所述桥墩基础（20）设置有分别与所述边拱段（11）、中拱段（12）对应的两侧卧槽（21），以及与所述边拱段（11）、中拱段（12）连接处对应的固定槽（22），两所述侧卧槽（21）与所述固定槽（22）相交处还设置有与所述球铰（15）转动连接的球铰槽（23）；所述边拱段（11）、中拱段（12）连接处插入所述固定槽（22），所述球铰（15）插入所述球铰槽（23）且与所述球铰槽（23）转动连接。2.根据权利要求1所述的一种新型拱形刚构桥，其特征在于，所述固定槽（22）在横桥向的两端均设置有所述球铰槽（23）以及所述侧卧槽（21），左右两幅所述v形刚构节段（10）的底面（14）均插入所述固定槽，左右两幅所述v形刚构节段（10）的球铰（15）分别插入两个所述球铰槽（23），且两个所述球铰（15）分别设置在左右两幅所述v形刚构节段（10）远离彼此的一侧。3.根据权利要求2所述的一种新型拱形刚构桥，其特征在于，所述刚构桥还包括中跨跨中节段（30）、边跨主梁节段（40）和桥台（50），所述中跨跨中节段（30）在纵桥向的两端均依次设置有所述v形刚构节段（10）、边跨主梁节段（40），所述边跨主梁节段（40）底部设置有所述桥台（50）。4.根据权利要求1所述的一种新型拱形刚构桥，其特征在于，所述球铰（15）球心位于所述底面（14）沿纵桥向延伸的边沿中点处，所述球铰（15）直径为所述底面（14）沿纵桥向延伸的边沿宽度。5.根据权利要求1所述的一种新型拱形刚构桥，其特征在于，所述球铰槽（23）的深度与所述球铰（15）直径相等，所述球铰槽（23）槽口为圆形且直径比所述球铰（15）直径大10~20 cm。6.根据权利要求1所述的一种新型拱形刚构桥，其特征在于，所述v形刚构节段（10）由超高性能混凝土浇筑而成。7.根据权利要求1所述的一种新型拱形刚构桥，其特征在于，所述边拱段（11）、中拱段（12）连接处与固定槽（22）之间设置有间隙，所述桥墩基础（20）内部设置有钢筋网，所述钢筋网的钢筋延伸至所述间隙内，所述v形刚构节段（10）的边拱段（11）、中拱段（12）连接处设置有与所述钢筋对应的预留钢筋孔道（16）。8.一种应用于权利要求1~7任意一项所述的一种新型拱形刚构桥的侧向转体施工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，在施工位置浇筑桥墩基础（20），并在桥墩基础（20）顶部预留固定槽（22）和两组侧卧槽（21）、球铰槽（23）；s2，预制v形刚构节段（10），并且设置在同一桥墩基础（20）上的左右两幅v形刚构节段（10）的球铰（15）分别设置在左右两幅v形刚构节段（10）远离彼此的一侧；s3，将左右两幅v形刚构节段（10）的球铰（15）分别插入两个球铰槽中，且两个v形刚构节段（10）的边拱段（11）、中拱段（12）分别插入两组侧卧槽（21）中，使左右两幅v形刚构节段（10）侧卧于桥墩基础（20）上；
s4，将左右两幅v形刚构节段（10）由侧卧状态翻转至竖直状态，再将左右两幅v形刚构节段（10）的桥道梁（13）连接。9.根据权利要求8所述的一种侧向转体施工方法，其特征在于，在步骤s1中，还包括将桥墩基础（20）钢筋网的钢筋延伸至所述固定槽（22）内；在步骤s2中，还包括在边拱段（11）、中拱段（12）连接处预留钢筋孔道（16）；在步骤s4中，还包括将v形刚构节段（10）翻转至竖直状态后，在固定槽（22）和预留钢筋孔道（16）中安装后补钢筋，并将后补钢筋与所述桥墩基础钢筋网的钢筋连接，再在固定槽（22）中浇筑混凝土，完成桥墩基础（20）和v形刚构节段（10）的连接。10.根据权利要求8所述的一种侧向转体施工方法，其特征在于，在步骤s1中，还包括桥台（50）的浇筑；在步骤s2中，还包括边跨主梁节段（40）和中跨跨中节段（30）的预制；在步骤s4中，还包括将v形刚构节段（10）翻转至竖直状态后，进行边跨主梁节段（40）和中跨跨中节段（30）的连接。

技术总结
一种新型拱形刚构桥及其侧向转体施工方法，涉及拱形刚构桥技术领域，所采用的技术方案包括V形刚构节段、桥墩基础，V形刚构节段包括边拱段、中拱段和桥道梁，边拱段、中拱段连接处远离桥道梁的一侧设置有底面，底面一端设置有球铰；桥墩基础设置有分别与边拱段、中拱段对应的侧卧槽，以及与边拱段、中拱段连接处对应的固定槽，两侧卧槽与固定槽相交处还设置有与球铰转动连接的球铰槽；边拱段、中拱段连接处插入固定槽，球铰插入球铰槽且与球铰槽转动连接。本发明在转体施工时无需设置临时施工塔架、支架，也无需较大的桥墩基础承台占地面积，且桥墩基础结构简单，施工难度低，在小跨径的拱桥施工中具有较好的应用前景。拱桥施工中具有较好的应用前景。拱桥施工中具有较好的应用前景。


技术研发人员：乔文庭 张洪伟 刘磊 张乐 赵秋 沈永飞 付二全 李雅鑫 刘剑 李志忠 李帅
受保护的技术使用者：内蒙古自治区交通运输科学发展研究院
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/7/25