本發(fā)明涉及橋梁工程，特別涉及一種上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)及施工方法。

背景技術(shù)：

拱橋是一種古老的橋型，具有很強(qiáng)的生命力。隨著我國交通建設(shè)高潮的掀起，需要修建更多的跨越既有公路、鐵路、山谷、河道的大跨度拱橋，主要類型有鋼管混凝土拱橋、鋼箱拱、鋼桁拱、混凝土拱橋等。尤其在艱險山區(qū)、河谷地帶修筑拱橋具有絕對優(yōu)勢。

目前該類橋梁的施工方法一般采用懸臂澆筑法、懸臂拼裝法、滿堂支架法、斜拉扣掛法等。一般來說，拱橋施工由于其大臨工程投入較大，經(jīng)濟(jì)性較差。而且其高空作業(yè)工作量較大，質(zhì)量控制難度大，施工安全風(fēng)險高。

拱橋若采用水平轉(zhuǎn)體法施工，在兩岸依地形搭建支架組拼半拱，然后以半拱為轉(zhuǎn)體單位整體平轉(zhuǎn)，可以大幅減少大臨工程投入，降低傾覆的風(fēng)險。因此，針對拱橋施工，創(chuàng)造一種上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體施工方法，意義重大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)，以有效控制施工風(fēng)險，大幅減少大臨工程投入,使轉(zhuǎn)體施工更為簡便、經(jīng)濟(jì)，更加安全可靠。

本發(fā)明型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的一種上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)，其特征是它包括：下盤，兼做拱座基礎(chǔ)，坐落于地基上，其上設(shè)置環(huán)形滑道、千斤頂反力座和牽引反力座；上盤，支承交界墩和半跨主拱圈；背索，上端錨固于交界墩頂帽，下端錨固與上盤尾部底面；扣索，半跨主拱圈通過扣索懸吊于交界墩上；轉(zhuǎn)動球鉸，由下球鉸面、上球鉸面和定位軸構(gòu)成，設(shè)置于下盤、上盤之間，定位軸的軸線位于球鉸面的中心；牽引系統(tǒng)，包括牽引索和連續(xù)千斤頂，牽引索一端錨固在上盤混凝土中，繞上盤底部轉(zhuǎn)盤1～2圈之后穿過成對布置于下盤頂面的牽引反力座后與連續(xù)千斤頂連接；配重水箱，設(shè)置于上盤尾部頂面上。

本發(fā)明所要的另一技術(shù)問題是提供一種采用上述上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的轉(zhuǎn)體施工方法，該方法包括如下步驟：

1.澆筑混凝土形成下盤，安裝下球鉸面，制作環(huán)形滑道并安裝聚四氟乙烯滑板，澆注牽引反力座和千斤頂反力座，現(xiàn)場在膺架上組拼半跨主拱圈；

2.安裝轉(zhuǎn)動球鉸并做轉(zhuǎn)動試驗，在上球鉸面、下球鉸面及聚四氟乙烯滑片之間間隙注滿潤滑黃油；

3.安裝撐腳，在上盤尾部設(shè)置硬支承，立模施工上盤混凝土，并埋設(shè)牽引索，安裝豎向臨時轉(zhuǎn)動裝置，使已拼裝半跨主拱圈與上盤連接；

4.張拉交界墩范圍內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力鋼束和配重水箱范圍內(nèi)橫向預(yù)應(yīng)力鋼束；

5.在上盤上修建交界墩，張拉余下的橫向預(yù)應(yīng)力鋼束。

6.張拉第一批縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，上盤中央向上微拱，上盤自重大部分轉(zhuǎn)移到尾部的硬支承和轉(zhuǎn)動球鉸上，使上盤縱向呈簡支狀態(tài)；

7.張拉余下的縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，澆注交界墩上段至頂帽底面；

8.張拉上盤第二批縱向預(yù)應(yīng)力鋼束；

9.根據(jù)平衡的需要，在配重水箱內(nèi)注水調(diào)整配重，張拉交界墩頂所有橫向預(yù)應(yīng)力鋼束；

10.拆除上盤模板，為張拉背索、安裝牽引索及連續(xù)千斤頂提供操作空間；

11.分批、分級、交替張拉扣索、背索和縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，監(jiān)測上盤、交界墩、轉(zhuǎn)動球鉸、扣索和背索的應(yīng)力狀況，并監(jiān)測交界墩頂?shù)奈灰萍吧媳P的變形情況等。

12.在半跨主拱圈脫架之前，再次核實平衡重的重量和位置，半跨主拱圈脫架，全部的轉(zhuǎn)體重心轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)動球鉸上；

13.拆除上盤尾部的硬支承，清理轉(zhuǎn)動球鉸，清理場地和清除轉(zhuǎn)體障礙物；

14.封閉豎向臨時轉(zhuǎn)動裝置；

15.啟動連續(xù)千斤頂張拉牽引索，實施轉(zhuǎn)體；

16.調(diào)整半跨主拱圈線形，優(yōu)先滿足合攏口高程，臨時合攏拱肋并調(diào)整高程；

17.連接下盤、上盤之間的鋼筋，澆筑混凝土封閉下盤、上盤之間的空隙，混凝土回填上盤周圍的基坑；

18.待拱圈線型確認(rèn)調(diào)整到位后，分批、分級、交替拆除扣索、背索和大部分上盤縱向預(yù)應(yīng)力鋼束。

本發(fā)明的有益效果是，在兩岸依地形搭建支架組拼半跨主拱圈，然后以半跨主拱圈為轉(zhuǎn)體單位整體平轉(zhuǎn)，可以大幅減少大臨工程投入，節(jié)省橋梁建設(shè)投資，降低傾覆的風(fēng)險，降低高空作業(yè)風(fēng)險，而且施工質(zhì)量容易控制；采用轉(zhuǎn)動球鉸與撐腳組合支承的不平衡轉(zhuǎn)體，交界墩側(cè)的重量大于懸臂拱圈側(cè)重量，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)后方配置壓重后使轉(zhuǎn)體系統(tǒng)有后傾力矩，兩后保險腿反力之和控制不小于600t～800t；在撐腳處設(shè)有環(huán)形滑道，布置環(huán)向聚四氟乙烯滑板及限位導(dǎo)向裝置，梁體繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)轉(zhuǎn)體；與一般方法相比，該方法更加安全可靠，且轉(zhuǎn)體操作更為簡便；相比其它工藝，施工速度快、大臨工程投入少，工程造價節(jié)省。

附圖說明

本說明書包括如下六幅附圖：

圖1是本發(fā)明一種上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)立面圖；

圖2是本發(fā)明一種上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)俯視圖；

圖3是本發(fā)明一種上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)中下盤的平面圖；

圖4是本發(fā)明一種上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)中上盤的立面圖；

圖5是本發(fā)明一種上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)中轉(zhuǎn)動球鉸的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中示出構(gòu)件和對應(yīng)的標(biāo)記：下盤10，轉(zhuǎn)動球鉸11，下球鉸面11a，上球鉸面11b，定位軸11c，聚四氟乙烯滑片11d，撐腳12，千斤頂反力座13，環(huán)形滑道14，聚四氟乙烯滑板15，連續(xù)千斤頂16，牽引反力座17，牽引索18，上盤20，交界墩21，配重水箱22，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束23，橫向預(yù)應(yīng)力鋼束24，豎向預(yù)應(yīng)力鋼束25，半跨主拱圈30，扣索31，背索32，背索錨固區(qū)33，豎向臨時轉(zhuǎn)動裝置34，硬支撐40。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

參照圖1和圖2，本發(fā)明的一種上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)包括如下幾個部分：

下盤10，兼做拱座基礎(chǔ)，坐落于地基上，其上設(shè)置環(huán)形滑道14、千斤頂反力座13和牽引反力座17。下盤10是轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)體完成后，與上盤20連接共同形成主拱基礎(chǔ)。

上盤20，支承交界墩21和半跨主拱圈30，背索32上端錨固于交界墩21頂帽，下端錨固與上盤20尾部底面，半跨主拱圈30通過扣索31懸吊于交界墩21上；

轉(zhuǎn)動球鉸11，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動中心，同時承受并傳遞轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的全部重量，由下球鉸面11a、上球鉸面11b和定位軸11c構(gòu)成，設(shè)置于下盤10、上盤20之間，定位軸11c的軸線位于球鉸面的中心；

牽引系統(tǒng)，是整個轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的動力之源，包括牽引索18和連續(xù)千斤頂16，牽引索18一端錨固在上盤20混凝土中，繞上盤20底部轉(zhuǎn)盤1～2圈之后穿過成對布置于下盤20頂面的牽引反力座17后與連續(xù)千斤頂16連接。通過張拉連續(xù)千斤頂16，為轉(zhuǎn)體系統(tǒng)提供扭轉(zhuǎn)力矩，實現(xiàn)轉(zhuǎn)體；

配重水箱22，設(shè)置于上盤10尾部頂面上，用來調(diào)節(jié)由于施工誤差等原因造成的實際轉(zhuǎn)體重心與理論轉(zhuǎn)體重心的偏差，確保實際轉(zhuǎn)體重心較轉(zhuǎn)動球鉸11重心靠近交界墩21，保證轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安全，不向半跨主拱圈30前端傾覆。

參照圖4，所述上盤20采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其混凝土結(jié)構(gòu)體內(nèi)設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力鋼束23、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束24和豎向預(yù)應(yīng)力鋼束25，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束23、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束24和豎向預(yù)應(yīng)力鋼束25的預(yù)應(yīng)力施加和扣索31、背索32的張拉交替進(jìn)行。

參照圖4和圖5，所述上盤20的底部于環(huán)形滑道14的上方周向間隔設(shè)置撐腳12，環(huán)形滑道14頂面設(shè)置聚四氟乙烯滑板15，以降低撐腳12與環(huán)形滑道14之間的滑動摩擦系數(shù)。

參照圖3和圖5，所述下球鉸面11a、上球鉸面11b的背部設(shè)置多根徑向及環(huán)向加勁肋條，下球鉸面11a鋼板上有鑲嵌聚四氟乙烯滑片11d，以減小下球鉸面11a、上球鉸面11b之間的摩察系數(shù)。

參照圖3，所述千斤頂反力座13、牽引反力座17布置在下盤20頂面上，千斤頂反力座13成環(huán)狀分布于環(huán)形滑道14外側(cè)。千斤頂反力座13的主要作用是當(dāng)采用轉(zhuǎn)體輔助助推時，為輔助助推千斤頂提供反力支撐。

參照圖4，所述半跨主拱圈30拱腳處設(shè)豎向臨時轉(zhuǎn)動裝置34，以利于調(diào)整支架拼裝時拱腳鋼管內(nèi)力，轉(zhuǎn)體前封閉臨時轉(zhuǎn)動裝置。

參照圖1，一種上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的轉(zhuǎn)體施工方法，包括如下步驟：

1.澆筑混凝土形成下盤10，安裝下球鉸面11a，制作環(huán)形滑道14并安裝聚四氟乙烯滑板15，澆注牽引反力座17和千斤頂反力座13，現(xiàn)場在膺架上組拼半跨主拱圈30；

2.安裝轉(zhuǎn)動球鉸11并做轉(zhuǎn)動試驗，在上球鉸面11a、下球鉸面11b及聚四氟乙烯滑片11d之間間隙注滿潤滑黃油；

3.安裝撐腳12，在砂箱上立模施工上盤20混凝土，并埋設(shè)牽引索18，安裝豎向臨時轉(zhuǎn)動裝置34，使已拼裝半跨主拱圈30與上盤20連接，在上盤20尾部設(shè)置硬支承40；

4.張拉交界墩21范圍內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力鋼束25和配重水箱22范圍內(nèi)橫向預(yù)應(yīng)力鋼束24；

5.在上盤20上修建交界墩21，張拉余下的橫向預(yù)應(yīng)力鋼束24。

6.張拉第一批縱向預(yù)應(yīng)力鋼束23，上盤20中央向上微拱，上盤20自重大部分轉(zhuǎn)移到尾部的硬支承40和轉(zhuǎn)動球鉸11上，使上盤20縱向呈簡支狀態(tài)；

7.張拉余下的縱向預(yù)應(yīng)力鋼束23，澆注交界墩21上段至頂帽底面；

8.張拉上盤20第二批縱向預(yù)應(yīng)力鋼束23；

9.根據(jù)平衡的需要，在配重水箱22內(nèi)注水調(diào)整配重，張拉交界墩21頂所有橫向預(yù)應(yīng)力鋼束24；

10.拆除上盤10模板，為張拉背索32、安裝牽引索18及連續(xù)千斤頂16提供操作空間；

11.分批、分級、交替張拉扣索31、背索32和縱向預(yù)應(yīng)力鋼束23，監(jiān)測上盤10、交界墩21、轉(zhuǎn)動球鉸11、扣索31和背索32的應(yīng)力狀況，并監(jiān)測交界墩21頂?shù)奈灰萍吧媳P10的變形情況；

12.在半跨主拱圈30脫架之前，再次核實平衡重的重量和位置，半跨主拱圈30脫架，全部的轉(zhuǎn)體重心轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)動球鉸11上；

13.拆除上盤10尾部的硬支承40，清理轉(zhuǎn)動球鉸11，清理場地和清除轉(zhuǎn)體障礙物；

14.封閉豎向臨時轉(zhuǎn)動裝置34；

15.啟動連續(xù)千斤頂16張拉牽引索18，實施轉(zhuǎn)體；

16.調(diào)整半跨主拱圈30線形，優(yōu)先滿足合攏口高程，臨時合攏拱肋并調(diào)整高程；

17.連接下盤10、上盤20之間的鋼筋，澆筑混凝土封閉下盤10、上盤20之間的空隙，混凝土回填上盤20周圍的基坑；

18.待拱圈線型確認(rèn)調(diào)整到位后，分批、分級、交替拆除扣索31、背索32和大部分上盤縱向預(yù)應(yīng)力鋼束23。

申請人成功的將本發(fā)明的一種上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)及轉(zhuǎn)體施工方法成功的應(yīng)用新建鐵路成都至貴陽線樂山至貴陽段西溪河大橋的設(shè)計與建造中。主跨240m鋼管混凝土拱橋主拱施工。

西溪河大橋橋址偏僻，不通水運(yùn)，交通運(yùn)輸極為不便，既有公路和施工便道坡陡彎急，大型構(gòu)件及大型施工設(shè)備無法運(yùn)至工地。主橋鋼管桁架拱圈構(gòu)件只能在工廠分單元制造，再運(yùn)至現(xiàn)場組裝、焊接。為了保證安全生產(chǎn)，確保拼裝線形正確和焊接質(zhì)量可靠，應(yīng)盡量減少高空作業(yè)。為此，主拱肋采用單鉸平轉(zhuǎn)法施工。鋼管桁架單元桿件運(yùn)至現(xiàn)場后，分別在兩岸依地形搭建的支架上組拼焊接成半拱(扣除合攏段)，然后以半拱為一轉(zhuǎn)體單位，樂山岸順時針平轉(zhuǎn)120°，貴陽岸順時針平轉(zhuǎn)133°。

采用本發(fā)明的不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)及轉(zhuǎn)體施工方法大大加快了該橋的施工速度，大幅度降低了大臨工程投入和工程造價，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且施工更加安全可靠，施工質(zhì)量得到很好控制。

以上所述只是用圖解說明本發(fā)明一種上承式拱橋不平衡水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)及轉(zhuǎn)體施工方法的一些原理，并非是要將本發(fā)明局限在所示和所述的具體結(jié)構(gòu)和適用范圍內(nèi)，故凡是所有可能被利用的相應(yīng)修改以及等同物，均屬于本發(fā)明所申請的專利范圍。