新增墩柱承载钢桁梁加固跨既有线桥梁的施工方法与流程

本发明涉及桥梁加固改造施工技术领域，尤其涉及一种新增墩柱承载钢桁梁加固跨既有线桥梁的施工方法。

背景技术：

随着我国经济社会和交通运输事业的快速发展，高速公路向复杂地形地质条件的地区快速延伸，桥梁占路线总长的比重越来越大，桥梁日益承担着较设计预期更为频繁和大荷载的交通车辆荷载，这也对既有桥梁的通行能力提出了更高要求。有的桥在投入运营几年后，由于行车量大，荷载超重等问题或多或少出现了安全隐患，因此，旧危桥梁的加固已成为一个涉及道路畅通和道路运输安全的重要问题。

经调查研究发现，大部分旧危提篮拱桥中，存在吊杆结构受力不均匀以及部分吊杆存在安全系数不足的问题，并且横梁上牛腿开裂破损情况严重且裂缝有明显的发展，部分湿接头有裂缝，容易导致桥梁吊杆索力的实际运营状态与理论状态有较大偏差。以目前桥梁现状中吊杆材料的抗老化疲劳能力，施工工艺水平等都难以根本上解决旧危提篮拱桥锚头防护罩内积水、锚头锈蚀及吊杆索力损失问题。为彻底解决旧危吊杆及拱圈的病害问题，确保旧危桥梁的安全运营和保持耐久性，需对其进行维修加固设计，从根本上提高结构的承载能力，优化其结构连接、加固方式，保证其结构体系的整体稳定性和安全性；同时为了保证道路的运输能力，维修改造过程中需尽可能地降低对交通的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种新增墩柱承载钢桁梁加固跨既有线桥梁的施工方法。

这种新增墩柱承载钢桁梁加固跨既有线桥梁的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：在桥梁底部进行桥下支撑体系的施工；

步骤2：拆除原桥梁两侧人行道处的桥面铺装、桥面板及栏杆；

步骤3：在桥梁下方进行预应力顶推体系的安装作业；

步骤4：通过预应力顶推体系将桥梁两侧的混凝土纵梁顶推出，并进行拆除；

步骤5：将钢纵梁的下弦杆通过顶推体系顶推至指定的位置，同时将上弦杆与下弦杆焊接，并对相邻节段的钢纵梁进行焊接；

步骤6：对钢纵梁进行竖向顶升，在新增墩柱上方的盖梁上安装支座，将钢纵梁卸落至支座上，使原桥梁结构体系由提篮拱桥转换成梁式桥；

步骤7：对桥面进行结构恢复，拆除顶推体系。

作为优选：所述步骤1中，所述桥下支撑体系由桩基、承台、新增墩柱、盖梁以及支座组成；所述新增墩柱为钢管混凝土墩柱，由外侧的钢管包裹混凝土和钢筋组成，所述钢管通过导向定位支架安装和接长；所述导向定位支架由导向环和定位架组成，导向环为一圆环形结构，其外径等于钢管的内径，定位架为十字形结构并固定在导向环内，其上设置有钢筋孔，所述导向环的外侧设置有限位环；所述新增墩柱的第一节钢管插入承台内，通过导向定位支架进行安装定位，新增墩柱的纵向的钢筋插入导向定位支架的钢筋孔中，钢管插入导向定位支架上，并在限位环处施作焊缝，并满焊连接；所述钢管的接长通过在两节钢管之间插入导向定位支架，并在限位环处施作焊缝，并满焊连接。

作为优选：所述步骤3中，所述顶推体系由水平预应力桁架支撑系统、水平顶推系统以及竖直钢管支墩支撑系统组成；所述水平预应力桁架支撑系统由贝雷架拼接而成，贝雷架的两端设置有导向垫板，桁架预应力筋穿过两导向垫板和贝雷架，桁架预应力筋一端设置有锚栓，另一端设置有张拉千斤顶，通过对桁架预应力筋进行张拉，对贝雷架施加水平向预应力；所述水平顶推系统设置位于水平预应力桁架支撑系统上方，水平顶推系统主要由钢垫板、螺旋千斤顶、楔块和四氟滑板组成，所述钢垫板设置在贝雷架上方，螺旋千斤顶由顶出的螺旋千斤顶一和顶入的螺旋千斤顶二组成，螺旋千斤顶一和螺旋千斤顶二相向设置，在螺旋千斤顶一和螺旋千斤顶二的背侧且与两端的导向垫板之间设置有楔块；所述竖直钢管支墩支撑系统主要由混凝土垫层、混凝土条形扩大基础以及钢管支墩组成，钢管支墩为两端带法兰盘的钢管结构，钢管支墩通过紧固螺栓接长，钢管支墩底部采用紧固螺栓与混凝土条形扩大基础连接固定；钢管支墩顶部设置有端板，贝雷架夹在端板和钢管支墩之间并通过紧固螺栓连接固定；钢管预应力筋一端连接在马蹄筋上，另一端穿过钢管支墩和端板，端板上设置有张拉千斤顶，钢管预应力筋上端连接张拉千斤顶，通过对钢管预应力筋进行张拉，对钢管支墩施加竖向预应力。

作为优选：所述钢垫板的长度等于两导向垫板之间的距离，两导向垫板顶部的高度超出楔块；所述四氟滑板放置在钢垫板上，顶推物体放置在四氟滑板上，螺旋千斤顶一和螺旋千斤顶二通过顶推四氟滑板将顶推物体顶出和顶入；所述马蹄筋浇筑在混凝土条形扩大基础内，其水平位置与钢管支墩的轴线位置保持一致；所述水平顶推系统还包括板式千斤顶，板式千斤顶放置在四氟滑板或者钢垫板上，对物体进行竖向顶升。

作为优选：所述步骤4中，在四氟滑板上放置板式千斤顶，并对混凝土纵梁进行竖向顶升，使混凝土纵梁与混凝土横梁分离；通过螺旋千斤顶一对四氟滑板进行横向顶出，将混凝土纵梁横向顶出后，进行拆除。

作为优选：所述步骤5中，将钢纵梁的下弦杆吊放至四氟滑板上，通过螺旋千斤顶二进行水平顶推，将下弦杆顶推至于混凝土横梁上设置的限位板处，停止横向顶推；在下弦杆与钢垫板之间放入板式千斤顶，对下弦杆进行竖直顶升，至下弦杆的表面与混凝土横梁的底面接触停止顶升；将上弦杆吊装至下弦杆上方并进行焊接，并对邻近的钢纵梁焊接，使之形成一个整体；所述下弦杆与混凝土纵梁接触处设置加劲肋。

作为优选：所述步骤6中，在钢纵梁合龙后，通过板式千斤顶对钢纵梁进行同步顶升，在新增墩柱上安装支座，然后将钢纵梁卸落至支座上，完成桥梁结构体系转换，使之由提篮拱桥转换成梁式桥。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过在桥梁两侧安装钢纵梁，并在桥下设置墩柱对钢纵梁进行支撑，将原来由吊杆承担的荷载转移给墩柱，桥梁受力体系由拱桥转换成梁桥，有效地解决了老旧拱桥维修加固的难题，同时无需对拱圈吊杆等进行拆除。

(2)加固改造过程中，仅需对人行道处的桥面板进行拆除，无需封闭交通，降低加固施工对交通的影响。

(3)本发明的新增墩柱采用钢管混凝土墩柱，在提高单个墩柱承载力的同时缩小墩柱直径；墩柱钢管采用导向定位支架进行安装、接长，可有效提高安装定位精度，从而保证新增墩柱的轴线精度，同时降低钢管安装、接长的工作量，提高施工效率。

(4)本发明采用钢纵梁顶推体系进行施工，施工操作主要在桥下进行，无需占用桥面空间，从而降低对交通的影响。

(5)本发明的竖直钢管支墩支撑系统采用预应力锚固在条形混凝土扩大基础上，提升结构稳定性的同时，降低结构的尺寸，从而减小对操作净空的要求。

(6)本发明的水平预应力桁架支撑系统采用预应力钢筋对贝雷架进行锚固，可以有效提升贝雷桁架的抗弯刚度，从而提升结构的承载能力。

(7)本发明的导向垫板通过桁架预应力筋锚固在贝雷架的两端，螺旋千斤顶通过楔块与导向垫板接触，导向垫板可以为螺旋千斤顶提供足够的顶推反力。

附图说明

图1是原桥梁纵断面示意图；

图2是原桥梁横断面示意图；

图3是导向定位支架示意图；

图4是图3的a-a断面图；

图5是新增墩柱与承台结构示意图；

图6是钢管接长结构示意图；

图7是钢纵梁顶推体系结构示意图；

图8是钢管支墩结构示意图(图7中的a节点)；

图9是顶推体系工作示意图；

图10是混凝土纵梁顶出示意图；

图11是钢纵梁顶推结构示意图；

图12是钢纵梁节段示意图；

图13是钢纵梁顶升结构示意图；

图14是桥梁结构体系转换示意图；

图15是本发明桥梁纵断面示意图；

图16是本发明桥梁横断面示意图；

图17是新增墩柱、钢纵梁与混凝土横梁位置图(图16中的b节点)。

附图标记说明：1-贝雷架，2-桁架预应力筋，3-张拉千斤顶，4-锚栓，5-导向垫板，6-楔块，7-螺旋千斤顶一，8-螺旋千斤顶二，9-钢垫板，10-四氟滑板，11-地面，12-混凝土垫层，13-混凝土条形扩大基础，14-马蹄筋，15-钢管支墩，16-紧固螺栓，17-钢管预应力筋，18-端板，19-板式千斤顶，20-混凝土纵梁，21-混凝土横梁，22-钢纵梁，23-下弦杆，24-上弦杆，25-限位板，26-新增墩柱，27-支座，28-拱圈，29-吊杆，30-横梁牛腿，31-桥面板，32-锚固螺栓，33-桥面铺装，34-栏杆，35-桩基，36-承台，37-钢管，38-焊缝，39-混凝土，40-盖梁，41-导向定位支架，42-导向环，43-定位架，44-钢筋孔，45-限位环，46-钢筋，47-加劲肋。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

结合附图1至附图17所示，所述新增墩柱承载钢桁梁加固跨既有线桥梁的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：在桥梁底部进行桥下支撑体系的施工；

步骤2：拆除原桥梁两侧人行道处的桥面铺装33、桥面板31及栏杆34等附属物(附图1、2所示为原桥梁结构示意图)；

步骤3：在桥梁下方进行预应力顶推体系的安装作业；

步骤4：通过预应力顶推体系将桥梁两侧的混凝土纵梁20顶推出，并进行拆除；

步骤5：将钢纵梁22的下弦杆23通过顶推体系顶推至指定的位置，同时将上弦杆24与下弦杆23焊接，并对相邻节段的钢纵梁22进行焊接；

步骤6：对钢纵梁22进行竖向顶升，在新增墩柱26上方的盖梁40上安装支座27，将钢纵梁22卸落至支座27上，使原桥梁结构体系由提篮拱桥转换成梁式桥；

步骤7：对桥面进行结构恢复，拆除顶推体系。

所述步骤1中，所述桥下支撑体系由桩基35、承台36、新增墩柱26、盖梁40以及支座27组成；所述新增墩柱26为钢管混凝土墩柱，由外侧的钢管37包裹混凝土39和钢筋46组成，所述钢管37通过导向定位支架41安装、接长，如图15、16所示；所述导向定位支架41由导向环42、定位架43组成，导向环42为一圆环形结构，其外径等于钢管37的内径，定位架43为十字形结构并固定在导向环42内，其上设置有钢筋孔44，所述导向环42的外侧，设置有限位环45，如附图3所示；所述新增墩柱26的第一节钢管37插入承台36内，通过导向定位支架41进行安装定位，新增墩柱26的纵向的钢筋46插入导向定位支架41的钢筋孔44中，钢管37插入导向定位支架41上，并在限位环45处施作焊缝38，满焊连接，如图5所示；所述钢管37的接长通过在两节钢管37之间插入导向定位支架41，并在限位环45处施作焊缝38，满焊连接，如图6所示。

所述步骤3中，所述顶推体系由水平预应力桁架支撑系统、水平顶推系统以及竖直钢管支墩支撑系统组成；所述水平预应力桁架支撑系统由贝雷架1拼接而成，贝雷架1的两端设置有导向垫板5，桁架预应力筋2穿过两导向垫板5和贝雷架1，桁架预应力筋2一端设置有锚栓4，另一端设置有张拉千斤顶3，通过对桁架预应力筋2进行张拉，对贝雷架1施加水平向预应力；所述水平顶推系统设置位于水平预应力桁架支撑系统上方，水平顶推系统主要由钢垫板9、螺旋千斤顶、楔块6和四氟滑板10组成，所述钢垫板9设置在贝雷架1上方，螺旋千斤顶由顶出的螺旋千斤顶一7和顶入的螺旋千斤顶二8组成，螺旋千斤顶一7和螺旋千斤顶二8相向设置，在螺旋千斤顶一7和螺旋千斤顶二8的背侧，与两端的导向垫板5之间设置有楔块6，如图7所示；所述竖直钢管支墩支撑系统主要由混凝土垫层12、混凝土条形扩大基础13以及钢管支墩15组成，钢管支墩15为两端带法兰盘的钢管结构，通过紧固螺栓16接长，钢管支墩底部采用紧固螺栓16与混凝土条形扩大基础13连接固定；钢管支墩15顶部设置有端板18，贝雷架1夹在端板18和钢管支墩15之间，通过紧固螺栓16连接固定；钢管预应力筋17一端连接在马蹄筋14上，另一端穿过钢管支墩15和端板18，端板18上设置有张拉千斤顶3，通过对钢管预应力筋17进行张拉，对钢管支墩15施加竖向预应力，如图8所示。

所述钢垫板9的长度等于两导向垫板5之间的距离，两导向垫板5顶部的高度以高出楔块6为宜；所述四氟滑板10放置在钢垫板9上，顶推物体放置在四氟滑板10上，螺旋千斤顶一7和螺旋千斤顶二2通过顶推四氟滑板10将顶推物体顶出、顶入，如图7所示；所述马蹄筋14浇筑在混凝土条形扩大基础13内，其水平位置与钢管支墩15的轴线位置保持一致；所述水平顶推系统还包括板式千斤顶19，通常放置在四氟滑板10或者钢垫板9上，对物体进行竖向顶升，如图8所示。

所述步骤4中，在四氟滑板10上放置板式千斤顶19，并对混凝土纵梁20进行竖向顶升，使混凝土纵梁20与混凝土横梁21分离；通过螺旋千斤顶一7对四氟滑板10进行横向顶出，将混凝土纵梁20横向顶出后，进行拆除，如图9、10所示。

所述步骤5中，将钢纵梁22的下弦杆23吊放至四氟滑板10上，通过螺旋千斤顶二8进行水平顶推，将下弦杆23顶推至于混凝土横梁21上设置的限位板25处，停止横向顶推，如图11所示；在下弦杆23与钢垫板9之间放入板式千斤顶19，对下弦杆23进行竖直顶升，至下弦杆23的表面与混凝土横梁21的底面接触停止顶升；将上弦杆24吊装至下弦杆23上方并进行焊接，并对邻近的钢纵梁22焊接，使之形成一个整体，如附图12所示；所述下弦杆23与混凝土纵梁20接触处设置有加劲肋47，提高下弦杆23的结构刚度，如图12所示。

所述步骤6中，在钢纵梁22合龙后，通过板式千斤顶19对钢纵梁22进行同步顶升，在新增墩柱20上安装支座27，然后将钢纵梁22卸落至支座27上，完成桥梁结构体系转换，使之由提篮拱桥转换成梁式桥，如附图13、14、15、16所示。