桥梁施工技术 (1)

桥梁工程及施工技术西南交通大学陈伟庆E-mail:[e-mail]:352659617第一部分桥梁的基本组成及分类桥梁的组成通常来讲，桥梁由上部结构、下部结构、基础和附属结构四部分组成。下图表示一座公路桥梁的全貌。从图中可见桥梁的基本组成部分及各部位名称。（1）上部结构是指桥梁结构中直接承受车辆和其它荷载，并跨越各种障碍物的结构部分。它直接承担使用荷载。一般包括桥面构造、桥梁跨越部分的承载结构和桥梁支座。（2）下部结构桥梁的桥墩和桥台统称为下部结构。它是支承桥跨结构并将恒载和车辆活载等荷载传递至基础的建筑物。通常把设在桥梁两端的称为桥台，它除了上述作用外，还与路堤衔接，以抵御路堤土压力，防止路堤填土的滑坡和坍落。（3）基础设置在墩台下部、将全部荷载传递至地基的结构部分称为基础。基础是确保桥梁安全使用的关键。由于基础往往深埋于土层之中，并且很多情况下需要进行水下施工，故也是桥梁建筑中比较困难的一部分。（4）附属结构设在桥梁主体结构以外，保证桥梁正常、安全使用的建筑物称为附属结构，主要包括锥形护坡、护岸及导流工程等。桥梁组成示意图桥梁分类桥涵分类公路桥涵铁路桥涵多孔跨径总长L（m）单孔跨径Lk（m)桥长L(m)特大桥L＞1000Lk＞150L＞500大桥100≤L≤100040≤Lk≤150100＜L≤500中桥30＜L＜10020≤Lk＜4020＜L≤100小桥8≤L≤305≤Lk＜20L≤20涵洞L1＜8Lk＜5L＜6m且顶上有填土者表1-2桥梁涵洞按工程规模分类图1.2.3梁式桥1.梁桥桥梁结构体系分类2.拱桥图1.2.4拱桥（a）三铰拱（b）两铰拱（c）无铰拱按受力分类：分类按桥面位置分类：（a）上承式（b）下承式（c）中承式按拱上建筑型式分类：（a）空腹式（b）实腹式图1.2.5悬索桥3.悬索桥主要由索（cable)、塔（pylon）、锚碇(anchorage)、加劲梁(stiffeninggirder)等组成。中国浙江西堠门大桥(1650m)日本明石海峡大桥(1991m)4.组合体系组合体系桥A）组成:主要由梁与立柱或墩柱刚性连接的桥梁。1、刚构桥（framebridges）B）受力特点:竖向荷载作用下，主梁与立柱的连接处会产生负弯矩：主梁、立柱受弯矩和轴力；柱底约束处既有竖直反力也有水平反力。A）组成：拱式组合体系桥将梁和拱两种基本结构组合，共同承受桥面荷载和水平推力，充分发挥梁受弯、拱受压的结构特性及其组合作用。2、梁拱组合体系组合利用梁的受拉来部分抵消拱在竖向荷载作用下产生的水平推力。使结构不受较大的水平推力，对地基要求较低。C）梁拱组合体系分类按有无推力分：①无推力的组合体系拱②有推力的组合体系拱B）梁拱组合体系受力特点按拱和梁的刚度关系分：①刚性系杆柔性拱②柔性系杆刚性拱B）斜拉桥受力特点A）斜拉桥组成3、斜拉桥（cabled-stayedbridges）主要由梁、塔、和斜索组成的组合体系桥梁。结构受力时斜拉索承受拉力、主梁承受轴力和弯矩、桥塔承受轴力和弯矩，通过三类构件的共同受力来承担外荷载。主梁以受弯为主，塔以受压为主，斜索受拉力为主。斜拉桥是一种典型的组合体系结构，也是造型最丰富的桥型，其跨越能力仅次于悬索桥。3.根据桥梁的用途分类（1）公路桥；（2）铁路桥；（3）公铁两用桥；（4）人行桥；（5）运水桥（渡槽）；（6）农用桥；（7）管道桥。4.根据桥面在桥跨结构中的位置分类（1）上承式桥；（2）中承式桥；（3）下承式桥。5.按施工方法1）整体施工桥梁——上部结构一次浇筑而成2）节段施工桥梁——上部结构分节段组拼而成整体施工梁桥节段施工桥梁节段施工桥梁第二部分桥梁施工方法及选择桥梁工程中，通常采用的基础形式有扩大基础、桩基础、沉井基础等。一、桥梁基础工程施工方法1、扩大基础又称明挖扩大基础或浅基础。其主要特点是：①由于能在现场用眼睛确认支承地基的情况下进行施工，因而其施工质量可靠；②施工时的噪声、振动较小，对地下水污染轻，对邻近建筑基础危害较小；③与其他类型的基础相比，施工所需的操作空间较小；法板桩围堰开挖基坑浇筑筑法土、石围堰开挖基坑浇人工开挖基坑浇筑法机械开挖基坑浇筑法④在多数情况下，比其他类型的基础相比，造价省、工期短；⑤易受冻胀和冲刷产生的恶劣影响。扩大基础的施工顺序是：开挖基坑，对基底进行处理(当地基承载力不满足要求时需对地基进行加固)，砌筑圬工或立模、绑扎钢筋、浇筑混凝土。其中，开挖基坑是基础施工中的一项主要工作，而且在开挖过程中，必须解决好支挡与排水的问题。扩大基础施工的难易程度与地下水处理的难易有关。当地下水位高于基础的底面高程时，施工时应采取排水措施，如打钢板桩或考虑采用集水坑用水泵集中排水、深井排水及井点法等，使地下水位降至开挖面以下。还可采用化学灌浆法及围幕法进行止水或排水。但扩大基础的各种施工方法都有各自特有的制约条件，因此在选择时应特别注意。2、桩基础桩是深入土层的柱形构件，其作用是将来自桩顶的荷载传递到土体中的较深处。根据不同情况，桩可以有不同的分类方法。按成桩方法对桩进行分为：沉入桩灌注桩（1）沉入桩沉管灌注法钻孔辅助沉桩射水辅助沉桩辅助压桩法静力压桩法振动法锤击法沉入桩沉入桩是将预制桩用锤击打或振动法沉入地层至设计要求的高程。预制桩包括钢筋混凝土桩和钢桩等，一般有如下特点：①由于桩是在预制场制作，故桩身质量易于控制；②沉入时的施工工序简单，工效高，能保证质量；③易于在水上施工；④多数情况下施工噪声和振动大，污染环境；⑤沉入长桩时受运输和起吊设备限制，且存在现场接桩，接头工艺复杂；⑥穿越较坚硬的土层时需要较多的辅助施工措施。（2）灌注桩灌注桩是在现场采用钻孔机械(或人工)将地层钻挖成设计孔径和深度的孔后，将预制成一定形状的钢筋骨架吊入孔内，然后往孔内灌入流动的混凝土而形成的桩基。旋转锥钻孔法冲抓钻机成孔法反循环回转法正循环回转法冲击钻机成孔法潜水钻机成孔法螺旋钻机成孔法机械挖孔人工挖孔灌注桩（2）灌注桩灌注桩的特点是：①与沉入桩的锤击法和振动法相比，施工噪声和振动要小得多；②能修建比预制直径大得多的桩；③与地基的土质无关，在各种地基上均可使用；④施工时应特别注意钻孔时的孔壁坍塌、桩尖处地基的流沙及孔底沉淀等情况的处理；⑤因混凝土是在水中浇注的，故混凝土质量较难控制。3、沉井基础沉井基础是一种断面和刚度均比桩基础大得多的筒状结构，施工时在现场开挖井内土方，使之沉落到预定支承的地基上。在岸滩或浅水中建造沉井时，可采用“筑岛法”施工；在深水中修建，则可采用浮式沉井，将沉井基础浮运到预定位置，再进行下沉施工。按材料、形状和用途不同，可将沉井分成许多类型，但沉井基础有如下共同的特点：①沉井基础的适宜下沉深度一般为10—40m；②与其他形式的基础相比，沉井基础的抗水平推力作用的能力、竖向支承力均较大；③由于沉井基础的刚度大，故其变位较小。沉井基础的施工难点在于沉井的下沉。沉井的下沉主要是通过从井孔内挖除土，清除刃脚正面阻力及沉井内壁摩阻力后，依靠其自重下沉。沉井下沉的方法可分为排水开挖下沉和不排水开挖下沉，但其基本施工方法应为不排水开挖下沉，只有在稳定的土层中，而且渗水量不大时，才采用排水开挖法下沉。另外还有压重、高压射水、炮振(必要时)、降低井内水位减小浮力、采用泥浆润滑套或空气幕等一些沉井下沉的辅助施工方法。二．承台位于旱地、浅水河中采用土石筑岛法施工桩基的桥梁，其承台的施工方法与扩大基础的施工方法相类似，可采用明挖基坑、简易板桩围堰后开挖基坑等方法进行施工。对深水中的承台，可供选择的方法有：钢板桩围堰钢管桩围堰、双壁钢围堰及套箱围堰等。不论何种围堰，其目的都是为了止水，以实现承台在无水环境中施工。钢板桩围堰和钢管桩围堰实际上是一种形式的围堰，只不过所用材料不同而已。双壁钢围堰通常是将桩基和承台的施工一并考虑，即先在围堰顶设置钻孔平台，待桩基施工结束后拆除平台，再在围堰内进行承台的施工；套箱围堰多采用钢材制作，分有底和无底两种类型，根据受力情况不同又可设计成单壁或双壁套箱。三、墩(台)身墩(台)身的施工方法根据其结构形式的不同而不同。对结构形式较简单，高度又不大的中、小桥的墩(台)身，通常采用传统的方法，一次砌筑或立模(一次或多次)现浇施工，但对高度较高的墩台及斜拉桥、悬索桥的索塔，则有较多的施工方法可供选择。而施工方法的多样化主要反映在模板结构形式的不同上。近年来，滑升模板、爬升模板和翻升模板等在高墩及索塔上应用较多，其共同的特点是：将墩身分成若干个节段，从下至上逐段进行施工。采用滑升模板(简称滑模)施工，对结构物外形尺寸的控制较准确，施工进度平稳、安全，机械化程度高，但因多采用液压装置实现滑升，故成本较高，所需的机械设备种类也较多；爬升模板(简称爬模)一般要在模板外侧设置爬升架，因此这种模板相对而言需耗用较多的材料，体积也较庞大，但不需设另外的提升设备；翻升模板(简称翻模)结构较简单，施工也较方便，不过需要设专门用于提升的起吊设备。高墩的施工，应根据现场的实际情况，进行综合比较后来选择适宜的施工方案。中、小桥，当设计为石砌墩(台)身时，施工工艺虽然简单，但必须严格控制砌石工程质量。四、桥梁上部结构施工方法桥梁上部结构的形式是多种多样的，其施工方法的种类也较多，但除一些比较特殊的施工方法外，大致可分为预制安装和现浇两大类。上部结构的施工方法分类见下图所示。劲性骨架法转体施工法顶推法悬臂浇筑法逐孔现浇法固定支架法现浇法悬臂拼装逐孔拼装提升法缆索吊装浮运整孔架设浮吊架设扒杆吊装架桥机安装跨墩龙门架吊装自行式吊车吊装预制安装法施工方法1.预制安装法预制安装可分为预制梁安装和预制节段式块件拼装两种类型。前者主要指装配式的简支梁桥：如空心板、T形梁、工字形梁及小跨径箱梁等的安装，尔后进行横向联结或施工桥面板而使之成为桥梁整体；后者则将梁体(一般为箱梁）沿桥轴线分段预制成节段式块件，运至现场进行拼装，其拼装方法一般多采用悬臂法。连续梁、T构、刚构和斜拉桥都可以应用这种方法进行施工。下面简要介绍几种常用的预制安装施工方法的特点及适用场合。1）自行式吊车吊装法这种吊装法多采用汽车吊、履带吊和轮胎吊等机械，有单吊和双吊之分。此法一般适用于跨径在30m以内的简支梁桥的安装作业。在现场应有足够安置吊车的场地，同时要保证运梁道路的畅通，吊车的选用应充分考虑梁体的重量和作业半径后方可决定。2）跨墩龙门安装法在墩台两侧沿桥向设置轨道，在其上安置跨墩的龙门吊，将梁体在起吊状态下运至架设地点，然后安装在预定位置。此法一般可将梁的预制场地安排在桥头引道上，以缩短运梁距离。其优点是：施工作业简单、迅速，可快速施工，容易保证施工安全。但要求架设的地形应平坦，且桥墩不能太高。因设备的费用较大，架设安装的孔数不能太少。3）架桥机安装法这是预制梁典型的安装方法。在孔跨内设置安装导梁，以此作为支承体来架设梁体，这种作为支承梁的安装梁结构称为架桥机。目前架桥机的种类甚多，按形式的不同可分为单导梁、双导梁、斜拉式和悬吊式等。悬臂拼装和逐跨拼装的节段式桥梁也经常采用专用的架桥机进行施工。其特点是：不受架设孔跨桥墩高度的影响，也不受桥下地形条件的影响；架设速度快，作业安全度高；对于孔数较多的桥梁更具有优越性。4）浮吊架设法这种方法一般适用于河口、海上长大桥梁的安装，包括整孔架设和节段式块件的悬臂拼装。采用此法工期较短，但梁体的补强，大型吊具、架设用的卡具等设备均较大型化，浮吊所需费用较高，且易受气象、海象和地理条件等影响。梁体安装就位时浮力的减小会引起浮吊和船舶的移动，伴随而来的是梁体的摇动，因此应充分考虑其倾覆问题。5）浮运整孔架设法是将梁体用船舶运至架设地点后进行安装的方法，可采用两种方式：一种方式是用两套卷扬机(或液压千斤顶装置)组合提升吊装就位，另一种方式是利用船舶的吃水落差将整孔梁体安装就位。6）