第06课-桥梁施工控制的技术

桥梁施工控制技术桥梁建设与施工技术建设一座桥梁通常要经过规划、工程可行性研究、勘测设计和施工等阶段。施工是具体体现桥梁设计思想和意图的一个过程，其最终目的是建设一个既满足交通需要，又能作为一种空间艺术品（结构）存在于社会之中的工程实体。施工技术无论是在设计阶段还是在施工阶段都起着非常重要的作用。桥梁建设与施工技术桥梁设计者的设计意图能否真正得以实现往往还取决于施工技术。施工技术的发展为实现桥梁设计意图提供了灵活多样的手段，为增大桥梁跨越能力、新型桥梁结构体系的开发、新型材料的应用、成桥状态（受力与线形）的改善、工程质量的提高、建设工期的缩短和工程造价的降低等提供了充分的条件和技术保障。桥梁施工回顾19世纪中期以前，桥梁一般采用有支架施工。有支架施工是在桥跨位置架设支架，在支架上拼装主梁或浇筑混凝土主梁，整个施工过程中，主梁处于无应力状态。对桥梁的主梁来说，有支架施工是最简单、最可靠的施工方法。但随着科学技术的发展，桥梁跨度不断增大，尤其对跨越大江、大河和深谷的桥梁，若仍然采用有支架的施工方法，将变得非常困难，甚至是不可能的。桥梁施工回顾19世纪中期，美国等国家在连续桁梁建设和使用过程中，由于温度变化、墩台沉陷等的影响，尤其是多次超静定结构，在当时设计手段落后的情况下，深感设计理论的复杂。后来在连续中采用了铰构造，把连续桁梁转化为静定的悬臂桁梁，从此，悬臂桁梁获得广泛的采用。悬臂桁梁的出现不仅解决了当时设计上的困难，在施工中，采用悬臂法架设桁梁，其施工阶段的应力状态与营运阶段的应力状态一致，给悬臂施工即无支架施工方法提供了有力的依据，使无支架施工方法得以广泛采用。桥梁施工回顾悬索桥以它固有的特点，使它在19世纪及20世纪中期成为大跨度桥梁采用的唯一桥型。悬索桥的修建，使得最典型、最完善的无支架施工法得以广泛采用与发展。它给了桥梁界缆索吊机施工方法以很大的启发，以致长达100多年以来，缆索吊机始终为一个完善、可靠的主要吊装工具，并成功地应用于梁桥、拱桥的无支架施工中。桥梁施工回顾在拱桥无支架施工中，常采用多拱段吊装，为了能够临时固定未合拢的各拱段，法国工程师首先采用扣索临时扣挂各拱段的方法，使无支架吊装拱桥的施工方法更加完善，一直沿用至今。桥梁施工回顾20世纪70年代，随着预应力混凝土工艺的完善，桥梁预应力混凝土工艺更加成熟。德国工程师率先采用悬臂浇筑混凝土法修建预应力混凝土连续梁桥，为至今仍然采用的悬臂浇筑混凝土连续梁、连续刚构、拱桥、斜拉桥等无支架（自架设）施工方法奠定了基础。桥梁施工技术与施工控制桥梁施工技术包含施工设计计算、施工方法、手段与工艺、施工控制等。以往，在桥梁施工技术中并未突出施工控制的内容，甚至没有提到“施工控制”。原因是由于过去所建桥梁一般跨径不大，规模较小，影响因素少等，因为施工控制不力而产生的不良后果也就不明显，从而使人们忽视了它的重要性。桥梁施工技术与施工控制事实上，任何桥梁施工，特别是大跨径桥梁的施工，都是一个系统工程。在该系统中，设计图纸是目标，而自开工到竣工整个为实现设计目标而必须经历的过程中，将受到许许多多确定和不确定因素（误差）的影响，包括设计计算、桥用材料性能、施工精度、荷载，大气温度等诸多方面在理想状态与实际状态之间存在的差异，施工中如何从各种受误差影响而失真的参数中找出相对真实之值，对施工状态进行实时识别（监测），调整（纠偏）、预测对设计目标的实现是至关重要的。桥梁施工技术与施工控制桥梁施工控制是桥梁施工技术的重要组成部分桥梁施工控制是确保桥梁施工宏观质量的关键桥梁施工控制又是桥梁建设的安全保证桥梁施工技术与施工控制桥梁施工控制是桥梁施工技术的重要组成部分桥梁施工控制是确保桥梁施工宏观质量的关键桥梁施工控制又是桥梁建设的安全保证桥梁施工技术与施工控制桥梁施工控制是桥梁施工技术的重要组成部分桥梁施工控制是确保桥梁施工宏观质量的关键桥梁施工控制又是桥梁建设的安全保证桥梁施工方法与设计的关系静定结构、一次形成结构：一种设计可以有多种施工方法，设计与施工可分离，例如：简支梁桥梁：设计——按照成桥状态进行，施工——预制吊装、支架现浇等一般拱桥：设计——按照成桥状态进行，施工——支加现浇、缆索吊装等桥梁施工方法与设计的关系超静定结构、分次形成结构：一种设计对应一种施工方法，设计与施工必须不可分离，主要体现在结构恒载内力需根据施工过程进行计算，例如：桥梁施工方法与设计的关系组合式简支梁桥：一期恒载效应应采用应力叠加，而不是内力叠加桥梁施工方法与设计的关系悬臂施工连续桥、连续刚构桥、分次形成的箱拱桥、桁架拱桥等：一期恒载效应必须根据施工顺序（包括体系转换）进行计算桥梁施工方法与设计的关系桥梁施工方法与设计的关系桥梁施工方法与设计的关系桥梁施工方法与设计的关系桥梁施工方法与设计的关系桥梁施工与施工设计的关系桥梁施工控制任务与工作内容桥梁施工控制的任务就是对桥梁施工过程实施控制，确保桥梁在施工过程中结构的内力和变形始终处于结构容许的安全范围内，确保桥梁施工过程安全和成桥状态（包括成桥线形与成桥结构内力状态）符合设计要求。桥梁施工控制任务与工作内容施工控制工作内容因桥型及施工方法而异，总体上包括：变形（位移）控制应力（内力）控制稳定控制安全控制桥梁施工控制与施工质量控制桥梁施工质量控制是对施工全过程，各工序进行检查、监督和管理、制止影响工程质量的行为和各种不利因素的存在，使所完成的工程符合设计图纸、技术规范要求和验收标准。通过企业自控、社会监理实现。桥梁施工控制是对桥梁施工过程结构的受力、变形及稳定进行监控，使施工中的结构状态处于最优状态，保证施工过程安全和成桥状态（包括内力和线形状态）符合设计、规范要求。由施工控制单位（小组）来完成。桥梁施工控制与施工质量控制桥梁施工控制与桥梁施工质量控制目标是一致的，都是保证桥梁建设质量的手段。桥梁施工质量控制重在“微观控制”，而桥梁施工控制重在“宏观调控”，是桥梁施工质量控制的补充与前提。以悬臂施工钢筋混凝土梁段为例，质量控制重在钢筋（钢铰线）自身质量控制、钢筋制安精度控制、模板安装精度控制、混凝土原材料及混凝土拌制质量控制、混凝土浇注、养护质量控制、预应力张拉控制、管道灌浆质量控制等；而施工控制则是根据已成梁体状态，在考虑各种影响因素后为后续施工梁段提供立模标高、在梁段施工中监测结构内力情况和变形情况，为施工能否继续进行或下一梁段立模标高发出指示。桥梁主要施工方法与控制内容简支梁（板）桥简支梁（板）桥主要有支架现浇和预制安装两种方法。支架现浇要特别注意支架的强度、刚度和稳定性（包括局部和整体稳定）要满足要求，支架地基可靠，浇注顺序合理，预应力张拉控制有效等技术问题。预制安装关键是控制好预制精度、预应力体系的建立、预拱度的设置，避免梁体在预制时由于张拉不当引起的开裂，对架桥机等安装设备的强度，刚度和稳定予以监控。桥梁主要施工方法与控制内容等截面连续梁（板）桥逐孔现浇要特别注意支架或模架的强度，刚度与稳定、不断进行的体系转换下结构受力与变形。先简支后连续施工与简支梁预制安装施工相似，但桥面系施工往往在已成的连续体系上进行，需注意梁体的受力变化。顶推法施工控制的关键包括：梁体预制精度（特别是梁体底面平整度），顶推同步、临时支墩（如果有）的变形、梁体在顶推过程中的内力、挠度变化等。桥梁主要施工方法与控制内容预应力混凝土变截面连续梁桥支架现浇施工中支架的安全、变形等是必须引起重视的问题。1．悬臂施工（悬臂拼装与悬臂浇筑）属于自架设方式施工，已成结构的状态（包括受力，变形）具有不可调整性，施工成败的关键在于临时锚固的可靠性，施工过程中的应力监测、变形预测与标高调整以及体系转换的实施。桥梁主要施工方法与控制内容预应力混凝土连续刚构桥连续刚构桥墩为柔性，主梁相对较纤细，悬臂施工过程中桥墩、主梁的受力安全及稳定性都需特别注意。连续刚构桥悬臂施工节段多、工期较长，其纵面高程受多种因素影响，容易出现较大的悬臂标高误差，甚至出现两相对悬臂端标高相对误差太大，使合拢困难的情况。若为保证线形而采取措施强迫合拢，必将在结构中产生不利的附加内力，影响结构受力安全，所以，必须对其标高进行严格控制，确保成桥线形与内力状态符合要求。混凝土连续刚构桥易开裂、下挠，混凝土施工工艺与预应力体系建立需特别注意。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容钢梁桥钢梁桥架设方法很多，主要有整孔吊装法，支架拼装法、缆索吊拼装法、转体法、顶推法、拖拉法和悬臂拼装法。拖拉法与悬臂拼装法使用较多。首先要控制好钢梁的稳定性；其次是悬拼过程中各杆件应力及局部稳定虽在设计中已有考虑，但由于各种误差影响，施工中很有可能出现杆件应力过高的情况，故需用予监控；三是悬拼时梁的挠度同样需要监测、调控，使其挠度在控制范围内，保证合拢顺利和梁体线形符合要求；四是悬拼过程中的梁体振动也应注意；五是做好合拢控制。桥梁主要施工方法与控制内容石拱桥采用拱架施工石拱中拱架的安全是必须引起重视的。据统计，拱桥的垮塌事故大多发生在施工中，所以，对石拱桥，特别是大跨径石拱桥施工过程中拱架的受力，变形及稳定必须进行监控。另外，在大跨径拱桥施工中，其拱圈一般系分环、分段逐渐形成的，所以，拱圈内的应力也是逐渐形成的，施工中必须对拱圈应力，特别是先期形成的拱环应力进行全程监控，避免结构在施工过程中出现过大的应力。桥梁主要施工方法与控制内容普通混凝土拱桥外置式拱架和埋置式拱架施工过程中拱架以及分环分层分段浇注中先期形成的拱环（段）的受力、变形是在不断变化的，为保证施工过程中拱架与拱圈的安全和拱轴线型对称，必须对施工中拱架与拱圈受力、变形、稳定进行监控。对采用劲性骨架浇筑施工时，往往其桥梁跨径特大（如420米的重庆万县长江大桥），要在不太强大的骨架上经过很多工序和较长时间外包混凝土形成拱圈，其施工中的安全更为重要，实施施工控制就显得格外重要。桥梁主要施工方法与控制内容普通钢管混凝土拱桥采用缆索吊装法架设钢管拱，然后再灌注管内混凝土，相当于在较柔的钢管拱架上施加非常大的荷载，该施加可以是一次性的，也可以是分步进行的，不论是哪种方式，施工中钢管（或已先期形成的部分管内混凝土）的受力、变形以及稳定系数都是在不断变化的，必须加以监测、调控、以保证施工安全。桥梁主要施工方法与控制内容系杆拱桥系杆拱桥属于无外部推力体系，拱圈所产生的推力由系杆承担，而系杆所受拉力是随着拱圈和桥道梁的形成而逐渐形成的，所以，其施工工艺较为复杂。对钢筋混凝土系杆拱桥，最简便的施工方法是支架法。当采用钢筋混凝土吊杆和系杆时，通常在拱肋混凝土强度达到要求后，先在桥跨上加临时荷载，使吊杆和系杆中的钢筋内产生额外的拉力后再浇注混凝土，最后在卸去临时荷载后使吊杆、系杆内产生一定预应力，避免混凝土裂缝。当采用预应力系杆时，则需特别控制好预应力施加的时间、大小、使之与拱圈的形成协调，保证拱肋或系杆受力、变形符合要求。必要时也可采用预制拼装，以加快施工进行。桥梁主要施工方法与控制内容普通钢管混凝土拱桥采用缆索吊装法架设钢管拱，然后再灌注管内混凝土，相当于在较柔的钢管拱架上施加非常大的荷载，该施加可以是一次性的，也可以是分步进行的，不论是哪种方式，施工中钢管（或已先期形成的部分管内混凝土）的受力、变形以及稳定系数都是在不断变化的，必须加以监测、调控、以保证施工安全。桥梁主要施工方法与控制内容整体型上承式拱桥施工包括桁架拱桥、刚架桥。对普通中小跨径桁架拱桥可采用支架安装、无支架吊装、转体和悬臂安装等，对于大跨径桁式组合拱桥，通常采用悬臂安装施工。在无支架吊装中，要特别注意桁架拱片在施工过程中的稳定性，在悬臂施工中则要作好施工过程中各杆件的受力情况观测和节段安装标高控制。桥梁主要施工方法与控制内容斜拉桥结构较复杂，超静定次数高，塔柱空间位置、斜拉索位置、锚头相对尺寸等务必要精确，否则将引起结构内力的变化；同时，为确保桥梁施工过程中结构安全和成桥线形平顺，施工中必须进行跟踪监控，监控对象主要是主梁标高、斜拉索索力和塔柱变位，考虑混凝土收缩、徐变，温度变化等引起的标高变化；严格控制合拢时间和进行必要的技术