桥梁工程施工技术(一)

王建强教授郑州大学第1章总论1.桥梁的基本概念2.建设基本阶段3.材料与结构的关系由藤由砖石由混凝土、钢材第1章总论§1.1桥梁施工的发展简史石拱砌置采用纵向（顺桥方向）砌置方法，每圈砌完全合龙后就成一道独立拼圈，砌完一道拱圈，移动承担重量的“膺架”，再砌另一道相邻拱。为了减少桥台的垂直位移采取了在桥台边打入许多木桩的措施，这种方法在今天的厂房、桥梁的建造上也经常采用。为了减少桥台的水平移动采用了延伸桥台后座的办法，以抵消水平推力的作用。洛阳桥(福建泉州公元1059年)（1）大吨位箱梁结构的整孔预制、梁上运架l运梁车按作用在4片梁上设计，最大限度分摊运梁荷载l运梁车采用前后车组分离、电子软刚性同步方案，大幅度降低了车组自重，避免了对箱梁进行额外加固。杭州湾跨海大桥工程杭州湾跨海大桥工程杭州湾跨海大桥工程杭州湾跨海大桥工程（2）海上大吨位箱梁的整孔预制架设杭州湾跨海大桥工程（3）墩身的整体预制、安装杭州湾跨海大桥工程杭州湾跨海大桥工程杭州湾跨海大桥工程（4）大直径超长钢管桩杭州湾跨海大桥工程§1.2桥梁施工的相关因素法料机人环建造技术与装备组织管理设计造价基础是桥梁下部结构的重要组成部分，对结构物的安全使用和工程造价有很大的影响。桥梁基础按施工方法可分为：扩大基础桩及管柱基础沉井基础地下连续墙基础组合基础§1.3施工方法一、桥梁基础•石砌墩台•就地浇筑墩台•预制装配式墩台二、桥梁墩台三、桥梁上部结构的施工以整个桥位为基准固定支架整体现浇预制安装提升施工以桥墩为基准悬臂施工转体施工以桥轴端点为基准逐孔施工法顶推施工法以桥横向为基准横移施工法整体就地浇筑法：是在桥位处搭设支架，在支架上浇筑桥体混凝土，达到强度后拆除模板、支架。优点：就地浇筑法无需预制场地;不需要大型起吊、运输设备;梁体的主筋可不中断，桥梁整体性好。缺点：工期长，施工质量不容易控制;对预应力混凝土梁由于混凝土的收缩、徐变引起的应力损失比较大;施工中的支架、模板耗用量大，施工费用高;搭设支架影响排洪、通航，施工期间可能受到洪水和漂流物威胁。预制安装法：在预制工厂或在运输方便的桥址附近设置预制场进行梁的预制工作，然后采用一定的架设方法进行安装。有利于确保构件的质量和尺寸精度，可尽可能多的采用标准化、机械化施工。上下部结构可以平行作业，缩短现场工期。能有效的利用劳动力，降低了工程造价。可减少混凝土收缩、徐变引起的变形。逐孔施工法：逐孔施工是中等跨径预应力混凝土连续梁中的一种施工方法，它使用一套设备从桥梁的一端逐孔施工，直到对岸。主要包括：移动模架逐孔现浇施工和以及移动支架逐孔组拼预制节段施工等。不影响通航和桥下交通，施工安全、可靠。一套模架可多次周转使用。机械化、自动化程度高，缩短工期。设备投资大，施工准备和操作都较复杂。悬臂施工法：悬臂施工法是从桥墩开始向跨中不断接长梁体构件，包括悬臂浇筑施工、悬臂拼装施工。桥梁在施工过程中产生负弯矩，桥墩也要求承受由施工产生的弯矩。非墩梁固接的预应力混凝土梁桥，采用悬臂施工时应采取措施，使墩、梁临时固结，因而在施工过程中存在结构体系的转换。对施工中墩梁固结的桥墩可能承受施工产生的弯矩。悬臂施工法可不用或少用支架，且不影响通航或桥下交通。转体施工法：转体施工是将桥梁构件先在桥位处岸边（或路边及适当位置）进行预制，待混凝土达到设计强度后旋转构件就位的施工方法。可以利用地形，方便预制构件。施工期间不断航，不影响交通。施工设备少，装置简单，容易制作并便于掌握。减少高空作业，施工工序简单，施工迅速。转体施工适合于单跨、双跨和三跨，可在深水、峡谷建桥采用，同时也适应平原区以及城市跨线桥。顶推施工法：沿桥纵轴方向的台后设置预制场地，分节段预制，并用纵向预应力筋将预制节段与施工完成的梁体连成整体，然后通过水平千斤顶施力，将梁体向前顶推出预制场地。之后继续在预制场地进行下一节段梁的预制，循环操作直至施工完成。使用简单的设备建造长大桥梁，施工费用低，施工平稳无噪声，可在水深、山谷和高桥墩上采用，也可在曲率相同的弯桥和坡桥上采用。主梁分段预制，连续作业，结构整体性好。桥梁节段固定在一个场地预制，便于施工管理改善施工条件，避免高空作业。顶推施工时，梁的受力状态变化很大，施工阶段的梁的受力状态与运营时期的受力状态差别较大，在施工时也可采取加设临时墩，设置前导梁和其他措施，用以减少施工内力。顶推法宜在等截面梁上使用，当桥梁跨径较大时，选用等截面梁会造成材料用量的不经济，也增加施工难度。横移施工法：是在拟待安置结构的位置旁预制该结构，并横向移运该结构物，将它安置在规定的位置上。整个操作期间与该结构有关的支座位置保持不变，即没有改变梁的结构体系。在横向移动期间，临时支座需要支承该结构的施工重量。提升与浮运施工法：是在未来安置结构物以下的地面上预制该结构并把它提升就位。浮运施工将桥梁在岸上预制，通过大型浮运至桥位，利用船的上下起落安装就位的方法。前提：在该结构下面需要有一个适宜的地面。被提升结构下的地面要有一定的承载力。拥有一台支撑在一定基础上的提升设备。该结构应该是平衡的，至少在提升操作期间是平衡的。采用浮运法要有一系列的大型浮运设备。充分考虑桥位地形、环境、安装方法的安全性、经济性和施工速度等因素，此外，桥梁的类型、跨径，施工技术水平、机具设备条件等也是重要影响因素。使用条件施工条件自然环境条件社会环境影响四、桥梁施工方法的选择第2章机械设备§2.1概述通用机械设备：测量：经纬仪、测距仪；模板：滑动模板、提升模板、拼装模板；装配式支架：钢管支架、万能杆件、贝雷梁、六四军用梁；混凝土施工：伴和机、输送泵、振捣设备；钢筋加工：切割机、调直机、焊接机；预应力施工：千斤顶、锚夹具、穿索机；运输：汽车、船只；起重设备：塔式起重机、汽车式起重机、龙门起重机、浮吊、卷扬机等。基础施工机械设备：基坑开挖：挖掘机、抓斗、风镐基坑排水：抽水机、井点基坑围护：钢板桩、双壁钢围堰、钢套箱打桩：柴油、蒸汽、液压打桩机钻孔：螺旋式、冲击式、潜水式钻孔机泥浆制备设备上部结构施工设备：预制安装：双导梁架桥机、缆索起重机、移动支架现浇施工：移动模架悬臂施工：梁式挂篮、斜拉式挂篮、牵引式挂篮顶推施工：千斤顶、导梁、滑动导向设备缆索制作：斜拉索制作设备、悬索桥主缆制作设备路面施工设备：沥青滩铺机、压路机等武汉天兴洲南岸引桥桥墩的模板横倒造成1死4伤荆岳长江大桥在钢筋笼内焊接钢筋时，承载钢筋笼的钢丝绳突然断裂，导致5人溺水身亡§2.2通用设备一、万能杆件以角钢钢板螺栓制成，组拼成桁架、墩架、塔架和龙门架，作为施工脚手架或预制构件，必要时还可作为临时墩台和桁架。优点：拆装容易、运输方便、利用效率高。二、公路装配式钢梁桁节（贝雷梁）由预制的节段式钢桁架片拼接而成的桥梁。原用作军用，每一桁架片形式相同，通过销钉或螺栓可迅速接长，还可拼成多层，多列，适用于不同长度及载重，现在也普遍用于民用临时性建筑上和支架。我国在稍做改进后称之为常备钢梁，但习惯上仍称做贝雷梁。三、桥墩、桥塔施工模板现浇混凝土桥墩、塔施工中采用的主要模板形式：滑动模板（滑模）提升模板：单面整体提升模板交替提升多节模板（翻模）爬升模板（爬模）施工中的三汊矶大桥西主桥墩滑动模板施工原理：在构筑物或建筑物底部，沿构件的周边组装滑动模板，随着向模板内不断地分层浇筑混凝土，用液压提升设备使模板不断地向上滑动，直到需要浇筑的高度为止。工作平台、内外模板、混凝土平台、工作吊篮和提升设备。爬升模板（爬模）：完成第一层混凝土浇筑同时完成导轨和支架的预埋件系统，通过液压油缸对导轨和爬架交替顶升来实现爬模墩柱混凝土施工的结构系统。根据提升设备，爬升模板分为：倒链手动爬模电动爬架拆翻模液压爬升模倒链手动爬模一般由钢模、提升桁架和脚手支架构成。简便实用，所需机具设备少；用钢量小，模板制造灵活，可用在直塔、斜塔；人员投入多，施工方法较原始。电动爬架翻模由模架、模板、电动提升系统和支承系统构成。施工机械化程度高，劳动强度低；施工安全方便，节省劳力；减少工序，质量有保证。液压爬模由模板系统、网架工作平台、液压提升系统构成。以塔柱壁围支承主体，以液压顶升油缸为爬升设备。苏通长江大桥三百多米高的索塔用德国的液压自爬模施工苏通长江大桥1＃过渡墩爬模施工苏通长江大桥1＃过渡墩爬模施工翻升模板：翻升模板是一种特殊钢模板，一般由三层模板组成一个基本单元，每层模板自成体系，自身与桥墩、塔锚固，在混凝土浇筑前及浇筑过程中支撑在下一层模板上，混凝土强度达到设计强度后翻转下层模板组成第四层，浇筑下一层混凝土，如此循环交替上升。翻模施工以裸塔施工为例，比较翻模、滑模、爬模：翻模：应用较早，施工简单，能保证几何尺寸(包括复杂断面)，外观整洁，但模板高空翻转，操作危险，沿海地区不宜用此法。滑模：施工速度快，劳动强度小，但技术要求高，施工控制复杂，外观质量较差，且易污染，一般倾斜度较大，预留孔道及埋件多的索塔不宜用此法。爬模：爬模兼有滑模和翻模的优势,斜拉桥索塔一般使用的施工.施工安全，质量可靠，修补方便，国内外大多采用此法。四、预应力张拉及锚固设备张拉设备根据预应力筋和张拉千斤顶工作原理，分粗钢筋、高强钢丝束、钢绞线预应力张拉设备单根精轧高强螺纹钢筋可用穿心式千斤顶：施工方便、操作简单，锚固可靠，但受钢筋强度限制，适用于较小构件。主要型号有YCW、YC等几个大类，YCW系列穿心式千斤顶是OVM锚固体系锚具的配套千斤顶，较为常用。群锚千斤顶：可张拉1～60根钢绞线：可按需要选用钢绞线根数，采用群锚技术，合理控制混凝土构件尺寸，减轻结构自重，降低施工成本，张拉吨位大，但由于张拉吨位大对液压系统要求高，密封件易损坏。YCQ型系列千斤顶是一种通用性较强的穿心式预应力千斤顶，主要用于张拉QM群锚，也可以用于其他型号的群锚锚固体系。锥锚式（弗氏锚）千斤顶：用于张拉4～24根直径5mm或6mm的高强钢丝束：可适用于中小长度混凝土构件，成本较低，易于操作，施工质量好，但只能张拉24根钢丝，不能做群锚，对混凝土构件截面尺寸有影响。当A油嘴进油，B油嘴回油，主缸带动卡盘左移，固定在其上的钢丝束被张拉；达到设计张拉力后，关闭A油嘴，B油嘴进油，随即由副缸顶压活塞杆将锚塞强力顶入锚环内。然后A油嘴回油，主缸右移回程复位；B油嘴回油，在弹簧力作用下，顶压活塞杆左移复位。按张拉千斤顶工作原理分：单作用：只能完成张拉一个动作，一般用于张拉端部带螺丝端杆锚具的应力筋；双作用：能完成张拉和顶压两个动作，张拉锚环和锚塞组成的应力筋；三作用：张拉、顶压和自动退楔。预应力锚固设备：锚固设备包括锚具和夹具，常用锚夹具：冷扎螺纹钢筋锚具精轧钢筋螺纹锚具钢丝束镦头锚具钢绞线束夹片锚具冷铸镦头锚具精轧钢筋螺纹锚具：采用螺母锚具，它由螺丝端杆、螺母和垫板三部分组成。适用于直径18-36mm的预应力钢筋。锚具长度一般为320mm，当为一端张拉或预应力筋的长度较长时，螺杆的长度应增加30-50mm。a）螺母锚具；b）螺丝端杆；c）螺母；d）垫板螺母锚具示意精轧钢筋螺纹锚具钢丝束镦头锚具：利用钢丝镦粗头来锚固预应力钢丝的一种支承式锚具，加工简单，张拉方便，锚固可靠，但对下料长度要求严格，人工费力。钢丝束镦头锚具分A型与B型。A型由锚环与螺母组成，可用于张拉端；B型为锚板，用于固定端。a）张拉端锚具（A型）；b）固定端锚具（B型）1一锚环；2—螺母；3—锚板；4—钢丝束钢绞线束夹片锚具：利用夹片来锚固预应力钢绞线的一种楔紧式锚具；由于钢绞线强度高、硬度大、接触面小，因此对锚具夹片的夹持能力要求较高常用张拉端锚具型号：XM、QM、OVM、YM、BM型。压花锚具挤压锚具§2.3上部结构施工设备一、浮吊杭州湾跨海大桥施工的浮吊起重重量达3000吨。加拿大建造ONFEDERATIONBRIDGE浮吊达到9000吨。二、缆索起重机高差较大的垂直吊装和架空纵向运输时需采用缆索起重机进行吊装，比如大跨拱桥拼装施工，其中扣索是拱箱（肋）分段吊装时，暂时固定分段拱箱（肋）；缆风索保证塔架的纵横向稳定及拱肋安装就位后的横向稳定三、架桥机根据构造和性能常用的有单梁