公路工程施工技术-第五章

115.1桥梁工程概述5.2桥梁施工方法的选择5.3桥梁墩台的施工5.4梁式桥的施工5.5拱桥的施工5.6斜拉桥和悬索桥施工简介第5章桥梁工程施工225.1桥梁工程概述我国改革开放三十年来，随着科学技术的快速进步、工业化水平的迅速提高、社会生产力的高速发展，桥梁建筑无论在规模上还是在科学技术水平上，均已跻身于世界先进行列。各种功能齐全、造型美观的城市立交桥、高架桥及跨越各种障碍物的大跨径公路桥、铁路桥相继建成。随着我国公路2020年远景规划的实施，跨越渤海湾、杭州湾、琼州海峡及舟山连岛工程等大型工程已进入规划建设阶段。5.1桥梁工程概述5.1桥梁工程概述图5-1梁式桥桥梁有上部结构、下部结构、支座和附属设施四个基本部分组成。图5-1为一座公路梁式桥的概貌，涉及一般桥梁工程的几个主要名词解释如下：上部结构（或称桥跨结构），是在线路中断时跨越障碍的主要承重结构，是桥梁支座以上（无铰拱起拱线或刚架主梁底线以上）桥跨结构的总称。下部结构（桥墩、桥台和基础的统称），是支承桥跨结构并将其永久荷载作用和车辆荷载作用传至地基的结构物。桥墩和桥台是支承上部结构并将其传来的永久作用和车辆等荷载作用传至基础的结构物。桥台设在桥梁两端，桥墩则在两桥台之间。桥墩的作用是支承桥跨结构；而桥台除了起支承桥跨结构的作用外，还要与路堤衔接，并防止路堤滑塌。桥墩和桥台底部的部分称为基础，基础承担了从桥墩和桥台传来的全部荷载，并将荷载传至地基。这些荷载包括竖向荷载以及地震、船舶撞击墩身等引起的水平荷载。基础往往深埋于地下或水下地基中。对于深水基础，其在桥墩施工中是难度较大的一个部分，也是确保桥梁安全的关键之一。5.1桥梁工程概述支座是设在墩（台）顶，用于支承上部结构的传力装置，以确保结构的受力明确。故支座不仅要传递很大的荷载，并且要保证上部结构按设计要求能产生一定的变位。桥梁的基本附属设施包括桥面系、伸缩缝、桥梁与路堤衔接处的桥头搭板、锥形护坡和调治构造物等。5.1桥梁工程概述桥梁施工应包括施工技术和施工组织管理。桥梁施工技术着重研究桥梁施工技术方案和保证技术方案实施所必须采取的技术措施，即选择施工方法，确定各施工阶段所需的机具、设备、材料和劳力等事项。施工组织管理需要制订施工计划表，合理地组织施工，保证各阶段施工所需的机具设备、材料和劳力的合理调配，安排好场地布置，进行施工经济管理、经济分析和全面质量管理，组织好生产与生活等。5.2桥梁施工方法的选择5.2.1桥梁基础工程施工方法1.扩大基础所谓扩大基础，是将墩（台）及上部结构传来的荷载通过其直接传递至较浅的支承地基的一种基础形式，一般采用明挖基坑的方法进行施工，故又称之为明挖扩大基础或浅基础。其主要特点是：（1）由于能在现场直观确认支承地基的情况下进行施工，因而施工质量可靠。（2）施工时的噪声、振动和对地下污染等建设公害较少。（3）与其它类型的基础相比，施工所需的操作空间较小。（4）在多数情况下，比其它类型的基础造价省、工期短。（5）易受冻胀和冲刷影响。5.2桥梁施工方法的选择扩大基础施工的顺序是开挖基坑，对基坑进行处理。然后，砌筑圬工或立模、绑扎钢筋、浇筑混凝土。其中，开挖基坑是施工中的一项主要工作，而在开挖过程中，必须解决挡土与止水排水的问题。当土质坚硬时，对基坑的坑壁可不进行支护，仅按一定坡度进行开挖。在采用土、石围堰或土质疏松的情况下，一般应对开挖后的基坑坑壁进行支护加固，以防止坑壁坍塌。支护的方法有挡板支护加固、混凝土及喷射混凝土加固等。5.2桥梁施工方法的选择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设计底面高程时，施工时则须采取止水排水措施。打钢板桩或采用集水坑用水泵排水、深井排水及井点降水等方法使地下水位降低至开挖面以下，以使开挖工作能在干燥的状态下进行。用化学灌浆法及围幕法（冻结法、硅化法、水泥灌浆法和沥青灌浆法等）进行止水。但扩大基础的各种施工方法都有各自的制约条件，因此在选择时应特别注意。5.2桥梁施工方法的选择2.桩基础桩是深入土层的柱形构件，其作用是将作用于桩顶以上的荷载传递到土体中的较深处，以承受较大的荷载。根据不同情况，桩可以有不同的分类法。现按成桩方法对桩进行分类，并分别叙述其施工方法和工艺。（1）沉入桩沉入桩是将预制桩用锤击法或振动法沉入地层至设计要求高程。预制桩包括木桩、混凝土桩和钢桩，沉入桩施工方法主要有：锤击沉入桩、振动沉入桩、静力压桩法、辅助沉桩法、沉管灌注法以及锤底沉管法等。5.2桥梁施工方法的选择（2）灌注桩灌注桩是在现场采用钻孔机械（或人工）将地层钻挖成预定孔径和深度的孔后，将制作成一定形状的钢筋骨架放入孔内，然后在孔内灌入流动性的水下混凝土而形成桩基。水下混凝土多采用垂直导管法灌注。灌注桩因成孔的机械不同，通常采用旋转锥钻孔法、潜水钻机成孔法、冲击钻机成孔法、正循环回转法、反循环回转法、冲抓锥成孔法、人工挖孔法等。5.2桥梁施工方法的选择（3）大直径桩一般认为，直径2.5m以上的桩称为大直径桩。目前最大桩径已达6m。近年来，大直径桩在桥梁基础中得到广泛应用，结构形式也越来越多样化，除实心桩外，还发展了空心桩；施工方法上不仅有钻孔灌注法，还有预制桩壳钻孔埋置法等。根据桩的受力特点，大直径桩多做成变截面的形式。大直径桩与普通桩在施工上的区别主要反映在钻机选型、钻孔泥浆及施工工艺等方面。5.2桥梁施工方法的选择3.沉井基础沉井基础是一种断面和刚度均比桩大得多的筒状结构，施工时在现场重复交替进行构筑和开挖井内土方，使之沉落到预定的地基上。在岸滩或浅水中建造沉井时，可采用“筑岛法”施工；在深水中建造时，则可采用浮式沉井。沉井基础施工的难点在于沉井的下沉，沉井下沉主要是要求通过从井孔内除土，减小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。另外还有压重、高压射水、炮震，降低井内水位减小浮力以增加沉井的有效自重，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。5.2桥梁施工方法的选择4.管柱基础管柱基础的施工一般包括管柱预制、围笼拼装、浮运和下沉定位、下沉管柱、在管柱底基岩上钻孔、在管柱内安放钢筋笼并灌注水下混凝土等内容。管柱有钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土和钢管三种。其下沉与前述的沉入桩类似，大多采用振动并辅以射水、吸泥等措施。管柱的下沉必须要有导向装置，浅水时可用导向架，深水时则用整体围笼。5.2桥梁施工方法的选择5.2.2桥梁下部结构施工方法1.承台承台一般设置在旱地或浅河水面的桥梁基础中，以加强各桩基础的共同受力。承台的施工可采取明挖基坑、挡板围堰后开挖基坑等方法进行施工。对深水中的承台，可供选择的施工方法通常有：钢板桩围堰、钢管桩围堰、双壁钢围堰及套箱围堰等。5.2桥梁施工方法的选择2.墩（台）身墩（台）身的施工方法根据其结构形式的不同各异。对结构形式较简单、高度不大的中、小桥墩（台）身，通常采取传统的方法，立模（一次或几次）现浇施工。对高墩及斜拉桥、悬索桥的索塔，则有较多可供选择的方法，其施工方法的多样化主要反映在模板结构形式的不同。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：将墩身分成若干节段，从下至上逐段进行施工。5.2桥梁施工方法的选择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，施工进度平衡、安全，机械化程度较高，但因多采用液压装置实现滑升，故成本较高、所需的机具设备亦较多；爬升模板（简称爬模）一般要在模板外侧设置爬架，因此这种模板相对而言需耗用较多的材料，但不需设专门用于提升模板的起吊设备。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。在中、小桥中，设计单位从就地取材方面考虑有时采用石砌墩（台）身，石砌墩（台）身施工工艺虽较简单，但必须严格控制砌石工程的质量。5.2桥梁施工方法的选择5.2.3桥梁上部结构施工方法1.整体施工法整体施工法包括在支架上就地浇筑施工法、预制装配施工法和整孔架设施工法。整体施工法的主要特点是可以按照桥梁结构设计的体系，在结构的伸缩缝之间整体施工，当起重能力受到限制时，可在桥的横向按照原结构图式分割为预制梁，架设后装配成整体。（1）就地浇筑法（2）预制装配法（3）整孔架设法5.2桥梁施工方法的选择2.节段施工法采用节段施工的共同特点是梁体分节段进行，经过若干施工过程后，形成设计的结构体系，故一般施工过程中有体系转换问题，使得施工阶段的受力状态与运营状态不一致。（1）悬臂施工法（2）逐孔施工法（3）移动模架施工法（4）顶推施工法5.2桥梁施工方法的选择5.2.4其它施工方案1.转体施工法转体法多用于拱桥的施工，亦可用于斜拉桥和刚构桥。这种施工法是在岸边或桥塔两侧设立支架预制半跨桥梁的上部结构，然后借助上、下转轴和施加适当的扭转力使两岸半跨桥梁上部结构向桥跨转动，同时用风缆控制其转速，最后就位合龙。该法最适用于峡谷、水深流急、通航河道和跨线桥等地形特殊的情况，具有工艺简单、操作安全、所需设备少、成本低、速度快等特点。转体法分平转和竖转两种施工方法，施工中又分为有平衡重和无平衡重两种方式。5.2桥梁施工方法的选择2.劲性骨架法以钢骨架作为拱圈的劲性拱架，采用现浇混凝土包裹骨架，最后形成钢筋混凝土拱桥。这种埋入式拱架法国内有施工实例，国外称为“米兰拱”，骨架可采用型钢或钢管等材料制作。5.2桥梁施工方法的选择5.2.5混凝土梁桥施工方法的选择混凝土梁桥中包括钢筋混凝土梁桥和预应力混凝土梁桥，从结构体系上来讲，又可分为简支梁桥、悬臂梁桥、T形刚构和连续梁桥。各种不同类型的桥梁可选择的施工方法也不同，为了便于选择合理的方法，表5-1示出不同类型混凝土梁桥一般所使用的施工方法。表5-2示出各种施工方法所适用的桥梁跨径。5.2桥梁施工方法的选择选择混凝土梁桥的施工方法时，可根据下列条件综合考虑：（1）使用条件：桥梁的类型，使用跨径、墩高，桥下净空的限制，平面施工场地的限制，桥墩台的形状等。（2）施工条件：工期要求，起重和运输能力及机具设备要求，架设时是否封闭交通，架设所需的临时设施，材料供应情况，施工技术与组织管理水平，施工经济性等。（3）自然环境条件：平原或山区地质和地形条件及软弱层状况，对河道的影响，运输线路的限制等。（4）社会环境条件：施工现场对环境的影响。5.2桥梁施工方法的选择表5-1混凝土梁桥一般选用的施工方法施工方法梁桥类型整体施工法节段施工法就地浇筑预制装配整孔架设悬臂施工逐孔施工移动模架顶推法钢筋混凝土简支板梁桥√√钢筋混凝土悬臂梁桥√√√钢筋混凝土T形刚构桥√√钢筋混凝土连续梁桥√预应力混凝土简支板梁桥√√√预应力混凝土悬臂梁桥√√√预应力混凝土T形刚构桥√预应力混凝土连续梁桥√√√√√5.2桥梁施工方法的选择5.2桥梁施工方法的选择跨径施工方法常用跨径/m可达到的跨径/m整体施工法就地浇筑20～7070～170预制装配20～5050～100整孔架设20～5050～100节段施工法悬臂施工70～210210～310逐孔施工20～8080～150移动模架20～8080～100顶推施工60～8080～220表5-2各种施工方法所适用的桥梁跨径5.3.1混凝土墩台、石砌墩台施工1.混凝土墩台施工就地浇筑的混凝土墩台施工有两个主要工序：一是制作与安装墩台模板；二是混凝土浇筑。常用的模板类型有：拼装式模板、整体吊装模板（见图5-2），组合型钢模板、滑动钢模板。各种模板在工程上的应用，可根据墩台高度、墩台形式、机具设备、施工期限等条件，因地制宜，合理选用。5.3桥梁墩台的施工（2）混凝土浇筑施工要点墩台身混凝土施工前，应将基础顶面冲洗干净，凿除表面浮浆，整修连接钢筋。灌筑混凝土时，应经常检查模板、钢筋及预埋件的位置和保护层的尺寸，确保位置正确，不发生变形。混凝土施工中，应切实保证混凝土的配合比、水灰比和坍落度等技术性能指标满