桥梁施工及控制技术

桥梁施工及控制技术第一章绪论第一节桥梁工程建设情况与发展趋势桥梁工程为土木工程的重要组成部分，其功能除主要为道路交通需要而跨越河流、峡谷、海域等天然屏障，变天堑为通途外，它也是城市基础设施建设的重要内容。桥梁工程的发展经历了一个漫长的历史过程。与其他工程建设事业的发展一样，桥梁工程在其发展过程中，无不受到各发展阶段当时的桥梁设计理论、桥用材料和施工技术发展水平的制约，特别是在桥梁的跨越能力上受到的制约更为明显。在21世纪的今天，桥梁工程事业随着整个科学技术水平的提高而得到了迅猛发展。桥梁跨越能力是体现桥梁建设水平的重要指标。梁式桥梁•加拿大魁北克桥—世界最大跨径的钢连续桥跨径549m，1917年建成。•武汉长江大桥跨径为128m，1957年建成。•九江长江大桥(钢桁梁与钢拱组合体系)其跨径也达到了216m，1993年建成的。•奥地利阿尔姆桥—目前世界最大跨径预应力混凝土简支梁桥1977年建成，跨径为76m。•挪威RaftSundet桥—最大跨径预应力混凝土连续刚构桥1999年建成，跨径298m。•我国最大跨径的预应力混凝土简支梁桥于1985年在浙江飞云江建成，跨径为62m。•虎门辅航道桥跨径为270m连续刚构桥1997年建成。拱式桥梁•湖南凤凰鸟巢桥跨径120m，石拱桥，1990年建成。•山西晋城丹河大桥跨径146m，石拱桥。•法国博浪加斯脱桥，跨径186m，砼拱桥，1930年建成。•南斯拉夫克拉克桥，跨径390m，1979年建成，当时世界第一并保持了近20年世界纪录。•1999年建成的跨径为330m的贵州江界河大桥(预应力混凝土桁式组合拱桥)•1997年建成的跨径达420m的重庆万县长江大桥斜拉桥•1955年建成世界第一座现代斜拉桥——跨径182.6m的瑞典斯特罗姆海峡钢斜拉桥•1991年建成的挪威斯卡思圣特桥（混凝土斜拉桥），跨径为530m•而1995年建成的法国诺曼底桥采用钢质中孔和钢筋混凝土边孔的混合结构，其路径达到了856m•日本890m多多罗钢斜拉桥则雄居世界钢斜拉桥首位悬索桥•美国1937年建成了主跨达1280的金门大桥•1981年英国建成了跨径为1410m的享伯尔桥•日本建成跨径为1991m的明石海峡大桥（课本中1990米为设计主跨建设期间遭遇地震建成后主跨多一米）•中国1999年建成的跨径为1385m的江苏江阴长江大桥第二节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施工是具体体现桥梁规划、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，而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。·高水平的桥梁设计必须要有高水平的桥梁施工技术来支持，桥梁建设事业的发展依赖于桥梁施工技术的发展。·桥梁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。所以，要提高桥梁建设水平，就必须提高其施工技术水平。第三节桥梁施工技术与施工控制桥梁施工技术包含内容•施工设计计算•施工方法•手段与工艺•施工控制等内容随着交通事业发展需要，大量的公路需要建设，桥梁作为公路的咽喉工程，其建设任务更加艰巨。从过去十年我国的交通建设中就可以看出桥梁建设的艰辛。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，设计图只是目标，而在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)、须测，对设计目标的实现是至关重要的。上述工作一般需以现代控制论为理论基础来进行，所以称之为施工控制。桥梁施工控制不仅是桥梁施工技术的重要组成部分，而且也是实施难度相对较大的部分。对不同体系、不同施工方法、不同材料等的桥梁，其施工控制技术要求也不一样。桥梁施工控制是确保桥梁施工宏观质量的关键。衡量一座桥梁的施工宏观质量标推就是其成桥状态的线形以及受力情况符合设计要求。第二章桥梁施工与施工控制第一节桥梁施工方法发展回顾19世纪中期以前，桥梁一般采用有支架施工。随着钢铁工业的发展，19世纪中期，美国等国家修建了为数不多的连续桁梁。对连续梁经过修正使无支架施工方法得以广泛采用。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。20世纪70年代，随着预应力混凝土工艺的完善，尤其是后张学会于1976年的成立，使用于桥梁上的预应力混凝土工艺更加成熟。第二节桥梁施工方法及施工中需注意的问题一、梁式桥梁(一)简支梁(板)桥简支梁(板)桥在小跨径桥梁中广泛采用，其施工方法分为有支架现浇和预制安装两种。采用支架现浇这种方法施工时，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)问题，支架地基可靠、浇注顺序合理、预应力(预应力混凝土梁板桥时)张拉控制有效等技术问题。预制安装施工中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、刚度和稳定予以重视。（二）等截面连续梁(板)桥在中小路径的桥梁(特别是立交桥)中采用等截面连续梁(板)桥较多。其施工方法包括1.逐孔现浇法逐孔现浇法又分为在支架上逐孔现浇和移动模架逐孔现浇两种。施工中同样要注意支架或模架的强度、刚度与稳定。另外，对不断进行的体系转换(施工接头位于跨间，连续孔数逐渐增多)时的结构受力与变形要特别注意。2.先简支后连续法这种施工与简支梁预制安装施工相似，但桥面系施工往往在己成的连续体系上进行，需注意梁体的受力变化。3.顶推法顶推法是指在桥台后平台上预制梁体，逐节向前推出，如图2-1。这种桥梁施工的关键包括：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。(三)预应力混凝土变截面连续梁桥变截向连续梁桥主要用于大中跨径连续梁桥，常用施工方法有：1．支架现浇法支架现浇法适用于旱地且跨径不太大的桥梁，施工中支架的安全、变形等是必须引起重视的问题。2．悬臂施工法悬臂施工法是大跨径连续梁桥常用的施工方法，属于一种自架设方式，分为悬臂拼装与悬臂浇筑两种，如图2-2。（四）预应力混凝土连续刚构桥预应力混凝土连续刚构桥通常用在较大跨径的梁式桥梁上，一般采用悬臂浇筑施工，如图2-2。确保成桥线形与内力状态符合要求显得非常重要。（五）钢梁桥钢梁桥包括简支或连续体系的钢板梁和钢桁梁桥。钢梁桥一般为工厂加工，现场架设施工。拖拉法与悬臂拼装法使用较多。拖拉法施工流程如图2-3所示。拖拉法必须对施工中梁体各杆件的应力、稳定进行控制。悬臂拼装法是将钢梁杆件在桥跨中依次悬臂拼装至前方墩(台)或合拢。如图2-4所示，悬臂拼装施工中，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；三是悬拼时梁的挠度同样需要观测、调整，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。二、拱式桥梁（一）石拱桥主拱圈施工拱圈内的应力是逐渐形成的，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观测，避免结构在施工过程中出现过大的应力。施工工艺如图2-5所示（二）普通型钢筋混凝土拱桥施工1．主拱施工采用劲性骨架浇筑施工时，往往因桥梁跨径大(如420m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，其施工中的安全尤为重要，施工过程控制就显得格外受重视。外置式拱架施工方法(如图2-6)劲性骨架法是特大跨径拱桥的主要施工方法(如图2-7)无支架缆索吊装施工法应用更为广泛。如图2-8。施工的关键在于吊运系统(包括锚碇、塔架、天线)的可靠性以及吊装与扣挂的安全以及工段位置确定。根据两岸地形情况，在两岸制作半拱，然后绕拱座作水平或竖直转动至合拢成拱的转体施工法也时有采用。如图2-9所示。转体施工的成败在于转动系统的可靠性和转动过程中悬扣系统、拱圈等的受力、稳定在安全范围内。钢筋混凝土拱也可采用悬臂施工法施工。拱的悬臂施工主要有两种方式：•一是塔架斜拉扣挂方式，如图2-10所示。需特别注意斜拉索力、拱圈受力、标高的变化。•二是桁架式如图2-11。鉴于其属于自架设施工方式，除需注意施工中结构的受力、稳定外，特别要加强施工标高的控制。钢管混凝土拱通常是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。2．拱上结构施工包括上承式拱桥的拱上建筑，施工可采用支架现浇，更多的是预制拼(吊)装。中、下承式拱桥的悬吊结构(桥道梁)。施工既可在支架上现浇或拼装，也可采用吊装。施工必须注意拱上结构施工过程中主拱的受力、变形以及稳定性。(三)系杆拱桥施工对钢筋很凝土系杆拱桥，最简便的施工方法是支架法。施工时需特别控制好预应力施加的时间、大小，使之与拱圈的形成过程协调，保证拱肋或系杆受力、变形符合要求。大跨径系杆拱桥大多采用钢筋混凝土或钢管混凝土结构，除单跨外，更多的是三跨飞燕式。施工中关键是系杆拉力的施加和桥道梁的施工。（四）整体型上承式拱桥施工整体型上承式拱桥包括桁架拱桥、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。图2-12所示。三、斜拉桥斜拉桥施工包括三大部分•墩塔施工•主梁施工•斜拉索制作与安装斜拉桥主梁施工一般可采用以下方法来进行。•支架法、•顶推法、•转体法、•悬臂浇注和•悬臂拼装(自架设)目前使用较多的是前支点挂篮，也称斜索式挂篮。如图2-13所示。施工中塔柱空间位置、斜拉索价置、锚头相对尺寸等务必要精确。必须进行主梁标高、斜拉索索力和塔柱变位观测，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处理，保证合拢段工程质量和成桥状态内力符合要求。对于混凝土主梁悬臂拼装，要特别注意块件和相邻已成梁段的相对高差控制，确保主梁线形与设计相符。对于钢梁悬臂拼装，合拢段施工是另外需要特别注意的。合拢段施工苦处理不好，轻则影响结构内力分配以及桥面平顺，重则影响结构安全。四、悬索桥悬索桥施工包括锚碇施工、索塔施工、主缆(吊杆)施工和加劲梁施工几个主要部分。锚碇分重力式锚和隧道锚两种。施工中除需注意常规的质量、精度要求外，应特别注意混凝土内部的温度监测与控制。混凝土索塔通常采用滑模、爬模、翻模并配以塔吊或泵送浇注；钢索塔一般为吊装施工。同样，索塔施工中要注意加强测量控制，掌握其受力情况。主缆架设主要有空中纺丝法(AS法)和预制平行索股法(PPWS法)两种。加劲梁的架设方法因加劲梁的构造形式不同而异。施工中加劲梁的应力、标高应满足要求。第三节桥梁施工控制的任务与工作内容桥梁施工控制的任务就是对桥梁施工过程实施控制，确保在施工过程中桥梁结构的内力和变形始终处于容许的安全范围内，确保成桥状态(包括成桥线形与成桥结构内力)符合设计要求。一、几何(变形)控制不论采用什么施工方法，桥梁结构在施工过程中总要产生变形(挠曲)，并且结构的变形将受到诸多因素的影响，极易使桥梁结构在施工过程中的实际位置(立面标高，平面位置)状态偏离预期状态，使桥梁难以顺利合拢，或成桥线形形状与设计要求不符，所以必须对桥梁实施控制，使其结构在施工中的实际位置状态与须期状态之间的误差在容许范围和成桥线形状态符合设计要求。二、应力控制通常通过结构应力的监测来了解实际应力状态，若发现实际应力状态与理论(计算)应力状态的差别超限就要进行原因查找和调控，使之在允