第6章-桥梁结构工程施工

第6章桥梁结构工程施工6.1桥梁的基本组成与分类6.2就地浇筑法施工6.3桥梁预制安装法施工6.4预应力混凝土桥梁悬臂法施工桥梁工程是跨越障碍物（如河流、沟谷、道路、铁路等）的结构物。桥梁工程是道路工程的重要组成部分，在工程规模上约占道路总造价的10%~20%。桥梁工程不仅在规模上十分巨大，而且技术要求高、施工难度大，往往成为道路能否早日建成的关键所在，也是保证全线通车的咽喉和枢纽。6.5转体法施工6.6预应力混凝土现浇梁顶推法施工6.7移动模架法施工6.1桥梁的基本组成与分类6.1.1桥梁的基本组成桥梁一般由上部结构、下部结构和附属结构组成，如图6.1所示。图6.1梁桥的基本组成上部结构，又称为桥跨结构，包括承重结构和桥面系，是路线遇到障碍而中断时跨越障碍的建筑物。它的作用是承受车辆荷载，并通过支座传给墩台。下部结构由桥墩（单孔桥没有桥墩）、桥台及其基础组成。下部结构的作用是支承桥跨结构，并将结构重力和车辆荷载等作用传至地基。附属结构包括桥头锥形护坡、护岸以及导流结构物等，其作用是抵御水流的冲刷，以保证路堤迎水部分边坡的稳定。6.1.1桥梁的基本组成6.1.2桥梁的分类桥梁的形式有很多种，按照结构体系划分，有梁、拱、刚架、悬索和组合体系等五种。1.梁式体系（梁桥）梁桥的承重结构是以自身的抗弯能力来承受荷载的，桥跨结构在竖向荷载作用下，支座只产生竖向反力而无水平推力。按静力特性分为简支梁、连续梁、悬臂梁和固端梁等，如图6.2所示。2.拱式体系（拱桥）拱桥的主要承重结构是拱圈或拱肋，如图6.3所示。与相同跨径的梁桥相比，拱桥的弯矩、剪力和变形都要小得多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常可用抗压能力强的土木材料（如砖、石、混凝土）或钢筋混凝土等来建造。6.1.2桥梁的分类图6.3拱式桥图6.2梁式桥3.刚架桥刚架桥是介于梁与拱之间的一种结构体系，形状如图6.4所示。刚架桥施工复杂，其桥下净空比拱桥大，一般用于跨径不大的城市公路高架桥和立交桥。6.1.1桥梁的分类图6.4刚架桥4.悬索桥悬索桥也称吊桥，由大缆、塔架、吊杆、加劲梁和锚锭五部分组成，如图6.5所示。6.1.1桥梁的分类图6.5悬索桥5.组合体系桥梁根据结构的受力特点可将梁、拱、刚架以不同体系组合而成，主要有以下几种形组合方式：6.1.1桥梁的分类图6.6梁拱组合体系桥①梁拱组合体系，该体系有系杆拱、桁架拱、多跨拱梁结构等，它是利用梁的受弯与拱的承压特点组成的联合结构。这种体系因造型美观，常用于城市跨河桥，见图6.6。6.2就地浇筑法施工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，待达到强度后拆除模板、支架的方法。就地浇铸法无需预制场地，而且无需大型起吊、运输设备，梁体的主筋可不中断，桥梁整体性好。它的缺点是工期长，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，施工费用高等，一般仅在小跨径桥或交通不便的边远地区使用。就地浇筑法施工工艺的内容包括支架、拱架、模板的架设和钢筋骨架的成型以及混凝土的运送、振捣与浇筑。②梁和刚架相结合的体系③斜拉桥也是一种主梁与斜缆相结合的组合体系，如图6.7所示。5.组合体系桥梁6.1.1桥梁的分类图6.7斜拉桥6.2.1支架、拱架及模板1.支架为了完成钢筋混凝土梁桥的就地现浇施工，首先应根据桥孔跨径、桥孔下面覆盖土层的地质条件、水的深浅等因素，合理地选择支架形式。支架按其构造分为立柱式支架、梁式支架和梁—柱式支架，见图6.8。图6.8支架类型2.拱架拱架是施工期间用来支撑拱圈、保证拱圈符合设计形状的临时构造物。拱架的形式有立柱式、三铰桁式和梁式钢拱架等，如图6.9所示。6.2.1支架、拱架及模板图6.9拱架类型3.模板模板一般常用木模和钢模，模板类型的选择主要取决于同类桥跨结构的数量和模板材料的供应。当建造单跨或n跨不同桥跨结构，一般采用木模，当有n跨同样的桥跨结构时，可采用大型模板快件组装或用钢模则更经济。6.2.1支架、拱架及模板6.2.2钢筋骨架成型钢筋骨架成型与普通混凝土工程类似。对于就地现浇的结构，焊接或者绑扎的工序多放在现场支架上来完成，其余工序均可在工地附近的钢筋加工车间来完成。1.混凝土运送混凝土的运输应以最少的转运次数、最短的运距迅速从搅拌地点运至浇筑位置为原则，其运输方式如表6-1所示。6.2.3混凝土运送、浇筑与振捣表6.1混凝土运输方式2.混凝土运浇筑为保证混凝土的整体性，防止在浇筑上层混凝土时破坏下层，要求混凝土具有一定的浇筑速度，在下层混凝土初凝前完成上层混凝土的浇筑，其最小浇筑速度由下式计算：h≥s／t（6-1）式中：h——浇筑时混凝土面上升速度的最小值（m/s）；s——浇筑混凝土的扰动深度，一般为0.25~0.5m；t——混凝土实际初凝时间。6.2.3混凝土运送、浇筑与振捣（1）简支梁混凝土的浇筑对于跨径不大的简支梁，可在一跨全长内水平分层浇筑，在跨中合拢。分层的厚度视振捣能力而定，一般选用15~30cm。浇筑速度应尽量快，以便在混凝土失去塑性前完成混凝土的浇筑。对跨径较大的梁桥应从主梁的两端用斜层法向跨中浇筑，在跨中合拢。图6.10所示为T形梁和箱形梁采用斜层法浇筑顺序。图6.10T形梁和箱梁斜层浇筑顺序（2）悬臂梁、连续梁混凝土的浇筑悬臂梁和连续梁的上部结构在支架上浇筑混凝土时，支架在桥墩处为刚性支点，桥跨支撑于地基上的支架为弹性支点。在浇筑混凝土时，应从跨中向两端墩、台进行，以免支架会产生不均匀的沉降，同时其邻跨也从跨中或悬臂向墩、台进行，在桥墩处设置接缝，待支架沉降稳定后，再浇筑墩顶处梁的接缝混凝土。连续梁的浇筑顺序如图6.11所示。图6.11连续梁的浇筑顺序（3）混凝土、钢筋混凝土拱圈的浇筑在支架上就地浇筑拱圈可分为三个阶段：第一阶段浇筑拱圈或拱肋混凝土；第二阶段浇筑拱上立柱、联系梁及横梁等；第三阶段浇筑桥面系。后一阶段混凝土浇注应在前一阶段混凝土强度达到规定设计强度等级后进行。拱圈或拱肋的拱架，可在混凝土强度达到设计强度等级的70%以上时，在第二或第三阶段开始施工前拆除，但应对拆除后拱圈的稳定性进行验算。主拱圈根据跨径的不同分为连续浇筑、分段浇筑和分环分段浇筑。1）连续浇筑。跨径在16m以下的混凝土拱圈或拱肋，拱圈高度较小，全桥混凝土的数量也较小，一次主拱可以从两拱脚开始连续对称地向拱顶浇筑。当混凝土数量多而不能在限定时间内完成，则需在两拱脚处留出隔缝，于最后浇筑成拱。2）分段浇筑。跨径在16m以上的混凝土拱圈或拱肋，为避免先浇筑的混凝土由于拱架的下沉而开裂，为减小混凝土的收缩力，沿拱跨方向分段浇筑，各段之间留有间隔槽，以便在拱架下沉时，拱圈各阶段有相对活动的余地，从而避免拱圈开裂。图6.12为拱分段浇筑次序。（3）混凝土、钢筋混凝土拱圈的浇筑3）分环分段浇筑。大跨径钢筋混凝土拱圈，为减轻拱架负重，通过计算可采用将拱圈高度分成二环或三环来浇筑混凝土。先分段浇筑下环混凝土，分环合拢，再浇筑上环混凝土。下环混凝土达到设计强度后，与拱架共同承担后浇混凝土的重量，节省支架。图6.12拱圈分段浇筑示意6.3桥梁预制安装法施工在预制厂或在运输方便的桥址附近设置预制厂进行梁预制，然后采用一定的架设方法进行安装。6.3.1预制梁的出坑和运输1．出坑预制构件从预制场的底座上移出来，称为“出坑”。钢筋混凝土构件在混凝土强度达到设计强度75%以上，预应力混凝土构件在进行预应力筋张拉后，可进行该项工作。构件出坑时，常采用龙门吊机出坑、三角扒杆偏吊出坑和横向滚移出坑。构件吊运时的吊点位置应按设计规定。预制梁从预制场运至施工现场的运输称为场外运输，常用大型平板车、驳船或火车运至桥位现场。预制梁在施工现场内运输称为场内运输，常用龙门轨道运输、平车轨道运输、平板汽车运输，也可采用纵向滚移法运输。6.3.1预制梁的出坑和运输2．运输6.3.2.预制梁的安装1.架设方法简支梁、板构件的架设，主要包括起吊、纵移、横移、落梁等工序。其架设方法有陆地架设法、浮吊架设法、高空架设法等。（1）陆地架设法陆地架设法包括跨墩门式吊车架梁、自行式吊车架梁、摆动排架架梁和移动支架架梁等，如图6.13所示。图6.13陆地架设法示意（2）浮吊架设法1）固定式悬臂浮吊架梁的方法如图6.14所示，此法适用于流速不大、桥墩不高的情况，架设30m的T梁或T形钢构的挂梁均很方便。但应关注气象，特别是风向、风力。一般采用钢制万能杆件或贝雷钢架拼装固定式的悬臂浮吊。图6.14固定式悬臂浮吊架梁示意2）浮吊船架梁的方法如图6.15所示，它适用于海上和大的深水河流上修建桥梁。采用可回转的伸臂式浮吊架梁比较方便，其高空作业少，施工比较安全、吊装能力与工效均较高。但需大型浮吊，一般采用装梁船存梁后，成批一起架设才比较经济省时，且需在岸边设置临时码头来移运预制梁。图6.15浮吊船架梁示意（3）高空架设1）联合架桥机架梁联合架桥机由一根两跨长的钢导梁、梁套门式吊机和一个托架（又称蝴蝶架）三部分组成，如图6.16所示。此法施工不受水深和墩高的影响，也不阻塞航道。图6.16联合架桥机架梁示意图6.17是用宽穿巷式架桥机架梁的示意图。宽穿巷架桥机的自重很大，所以当它沿桥面纵向移动时，一定要保持慢速，并须注意观察前支点的下绕度，以保证安全。2）宽穿巷式架桥机架桥图6.17宽穿巷式架桥机架梁示意2.安装要点梁、板安装前应先对支座的安装进行检查，支座的有关技术性能参数应符合设计要求。支座下设置的支撑垫石、混凝土强度应符合设计要求，顶面标高准确，表面平整。吊装梁、板前，抹平的水泥砂浆必须干燥并保持清洁和粗糙，支座最好粘结于墩台表面。安放梁、板时应就位准确并与支座密贴。就位不准确时，必须吊起，采取垫钢板等措施调整安装偏差，不得用撬棍移动梁、板。梁、板安装就位后，应及时设置保险垛或支撑，将梁固定并用钢板与先安装好的梁、板预埋横向连续钢板焊接，防止倾倒，待全孔梁、板安装就位后，在按设计规定使整孔梁、板整体化，并及时浇筑接缝混凝土。6.4预应力混凝土桥梁悬臂法施工现代的悬臂施工法最早是用来修建预应力混凝土T形刚构桥。由于此法具有独特的优越性，后来被广泛地应用。其主要特点是：在跨间不需搭设支架；能减少施工设备，简化施工程序；多孔结构可同时施工，加快施工速度将跨中正弯矩转移为支点负弯矩，加大了桥梁的跨越能力；可节省施工费用，降低工程造价。预应力混凝土梁桥悬臂施工通常分为悬臂浇筑和悬臂拼装法两种。6.4.1悬臂浇筑法悬臂浇筑法施工不需要在水中搭设支架，直接从已建墩台顶部逐段向跨径方向延伸施工。悬臂浇筑法施工主要工作内容包括，在墩顶浇筑起步梁段（0号块件），在起步梁段上拼装悬浇挂蓝并依次分段悬浇梁段，最后分段及整体合拢，如图6.18所示。图6.18悬浇分段示意1.施工挂蓝挂蓝是悬臂浇筑施工的主要机具。挂蓝是一个能沿着轨道行走的活动脚手架，挂蓝悬挂在已经张拉锚固的箱梁梁段上，悬臂浇筑时箱梁梁段的模板安装、钢筋绑扎、管道安装、混凝土浇筑、预应力张拉、压浆等工作均在挂蓝上进行。当一个梁段的施工程序完成后，再移向下一梁段施工。所以挂蓝既是空间的施工设备，又是预应力筋未张拉前梁段的承重结构。（1）挂蓝分类挂蓝形式有梁式挂蓝（图6.19）、斜拉式挂蓝及组合斜拉式挂蓝三种。梁式挂蓝结构的主要特点是，可充分利用施工单位备有的万能杆件或贝雷梁作挂蓝的承重结构，故挂蓝本身的投资较少，受力明确，施工时装拆较方便。图6.19梁式挂蓝结构简图用挂蓝浇筑墩侧初始几对梁段时，由于墩顶位置有限，往往需要将两侧挂蓝的承重结构连结在一起，如图6.20（a）所示，待梁段浇筑到一定长度后，再将两侧承重结构分开,如图6.20（b）所示。（a）（b）图6.20墩侧梁段浇筑2.分段悬浇施工一个箱梁节段的施工工艺流程如图6.21所示。图6.21箱梁节段施工工艺流程浇筑混凝土的过程中，要随时观测挂蓝由于受荷而产生的变形。挂蓝负荷后，还可能引起新、旧梁段接缝处混凝土开裂。尤其是采用两次浇筑法施工时，为了避免这种裂缝，对挂蓝可采用预加变形的