桥梁施工技术.ppt

桥梁施工技术 2 一 桥梁施工发展桥梁施工技术水平与同时代生产力发展水平相关 3000年前在渭河上架设浮桥1400多年建设的赵州桥 建造技术超乎想象大拱圈纵分为28圈 每圈由43块重1t左右的拱石组成 用石灰浆砌筑 为提高强度和整体性 拱石表面凿有斜纹 拱石纵缝间安放腰铁 铁箍 主拱跨中拱背上设置5根铁拉杆 并在拱顶石砌筑时采用刹尖方法使拱石挤压紧密 3 1053年建成泉州万安 洛阳 桥 现代浮运架桥的原始雏形 46桥墩 834米长 采用 激浪涨舟 悬机弦牵 架设石梁1240年漳州虎渡桥 200t重的石梁如何架设至今未知19世纪悬索桥主缆架设的AS PWS方法出现 促进了悬索桥快速发展 4 20世纪50年代以前 我国桥梁工程中对水深流急 覆盖层厚的墩台基础 一般都采用沉箱基础 这种施工方法的主要缺点 是对施工人员身体有害 工效很低 1953 1957年武汉长江大桥施工中 首创了一种先进的基础形式 钢筋混凝土管柱基础 采用强力振动等方法下沉 该深水基础随后在黄河 长江等许多大桥上得到成功应用 此后 在我国桥梁工程中就基本不再采用沉箱基础 钻孔灌注桩基础始于20世纪60年代 是一种不用大型打桩机械就能完成的 直径和承载能力都很大的深桩基础 由于它施工工艺简易 设备简单 在我国得到迅速推广 目前已成为使用最多的一种桥梁基础形式 沉井基础是我国桥梁应用较早的基础类型之一 近30年来沉井基础进步较快 20世纪60年代开始采用触变泥浆套 20世纪70年代开始采用空气幕等措施 以减小沉井下沉阻力 在九江长江大桥施工中 第一次采用 双壁钢围堰 基础 克服了过去在修建深水基础时 洪水期间被迫停工的缺点 5 20世纪钢筋混凝土 预应力混凝土技术应用 悬臂施工 顶推施工 逐孔施工 转体施工技术广泛应用大跨深水桥梁迅速发展 20世纪末 1991米的日本明石海峡桥 悬索桥 890米的日本多多罗桥 斜拉桥 420米的中国重庆万州长江大桥 砼拱桥 301米的挪威Stolmasundet桥 连续刚构桥 21世纪初 460米的中国重庆巫山长江大桥 钢管砼拱桥 330米的中国重庆长江大桥复线桥 连续刚构桥 1088米中国苏通长江大桥 斜拉桥 1 高桥墩施工模板的发展 1949年以前我国铁路多在平原或丘陵地区修建 一般墩高在10米以内 30米以上的桥墩很少 全国仅有4座桥 一般采用固定式模板施工 20世纪60年代我国开始普遍推广应用空心桥墩 1966年在成昆线安宁河3号桥 首先使用滑升刚模板灌筑钢筋混凝土空心墩 获得成功 为修建高桥墩开创了新得途径 20世纪80年代后期 应用于桥墩的爬升模板 和20世纪90年代初开始采用的翻升模板技术 对促进我国高桥墩的发展 起到十分重要的作用 迄今墩高大于60米的铁路桥梁 国内有近20座 2001年建成的内昆线花土坡大桥 墩高达110米 为钢筋混凝土圆形空心墩 采用液压提升平台翻模施工 6 2 拱桥施工技术的发展 缆索吊装法施工 作为我国公路装配式拱桥无支架施工的主要方法被广泛采用 目前吊装能力已达75t 近年来在桁式拱架基础上发展起来的劲性骨架施工法 最早应用于1990年建成通车的宜宾小南门金沙江大桥 采用了型钢构件组拼桁架式劲性骨架施工 1997年采用钢管混凝土作为劲性骨架建成的重庆万县长江大桥 主跨420m 为目前世界上最大跨度的混凝土拱桥 转体施工 我国研究转体法施工始于1975年 并于1977年首创平面转体 建成了净跨70m的公路箱形肋拱桥 转体重量1200t 迄今 我国采用转体法建成的桥梁约50座 是转体施工发展速度最快的国家 目前五平衡重转体施工的混凝土箱形拱桥 最大跨度达200m 四川涪陵乌江桥 1990年 近年来 转体施工技术在钢管混凝土拱桥的架设中也得到很好的应用 如2000年建成的广州丫髻沙珠江大桥跨度达360m 我国目前唯一一座铁路钢管混凝土拱桥 贵州水柏铁路北盘江大桥 跨度236m 2001年建成 其主拱肋采用单铰平转法施工 7 3 梁桥施工技术的发展 中小跨度梁桥架桥机 20世纪50年代 我国开始使用双悬臂式架桥机架设混凝土梁 60年代以后 我国发展应用简支式架桥机架梁 显著提高了架梁的安全性 悬臂法施工梁桥 我国采用悬臂法建造预应力混凝土梁桥 始于20世纪60年代成昆铁路的旧庄河1号桥和孙水河5号桥 国内建成的大跨度混凝土梁桥绝大部分是采用悬臂法施工的 最大跨度达370m 虎门公路大桥副航道桥 顶推法架设梁桥 该方法在1959 1962年施工的奥地利Ager桥中首先应用 我国最早采用顶推法架设的铁路桥梁是狄家河桥 1977年 跨度40m 公路桥梁是万江桥 1978年 跨度54m 在我国 顶推法施工得到较为广泛的应用 其中最长的桥为广东九江大桥引桥 桥梁总长540m 逐孔施工法建造梁桥 该方法从20世纪50年代末以来 首先在德 法 瑞士等国应用 今已推广到全世界 我国于1994年用移动支架法成功架设了10孔跨度46m的宁夏灵武支线黄河大桥 为我国中等跨度混凝土梁的架设开辟了新途径 2000年用同样方法架设了目前国内最大跨度64m的预应力混凝土铁路简支梁桥 包西线秃尾河桥 1990年施工的厦门高集海峡大桥 为46孔等跨45m的箱梁桥 采用了移动模架法施工 8 4 斜拉桥 悬索桥施工技术突飞猛进世界上第一座现代公路斜拉桥于1955年在瑞典建成 我国斜拉桥起步比欧美整整晚了20年 但发展突飞猛进 至今已建成100多座 其中跨度大于200m的就有50多座 已成为斜拉桥数量最多的国家 1993年建成的上海杨浦大桥 主跨达602m 是当时世界上跨度最大的结合梁斜拉桥 2005年建成的江苏苏通长江大桥 主跨1088m 居世界第一位 20世纪90年代以来 我国在悬索桥建设方面异军突起 从1995年至今相继建成大跨度悬索桥10余座 其中2005年建成的润扬长江大桥 主跨1490m 居世界第三位 目前 我国正在规划建设的舟山西堠门大桥 主跨1650m 青岛海湾大桥 主跨1652m 琼州海峡大桥 主跨1600m 和香港青龙大桥 主跨1418m 将为我国大跨度悬索桥开创新的局面 9 二 桥梁施工概述桥梁上部结构施工大致可分为预制安装和现场灌筑两大类 预制安装法 预制安装可分为预制梁整孔安装和预制节段式块件拼装两种类型 预制梁整孔安装方法有 架桥机安装法 跨墩龙门架安装法 自行式吊车安装和浮运整孔架设法等 预制节段式块件拼装法有 悬臂拼装法 逐孔拼装法 缆索吊装法和提升法 浮吊法等 2003年9月底 中铁大桥局利用我国自行研制 起重能力达2500吨的大型浮吊 架设了首片长70m 宽15 25m 重达21005的预制混凝土箱梁 现场灌筑法 包括脚手架法 悬臂灌筑法 逐孔现浇法 顶推法等 特殊施工方法 包括转体施工法和劲性骨架法 在桥梁下部结构施工中 通常采用的基础形式有明挖扩大基础 桩基础 沉井基础等 其施工方法可大致分类如下 明挖扩大基础 开挖基坑是明挖扩大基础施工中的一项主要工作 可以采用人工开挖 机械开挖 土与石围堰开挖 当地下水位较高时 需采取排水设施 桩基础 按成桩方法不同 桩基础可分为沉入桩和灌注桩两类 沉入的方法有锤击法 振动法 静力压桩法等 灌注桩施工因成孔机械不同 常用的方法有正循环回转法 反循环回转法等 沉井基础 沉井可采用筑岛法在墩位制造 井内取土靠自重下沉 在深水中建造时 可采用浮式沉井 浮运至墩位处下沉施工 10 管柱基础 管柱下沉必须要有导向装置 浅水时可用导向架 深水中则用整体钢围堰 管柱大多采用振动打桩机强力振动 或辅以射水 吸泥等措施强迫下沉 承台施工 位于旱地或浅水河中的承台施工方法与明挖扩大基础的施工方法相类似 对于深水中的承台 一般采用钢板桩围堰或双壁钢围堰等止水 以实现承台的避水施工 墩 台 身施工 对高度不大的中小桥墩 台 身 通常采用传统的方法立模现浇施工 高桥墩施工多采用缆索吊机进行水平和竖向运输 高桥墩施工的模板近年来多采用爬升式模板 翻板式模板和滑升式模板 三 施工的重要性桥梁的建设需经过规划 工程可行性研究 勘测设计和施工等几个阶段 施工是具体体现桥梁设计思想和设计意图的过程 高水平桥梁设计需要更高水平施工技术去实现 桥梁施工技术的发展也为实现桥梁设计意图提供了灵活多样的手段 为增大桥梁跨度 改善结构性能和线形以及应用新材料提供了充分条件 12 四 施工与桥梁建设的关系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 其最终目的是建成一个满足使用要求的工程实体 施工技术无论是在设计阶段还是在施工阶段都非常重要 对其施工是否能顺利完成起着决定性作用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 五 施工与设计的关系 不同结构型式桥梁 施工方法可不同 同种结构型式桥梁也可采用不同的施工方法 复杂体系桥梁 不同施工方法时 施工过程结构受力体系各不相同 结构内力随结构计算图式的改变而变更 结构运营阶段的受力状况取决于所选用的施工方法 绝大多数桥梁施工往往不是一次完成 其间需经历多次结构体系的转换 桥梁设计必须针对特定施工方法 程序进行 桥梁施工必须忠实于设计 桥梁常见体系 施工方法及受力特点桥梁结构体系 施工方法决定了桥梁的受力特点以及建设质量控制的重点 桥梁建设质量监督人员必须对桥梁结构体系 施工方法与受力特点有清醒的认识 以便在监督中突出重点 把握全局 桥梁常见体系 施工方法及受力特点钢筋混凝土简支梁 板 桥 静定体系 单跨受力 支架现浇 预制吊装等方法施工 温度变化 支座不均匀沉降等不产生附加内力 跨间结构受拉区带裂缝工作 桥梁常见体系 施工方法及受力特点钢筋混凝土简支桥面连续梁 板 桥 静定体系 墩顶仅梁 板 顶部分连续 单跨受力 支架现浇 预制吊装等方法施工 温度变化 支座不均匀沉降等不产生附加内力 跨间结构受拉区带裂缝工作 桥梁常见体系 施工方法及受力特点钢筋混凝土简支结构连续梁 板 桥 先简支后结构连续 一期恒载下静定体系 二期恒载和使用荷载下超静定体系 一期恒载下单跨受力 二期恒载和使用荷载下多孔受力 预制吊装施工 温度变化 支座不均匀沉降等产生附加内力 跨间 墩顶结构受拉区带裂缝工作 桥梁常见体系 施工方法及受力特点预应力混凝土简支梁 板 桥 静定体系 单跨受力 预制吊装施工 温度变化 支座不均匀沉降等产生附加内力 全压结构或拉应力受限并不开裂 桥梁常见体系 施工方法及受力特点预应力混凝土简支桥面连续梁 板 桥 静定体系 墩顶仅梁 板 顶部分连续 单跨受力 预制吊装等方法施工 温度变化 支座不均匀沉降等不产生附加内力 主梁全压结构或拉应力受限并不开裂 桥面连续构造带裂缝工作 桥梁常见体系 施工方法及受力特点预应力混凝土简支刚构桥 先简支后刚构 墩梁固接 一期恒载下静定体系 二期恒载和使用荷载下超静定体系 一期恒载下单跨受力 二期恒载和使用荷载下多孔墩梁共同受力 预制吊装施工 主梁二期预应力 温度变化 混凝土收缩徐变 支座不均匀沉降等产生附加内力 主梁全压结构或拉应力受限并不开裂 桥梁常见体系 施工方法及受力特点钢筋混凝土连续梁桥 超静定体系 支架施工 主梁多孔共同受力 主梁温度变化 混凝土收缩徐变 支座不均匀沉降等产生附加内力 跨间 墩顶结构受拉区带裂缝工作 桥梁常见体系 施工方法及受力特点预应力混凝土连续刚构桥 超静定体系 墩梁固接 悬臂施工 预制拼装施工等 一期恒载受力因施工方法而定 二期恒载和使用荷载下多孔墩梁共同受力 主梁二期预应力 温度变化 混凝土收缩徐变 墩底不均匀沉降等产生附加内力 主梁全压结构或拉应力受限并不开裂 桥梁常见体系 施工方法及受力特点石拱桥 超静定体系 拱圈为主要承重结构 支架 拱胎施工等 支架拆除 拱上结构施工顺序影响拱圈受力 温度变化 拱脚不均匀沉降等产生附加内力 主拱圈全压结构 桥梁常见体系 施工方法及受力特点钢筋混凝土拱桥 超静定体系 拱圈为主要承重结构 支架施工 缆索吊装施工 劲性骨架施工 转体施工 悬臂施工等 支架拆除 拱上结构施工顺序等影响拱圈受力 温度变化 拱脚不均匀沉降 混凝土收缩徐变等产生附加内力 主拱圈一般为全压结构 桥梁常见体系 施工方法及受力特点钢管混凝土拱桥 超静定体系 拱圈为主要承重结构 缆索吊装施工钢管拱圈 现浇管内混凝土 管内混凝土 拱上结构施工顺序等影响拱圈受力 温度变化 拱脚不均匀沉降 混凝土收缩徐变等产生附加内力 主拱圈一般为全压结构 钢管焊接缺陷 管内混凝土脱空 钢管锈蚀等危害巨大 桥梁常见体系 施工方法及受力特点钢拱桥 超静定体系 拱圈为主要承重结构 简单体系或组合体系 系杆至关重要 缆索吊装施工 悬臂施工等 拱上结构施工顺序等影响拱圈受力 温度变化 拱脚不均匀沉降等产生附加内力 焊接缺陷 锈蚀等危害巨大 桥梁常见体系 施工方法及受力特点钢拱桥 桥梁常见体系 施工方法及受力特点钢拱桥 桥梁常见体系 施工方法及受力特点钢拱桥 桥梁常见体系 施工方法及受力特点钢拱桥 桥梁常见体系 施工方法及受力特点钢拱桥 桥梁常见体系 施工方法及受力特点钢拱桥 桥梁常见体系 施工方法及受力特点斜拉桥 超静定体系 桥塔 索 主梁为主要承重结构 悬浇 吊装施工等 施工中索力等影响拱圈受力 温度变化 混凝土收缩徐变等产生附加内力 钢主梁焊接缺陷 斜拉索锈蚀等危害巨大 稳定性需高度重视 桥梁常见体系 施工方法及受力特点悬索桥 索塔 主缆 加劲梁为主要承重结构 加劲梁吊装施工 施工中主缆初始状态对成桥状态影响大 锚碇系心脏 主缆系生命线 钢主梁焊接缺陷 主缆锈蚀等危害巨大 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 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 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 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 五 施工与机械设备的关系 施工机械设备的优劣往往决定桥梁施工技术先进与否 施工方法的确定在很大程度上取决于是否有与之相配套的施工机械设备 桥梁结构体系及施工技术的发展需要大量的 先进的机械设备 先进施工技术发展促进设备水平的不断提高 桥梁施工设备包括 测量设备 基础施工设备 混凝土施工设备 各种常备式结构 预应力施工设备 运输 安装和起重设备 专用施工设备等 其中大型浮吊的研制利用 使桥梁上 下部结构的施工向着大块件组拼体系发展 适应了当前越来越多跨海工程建设的需要 六 施工与施工控制的关系 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 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 七 施工与造价的关系 桥梁工程的总造价包括规划 工程可行性研究 勘测设计 征地拆迁 工程施工等费用 其中施工一般要占工程费用的60 以上 近年来 工程施工费用和劳动力的工资所占的比例呈现上升趋势 对于特大跨径和结构比较复杂的桥梁更是如此 因此 施工费用对工程造价有着举足轻重的影响 影响桥梁施工费用的主要因素是构件制作的费用 架设费用和工期 为在施工阶段降低工程造价 节省投资 除采取加强施工的组织管理 节约材料 提高机械设备的利用率等措施外 在施工中应用新技术 新工艺十分重要 施工方法和手段的不同影响到施工所需费用的差异 科学合理的先进施工方法既能保证工程的质量和进度 也使施工费用处于最合理的水平 导致工程成本升高 合理地采用先进施工技术对于降低工程造价至关重要 八 施工与组织管理的关系 桥梁施工过程是一项庞大的系统工程 涉及到大量的人力 资金 材料 机具设备及技术 要求进行科学的管理 施工组织管理的目的是要保证工程按设计要求的质量 计划进度和低于设计预算和合同包价的成本 安全 顺利地完成施工任务 桥梁施工具有固定的场地 流动的劳力 机具和材料 较长的施工周期 不断变化 调整的施工程序和工艺等特点 复杂的管理工作要求所有参与施工的人员 建设方 施工方 监理方 设计方以及监控方 监督方 必须相互协作 互相促进 在施工中随时掌握工程进展的实际情况和存在的问题 采用科学的管理方法 从计划 技术 全面质量 定额 成本 信息和企业规章制度等方面进行切实有效的工作 九 桥梁施工方法 桥梁整体就地浇注施工 在桥位处搭设支架 在支架上浇筑混凝土 待混凝土达到强度后拆除模板 支架 桥梁整体就地浇注施工 优点 无需预制场地 不需大型起吊 运输设备 桥跨结构整体性好 缺点 工期长 施工质量易受季节性气候的影响不容易控制 对预应力混凝土梁因受混凝土收缩 徐变的影响将产生较大的预应力损失 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飘流物的威胁 桥梁预制安装施工 在工厂或现场预制整孔主梁或大型主梁节段 采用某种架设方法进行安装 连接 完成桥体结构的施工 预制安装法 桥梁预制安装施工 特点 工场预制 有利确保构件的质量 上 下部结构平行作业 将缩短现场施工工期 可降低工程造价 主梁构件在安装时已有一定龄期 故可减少混凝土收缩 徐变引起的变形 不同架设方式对桥下通航的影响各异 桥梁逐孔施工 使用一套设备从桥梁的一端逐孔施工 直到对岸 移动模架逐孔施工法 桥梁逐孔施工 特点 不需设置地面支架 不影响桥下通航 通车 施工安全 可靠 有良好的施工环境 施工质量易于保证 一套模架可多次周转使用 具有在预制场生产的优点 机械化 自动化程度高 节省劳力 降低劳动强度 移动模架设备投资大 施工准备和操作较复杂 移动模架逐孔施工宜在桥梁跨径小于50米的多跨长桥上使用 从施工设备 梁体构件制造等方面可分为 使用移动支架逐孔组拼预制节段施工和移动模架逐孔现浇施工 桥梁悬臂施工 从桥梁墩台开始向跨中不断接长梁体构件 包括拼装与现浇 施工 桥梁悬臂施工 特点 属于自架设施工法 施工中墩 梁固接 主梁上产生负弯矩 桥墩也要承受由施工而产生的弯矩 非墩 梁固接梁桥 施工时需临时固接 在施工过程中存在着结构体系转换 悬臂施工法可不用或少用支架 不影响桥下通航 通车 节省施工费用 降低工程造价 悬臂浇筑施工简便 结构整体性好 施工中可不断调整位置 悬臂拼装施工速度快 桥梁上下部结构可平行作业 但施工精度要求比较高 适用于梁桥 拱桥 刚构桥 斜拉桥施工 桥梁转体施工 将桥梁主梁或主拱先在桥位处岸边 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施工 转体施工法 桥梁转体施工 特点 可利用施工现场的地形安排预制构件的场地 不影响桥下通航 通车 施工设备少 装置简单 容易制作和掌握