《桥梁工程(第3版)》课件 第9章 梁桥施工

桥梁设计必须首先确定施工方法,这是因为桥梁结构的受力第9章梁桥施工与施工方法、工艺、流程等密切相关;同时,施工方法是否合适直接关系到施工安全、施工质量和工程进度。

梁式桥梁的结构形式多种多样,施工方法种类也较多,总体上可分为现浇(就地浇筑)法和预制安装法两大类。现浇法又分为支架现浇法、悬臂浇筑法、顶推法等。其余凡在预制场预制梁(板)或梁段,然后进行安装的都属于预制安装法。1

简支梁(板)桥在中、小跨径桥梁中应用广泛,其施工主要采用支架现浇和预制安装两种。支架现浇法是在桥跨间设置支架、安装模板、绑扎钢筋、就地浇筑混凝土的一种施工方法。预制安装法主要用于钢筋混凝土和预应力混凝土梁(板)桥施工,安装方法较多,根据实际情况可采用自行式吊车安装、跨墩龙门架安装、架桥机安装、扒杆安装、浮吊安装、浮运整孔架设等。

等截面连续梁(板)桥在中小跨径的桥梁(如立交桥)中采用较多。其施工方法包括:①逐孔现浇法,该法又分为在支架上逐孔现浇和移动模架逐孔现浇两种。②先简支后连续法。施工方法与简支梁预制安装相似,只是结构连续是在已架设的简支梁上进行,操作比较容易。③顶推法,是指在桥台后平台上预制梁体,利用千斤顶逐节段向前顶推。2

预应力混凝土变截面连续梁桥用于大跨径连续梁桥,常用施工方法有:①支架现浇法,该法适用于跨径不太大的桥梁;②悬臂施工法,是大跨径连续梁桥常用的施工方法,属于自架设方式,分悬臂拼装与悬臂浇筑两种。悬臂拼装是在预制场预制梁段,然后逐段对称拼装。拼装方法有扒杆吊装法、缆索吊装法、提升法等。悬臂浇筑法则是利用挂篮在桥墩两侧对称浇筑箱梁节段,待混凝土强度达到要求后张拉预应力,然后移动挂篮进行下一节段施工,直至合龙。预应力混凝土连续刚构桥通常用在特大跨径桥梁上,一般采用悬臂浇筑法施工。3

钢梁桥包括简支或连续体系的钢板梁桥和钢桁梁桥。钢梁桥多为工厂制作,现场架设施工。架设方法有整孔吊装法、支架拼装法、缆索吊拼装法、转体法、顶推法、拖拉法和悬臂拼装法。其中拖拉法与悬臂拼装法应用较多。拖拉法是将钢梁在路堤、支架或已拼好的钢梁上拼装,并在其下设置上滑道,在拼装台顶面和墩台顶面设置下滑道,通过滑车组或铰车等将钢梁拖至预定桥孔就位。

下面主要就混凝土桥梁支架施工、预制安装施工、悬臂施工、顶推施工等方法进行简要介绍。49.1支架施工9.1.1支架与模板(1)支架分类支架主要包括钢管脚手支架、万能杆件拼装支架、贝雷支架、装配式公路钢桥桁架节拼装支架、墩台自承式支架等。

所有进行支架现浇的桥梁,在搭设支架前,均须对地基做必要换填、硬化等处理,使地基承载力满足支架要求。此外,还应做好排水措施,及时将水排出,防止地基软化造成地基承载力不足。51)钢管脚手支架

钢管脚手支架因其构造轻巧、灵活、使用简单方便,适宜支撑各种形状的混凝土构造物,在建筑、市政及桥梁建设中应用广泛。钢管脚手支架有扣件式钢管支架和WDJ碗扣式钢管支架两种。

扣件式钢管支架由立杆、纵向水平杆、横向水平杆和剪刀撑与斜撑组成。立杆是主要的承重构件,它将混凝土、模板及其自重传递到地基。每根立杆底部应设置底座或垫板。立杆接长除顶层顶步可采用搭接外,其余各层各步接头必须采用对接扣件连接。立杆间距60～90cm,纵向水平杆和横向水平杆将立杆形成一个框架,同时缩短立杆的自由长度,以提高立杆的承载力。除必须设置纵、横向扫地杆外,纵向水平杆宜设置在立杆内侧,长度不宜小于3跨;横向水平杆在每个立杆主节点处必须设置一根横向水平杆,并用直角扣件扣接。非节点处的横向水平杆,一般等间距设置,但最大间距不应大于纵距的1/2。剪刀撑与斜撑主要起增加支架稳定作用。6扣件式钢管尺寸应采用48×3.5mm规格。

WDJ碗扣式多功能脚手架是一种先进的承插式钢管脚手架,其优点有:①功能多。能组成单、双脚手架、模板支撑架、支撑柱、爬升脚手架、悬挑脚手架。②功效高。避免了螺栓作业,整体拼装速度比扣件式支架快3～5倍。③承载力大。杆件轴线交于一点,节点在框架平面内,接头具有可靠的抗弯、剪、扭等力学性能。④安全可靠,易于改造。7

碗扣接头在立杆每隔60cm设置一副,每个接头同时能连接四根横杆,可以垂直或偏转一个角度。碗扣接头构造如图9.1所示,立杆连接构造如图9.2所示。钢管脚手架多用于满堂式支架。图9.3所示为最简单的梁式体系满堂支架示意图。

小跨径简支梁桥上部构造浇筑混凝土所用支架可不设卸架设备;跨径大于12m的梁桥,可用木楔、木马做卸落设备;木楔、木马可以直接布置在支架大梁上,也可以布置在立柱下面与桩支承的地方。当跨径较大时,宜采用砂筒(箱)。有关卸落设备的构造详见第12章。8图9.1碗扣接头构造9图9.2支架立杆连接示意图1—上节插头;2—上节套管; 3—上节;4—下节10图9.3梁式体系满堂支架示意图112)万能杆件拼装支架

用万能杆件可拼装成各种跨度和高度的支架,但跨度和高度均必须是2m的倍数。当高度为2m时,腹杆拼为三角形;高度为4m时,腹杆拼为菱形;高度超过6m时,则拼成多斜杆形式。万能杆件拼装成墩架柱时,柱高除柱头及柱脚外也应为2m的倍数。

由于万能杆件支架在荷载作用下的变形较大,而且难以预计其数值,因此,必要时需考虑预压。预压重量应为混凝土、模板、临时机具、施工人员重量的总和,或为混凝土重量的1.1～1.2倍。12桥梁施工中的应用越来越广。国产贝雷片单片长3m,高1.5m,两片之间距离0.45m。3)贝雷支架

贝雷支架由贝雷架(又称贝雷片)构成。贝雷架(Baileyframe)是一种由若干16Mn

工字钢组成的钢架单元(图9.4),具有结构简单、快速轻巧、适应性强、组合结构系统性好,互换性强、容易组装等特点,可组拼成桥梁预制场起吊移运机(龙门架)、支架现浇的临时支墩与主梁。贝雷梁还可组拼成临时桥梁。近年来,贝雷架在13图9.4贝雷架构造图14贝雷架有标准型和加强型两种,根据受力大小和构造要求的不同,可拼装成单排单层、双排单层、双排双层等,以满足不同承载力的需要。4)装配式公路钢桥桁架节拼装支架

用装配式公路钢桥桁架节可拼装成桁架和支架。为加大桁架梁孔径和利用墩台作支承,也可拼成八字斜撑桁架梁。桁架梁与桁架梁之间,应用抗风拉杆和斜撑等进行横向联结,以保证桁架梁的稳定。用装配式公路钢桥桁架节拼装的支架,在荷载作用下的变形较大,因此也应预压。5)墩台自承式支架在墩台上预留支承构件并在其上安装横梁及架设工字钢或贝雷桁架构成。以上所述主要针对固定支架施工。当采用逐孔现浇法施工时,可设置移动式支架,图9.5所示为其中的两种。1516(2)模板类型

桥梁施工用模板包括组合钢模板、木模板、木胶合板、竹胶合板、硬铝模板、塑料模板、各类纤维材料及各种钢框或铝合金框的胶合板模板等多种形式,其中,以组合钢模板最为常用。17(3)支架、模板的制作与安装

一般情况下,支架和模板应优先选用通用性强的标准支架和标准组合钢模板。自制支架或大模板使用时要考虑以下因素:

①构件的连接应尽量紧密,以减小支架变形,沉降量应符合规范或设计要求。②为保证支架稳定,应防止支架与脚手架和便桥等接触。③模板的接缝必须密合,如有缝隙,必须堵严密,以防漏浆。④建筑物外露面的模板应平整、光滑,以满足外观要求。⑤为减少施工现场的安装拆卸工作,便于周转使用,支架和模板应尽量制成装配式组件或块件。⑥钢制支架宜制成装配式常备构件,制作时应特别注意构件外形尺寸的准确性,一般应使用样板放样制作。⑦安装前按图纸要求检查支架和自制模板的尺寸与形状,合格后才准进入施工现场。18(4)支架、模板的计算

支架、模板虽然是一种临时结构,但对保证施工过程的安全和工程质量却非常重要。由于支架强度、稳定性问题导致桥梁在混凝土浇筑过程中垮塌的事故时有发生,而由于模板的强度、刚度、稳定问题导致的质量问题(如爆模、平整度或构件尺寸不符合要求等)也司空见惯。因此,为了保证施工顺利进行和施工质量达到要求,除了要确保支架、模板的结构、构造合理和安装质量要求外,对其强度、刚度、稳定性进行计算、验算也非常重要。

计算时首先要根据施工实际情况和施工规范要求,准确确定支架、模板所受的荷载及其组合,然后对支架、模板做出符合实际的计算假定和计算图式,最后采用解析法或有限元法进行受力分析并验算其强度、刚度、稳定,直至满足规定。199.1.2施工预拱度

在支架上浇筑梁桥上部构造及卸架后,支架和上部构造将分别发生一定的下沉和挠度。为保证桥梁成桥立面线形状态(外形)符合设计要求,使上部构造在卸架后能获得满意的外形,需要在施工时对支架预设一定的反向拱度,以克服支架的下沉、梁体自身的挠度等变形。该反向拱度就是所谓的预拱度。20(1)确定预拱度时应考虑的因素在确定预拱度时一般应考虑下列因素:①支架拆架后上部构造本身及活载一半所产生的竖向挠度δ1。②支架在荷载作用下的弹性压缩δ2和非弹性压缩δ3。③支架基底在荷载作用下的非弹性沉陷δ4。④由混凝土收缩、徐变及温度变化等引起的挠度δ5。21

当支架为桁架式时,应按具体情况

(2)预拱度的计算 上部构造和支架的各项变形值之和,即为应设置的预拱度。各项变形值可按下列方法计算和确定:

①桥跨结构应设置的预拱值等于结构自重和半个静活载所产生的竖向挠度δ1。当结构自重和静活载产生的挠度不超过跨径的1/1600时,可不设预拱度。 ②对满布式支架,当其杆件长度为L,弹性模量为E,压应力为σ时,

其弹性变形δ2为δ2=计算其弹性变形。 ③支架在每一个接缝处的非弹性变形,在一般情况下,横纹木料为3mm;顺纹木料为2mm;木料与金属或木料与圬工的接缝为1

～2mm;顺纹与横纹木料接缝为2.5mm。

卸落设备为砂筒时,砂筒内砂料压缩和金属筒变形的非弹性22压缩量,根据压力的大小、砂子细度模量及筒径、筒高确定。一般200kN

压力砂筒为4mm、400kN

压力砂筒为6mm;砂未预先压紧者为10mm。 ④支架基底的沉陷,可通过试验确定或参考表9.1估算。23(3)预拱度的设置

按上述方法计算得到的预拱度之和为预拱度的最高值,该值应设置在梁的跨中,其他各点的预拱度,以中间为最高值、两端为零,按直线或二次抛物线分配。按二次抛物线进行分配时,若取左支点(图9.6)O为坐标原点,跨长为L,主梁跨中矢高为f拱,则曲线方程为:24图9.6预拱度分配25

式中:符号意义见图9.6。269.1.3钢筋制安

包括普通钢筋与预应力钢筋的制作与安装,其制作安装过程、工艺要求、质量标准详见有关施工手册和规范。9.1.4混凝土施工混凝土施工包括混凝土生产、运送、浇筑、养护等内容。27(1)混凝土生产

一般情况下,混凝土生产安排在施工现场进行,所用的原材料必须满足设计与技术规范的要求,拌制设备应满足施工需要。在城市中施工时,为防止混凝土生产过程中的粉尘污染,通常采用预拌混凝土(即商品混凝土)。28(2)混凝土的运送1)基本要求

①混凝土拌和料的运输,应尽可能使运距短、转载少,以缩短运输时间,满足浇筑速度要求,并使混凝土保持应有的塑性。每盘混凝土由开始搅拌至浇筑完毕的时间,在干燥暖和的天气不宜超过1h,低温潮湿天气不宜超过2h,有特殊情况时可掺入适量缓凝剂。

②在运输过程不得使混凝土发生离析现象。运输后,从运输机具所装混凝土料高度的1/4处和3/4处取料试验时,其坍落度与设计坍落度之差不宜超过3cm。

③混凝土运到浇筑地点后,一般应直接放到浇筑部位,不再移动。倒料的高度应不超过1.5～2m,超过时应采用串筒浇筑或分层立模浇筑,或在模板侧面开窗口浇筑。29

运输工具有手推车、缆索吊机、拌和车(罐车)、混凝土输送泵和传送带等。但在现场内,除轻骨料混凝土外,一般以混凝土泵送或活底吊斗较为适宜。3)运输及提升方法①在桥面上运输

跨径不大的桥梁,可在上部构造模板上运送。运送的方法可采用手推车、小型机动斗车或轻轨斗车。用手推车或小型机动斗车时,模板上需铺设跳板和马凳,跳板和马凳随浇筑工作面的推进而逐一撤除、前移。用轻轨斗车运送时,模板上需放混凝土短柱或铁支架,上搁纵梁、横木、面板,再铺铁轨。混凝土短柱和铁支架可留在混凝土体内。2)运输工具30②索道吊机运输

索道吊机一般以顺桥方向跨越全部桥跨设置,可设一条或两条索道,在桥的横向可用牵引的方法或搭设平台分送混凝土。索道吊机适用于河谷较深或水流湍急的桥梁。③在河滩上运输

当桥下为较平坦的河滩时,可用汽车或轻轨斗车进行水平运输,用吊机进行垂直和横向运输。进行水平运输和垂直运输时,宜用同一活底吊斗装载混凝土并将混凝土送入模板,避免再次倒料。不得已需要先将料放在平台上然后分送时,应重新拌和再分送、浇筑。31④水上运输

较大的、可通航的河流,可在浮船上设置水上混凝土拌和厂和吊机,以便供应混凝土和将混凝土运送至浇筑部位。需另由小船运送时,应尽可能使用同一装载工具。⑤输送泵运输

混凝土数量较大的大型桥梁或浇筑高度高的桥梁,宜在岸或船上设置混凝土拌和厂或预拌混凝土转送站,采用混凝土输送泵运输。32(3)混凝土的浇筑

1)混凝土浇筑速度 为达到桥跨结构的整体性要求和防止浇筑上层混凝土时破坏下层混凝土,浇筑层次的增加需有一定的速度,保证在先浇筑的一层混凝土初凝以前完成次一层的浇筑。最小增长速度的计算可采用下式:h≥st(9.2)式中:h———浇筑时混凝土面上升速度之最小允许值,m/h; S———浇筑深度,以浇筑时的规定为准,一般为0.25～0.5m; t———水泥实际初凝时间,h。

33图9.7板与梁间的水平接缝34跨径不大的简支梁(板)桥,可在钢筋全部绑扎之后,沿全跨分层浇筑,或用斜层法从两端对称地向跨中浇筑,在跨中合龙。为避免支架不均匀沉陷的影响,浇筑工作宜尽量快速进行,以便在混凝土失去塑性前完成。

对较大跨径梁桥,可分层或斜层法先浇筑纵横梁,待纵横梁浇筑后,再沿桥的全宽浇筑桥面板混凝土。此时桥面板与纵横梁间应设置工作缝,其位置如图9.7虚线所示。采用斜层浇筑时,混凝土的适宜倾斜角(图9.8所示)与混凝土稠度有关,一般为20°～25°。2)简支梁混凝土的浇筑35图9.8梁的斜层浇筑36当桥面较宽且混凝土数量较大时,宜采取纵、横单元分别浇筑的方法。每个单元的纵、横向沿其全长分层浇筑或用斜层法浇筑。分成纵向单元浇筑时,应在纵梁间的横梁上留置工作缝,纵横梁分别浇筑完成后再填缝连接。在此情况下,桥面仍应在各单元纵横梁浇筑完成后,全面积一次浇筑完成,不设工作缝。板与梁间的水平接缝如前所述。373)悬臂梁、连续梁混凝土的工作缝及浇筑程序①设置工作缝的目的

由于桥墩为刚性支撑,而桥跨下的施工支架为弹性支撑,在浇筑上部构造混凝土时,桥墩和支架会发生不均匀沉降。对此,可以采取预压支架的方法,即预先对支架施加与梁体相同重力的荷载,使支架预先完成不均匀变形。除此之外,在浇筑悬臂梁及连续梁混凝土时,在桥墩上设置临时工作缝,待梁体混凝土浇筑完成、支架稳定、上部构造沉降停止后,再将工作缝填筑起来。同理,当支架中有较大跨径的梁式构造时,在梁的两端支点上也应设置临时工作缝,可有效防止上部构造在桥墩处产生裂缝。

另外,混凝土在空气中凝固时,由于水份的蒸发,将使混凝土发生收缩。如果一次浇筑时间过长,容易在梁体中出现收缩裂缝(纵向分布钢筋和主筋仅能部分地避免收缩裂缝),通过设置工作缝,采取分段浇筑方法来避免收缩裂缝的发生。38②工作缝位置工作缝,又称施工缝,一般设在桥墩顶部和支架的顶部或其附近。③工作缝的构造

工作缝两端以木板或泡沫板与主梁体隔开,并留出加强钢筋通过的孔洞。从主梁底一直隔到桥面板顶部,木板外侧用垂直木条钉牢。工作缝宽度一般为80～100cm,其布置如图9.9所示。39图9.9悬臂梁工作缝位置(尺寸单位:cm)

(a)纵面;(b)剖面;(c)工作缝大样

1—工作缝;2—桥墩;3—主梁钢筋;4—隔板;5—分布钢筋;6—主梁模板;7—垂直木条;8—穿过隔板的主钢筋40④混凝土浇筑顺序a.空心板梁

图9.10所示为五跨一联的钢筋混凝土连续空心板梁,每跨14.68m,桥面净宽10m。采用满布式钢管支架,空心板梁内模采用钢圆筒,用泵车浇筑混凝土。浇筑程序及工作缝的设置见图9.10。图9.10空心板梁混凝土浇筑程序41b.悬臂梁及连续梁

浇筑顺序可按图9.9(a)中的圆圈内数字顺序、浇筑方向按箭头所指方向进行。待①、②、③梁段浇筑完毕,并且达到设计混凝土强度标准值的70%之后,才可浇筑梁段工作缝④、⑤、⑥。①段由桥墩以远向墩身进行,可减小沉落应力;②段由墩身向桥墩以远进行,是因主梁底板有坡度,这样浇筑可避免水泥浆流失;③段从工作缝⑥左侧开始浇筑,因为浇筑③段时,工作缝⑥右边的①段已终凝,不至于因使用振捣器而影响①段的混凝土凝结。42图9.11

每段梁体纵向浇筑顺序图(a)剖面;(b)纵面43分段浇筑混凝土时,应就每一段的全部高度连同桥面板一起,沿上部结构整个横断面以斜坡层向前推进。斜坡层倾斜角为20°～25°。每一段内纵向混凝土浇筑顺序如图9.11所示。浇筑梁段工作缝④、⑤、⑥混凝土时,先将两侧隔板拆除,再将接头混凝土面的凿毛并清洗干净,以增强新旧混凝土的黏结。

悬臂梁桥孔中的挂梁采用就地浇筑时,须待悬臂梁混凝土浇筑完成且达到混凝土设计强度标准值的70%后才能进行。

图中,Ⅰ、Ⅱ为浇筑顺序,梁底部为马蹄形时,在侧棱处开窖浇筑混凝土,未凝固前即浇筑Ⅱ段混凝土。c.预应力混凝土箱形梁

以上部结构为两跨一联的鲍乌—莱昂哈特(Baur-Leonhardt)体系的预应力混凝土连续箱形梁为例,其施工方法采用满布式支架浇筑,浇筑顺序见图9.12。44图9.12箱梁混凝土浇筑程序(尺寸单位:cm)45(4)混凝土养护

混凝土浇筑后应立即进行养护。在养护期间,确保混凝土表面保持湿润,防止雨淋、日晒和受冻。对混凝土外露面,待表面收浆、凝固后即用麻袋、土工布等覆盖,并经常在模板及麻袋、土工布上洒水,洒水养护的时间应不少于《桥规》所规定的时间。一般在常温下,对于硅酸盐水泥应不少于7昼夜,对于矿渣、火山灰及粉煤灰等水泥应不少于14昼夜。采用塑料薄膜或喷化学浆液等保护层时,可不洒水养护。混凝土在养护期间或未达到一定强度之前,应防止遭受振动。当日平均气温低于+5℃或日最低气温低于-3℃时,应按冬季施工要求进行养护。

后张法预应力混凝土采取蒸汽养护时,其恒温应控制在60℃以下;采用早期蒸汽养护、后期自然养护时,自然养护期仍须洒水保持湿润,直至达到设计强度。46(1)先张法

先张法预应力混凝土板施工时,必须设立张拉台座。将制作好的预应力筋穿入两端台座,用夹具夹牢,然后用千斤顶通过台座对预应力筋进行张拉(即施加预应力)。然后浇筑混凝土,待混凝土达到设计强度后,即可切断板两端连接于台座之间的预应力筋,板即受到预加应力。9.1.5预应力张拉47(2)后张法

后张法预应力梁施工时,需预先在梁内设置穿入预应力筋的孔槽(常用波纹管或橡胶管),绑扎普通钢筋,浇筑混凝土,混凝土达到要求的强度后,即可将制作好的预应力筋从梁的一端孔道穿入,从另一端孔道穿出(穿束前应对孔道进行全面检查,确定通顺无阻),然后用千斤顶进行张拉。预应力筋的张拉顺序应按设计规定进行。每束预应力筋的张拉程度视所用预应力筋和锚具种类不同而略有差异。每(束)根预应力筋张拉、锚固完毕应尽快压浆(不得超过14d)后,后张法预应力梁张拉即告完成。关于先张法与后张法预应力施工的详细内容请参见有关施工规程和规范。489.1.6脱模49(2)卸落设备卸落设备可采用木楔、木马、砂筒和千斤顶等。其构造与拱桥拱架卸落设备类似。(3)脱模时间

施工中应合理确定脱模时间。脱模时间太晚,将影响模板周转,同时可能导致拆模困难;脱模时间过早,则可能损坏结构,严重的还将影响结构质量。合理的脱模时间应在施工规范或设计要求所规定的混凝土强度要求达到后进行,预应力结构则必须在预应力张拉后进行(预制T梁或板梁除外),必要时可通过试验后确定。509.2.1概述

预制安装施工主要是针对装配式桥梁而言,其中包括装配式的钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁(板)桥、先简支后连续的连续梁桥等。与支架现浇法相比,预制安装施工有如下特点:

①施工进度快。由于预制安装施工中上部结构梁(板)或节段预制可与下部结构施工同时进行,从而加速施工进度、缩短工期。 ②节省支架和模板。 ③工程质量易于保证。 ④需要吊装设备。 ⑤结构用钢量略有增大。9.2预制安装施工51

预制安装施工一般包括构件(梁、板)预制、运输和安装3个阶段。下面主要对预制梁、板的安装进行介绍,构件的预制、运输参见有关施工手册或教材。

预制梁(板)的安装是桥梁预制安装施工中关键性工序。应结合施工现场条件、桥梁跨径大小、设备能力等具体情况,从节省造价、加快施工速度和充分保证施工安全等方面来选择合适的架梁方法。52

简支梁、板构件的架设包括起吊、纵移、横移、落梁等工序。从架梁的工艺类别来分,有陆地架设、浮吊架设和利用安装导梁或塔架、缆索的高空架设等。每一类架设工艺中,按起重、吊装等机具的不同,又有各种独具特色的架设方法。

必须指出,桥梁架设既是高空作业,又需要使用大型机具设备,在操作中如何确保施工人员的安全和杜绝工程事故是工程技术人员的重要职责。因此,在施工前应研究制定周密、妥当的安装方案,详细分析和计算设备的受力情况,采取有效的安全措施。在施工中应加强安全教育,严格执行操作规程。53(1)陆地架设法1)自行式吊车架梁

在桥不高,场内又可设置行车便道的情况,用自行式吊车(汽车吊车或履带吊车)架设中、小跨径的桥梁十分方便(图9.13(a))。此法视吊装重量不同,还可采用单吊(一台吊车)或双吊(两台吊车)两种。其特点是机动性好,不需要其他动力设备,准备工作少,架梁速度快,一般吊装能力为15～100t,国外已有410t的轮式吊车。9.2.2常用架梁方法54图9.13陆地架梁法552)跨墩门式吊车架梁

对于桥不太高,架桥孔数又多,沿桥墩两侧铺设轨道不困难时,可以采用一台或两台跨墩门式吊车来架梁(图9.13(b))。此时,除了吊车行走轨道外,在其内侧尚应铺设运梁轨道,或者设便道用拖车运梁,用门式吊车起吊、横移,并安装到预定位置。当一孔架完后,吊车前移,再架设下一孔。56

(2)浮吊架设法

1)浮吊船架梁

在海上和深水大河上修建桥梁时,用回转伸臂式浮吊架梁比较方便(图9.14(a))。这种架梁方法,高空作业较少,施工比较安全,吊装能力大,工效高,但需要大型浮吊。鉴于浮吊船来回运梁航行时间长,费用高,故一般采用装梁船储梁后成批架设的方法。浮吊架梁时需在岸边设置临时码头来移运预制梁。

浮吊架梁时,浮吊要认真锚固。如流速不大,则可用预先抛入河中的混凝土锚作为锚固点。目前国外采用浮吊的吊装能力已达14200t。57图9.14浮吊架设法582)固定式悬臂浮吊架梁在缺乏大型伸臂式浮吊时,也可用万能杆件或贝雷架拼装固定式的悬臂浮吊进行架梁(图9.14(b))。

架梁前,先从存梁场吊运至下河栈桥,再由固定式悬臂浮吊接运并安放稳妥,然后用拖轮将重载的浮吊拖运至待架桥孔处,并使浮吊初步就位。将船上的定位钢丝绳与桥墩锚系,慢慢调整定位,在对准梁位后落梁就位。

不足之处是每架设一片梁后,浮吊就要拖至河边栈桥处去取梁,不但影响架梁速度,而且也增加了浮吊来回拖运的费用。59(3)高空架设法1)联合架桥机架梁此法适合于架设中、小跨径的多跨简支梁桥,其优点是不受水深和墩高的影响,并且在作业过程中不影响通航。

联合架桥机由一根两跨长的钢导梁、两套门式吊机和一个托架(又称蝴蝶架)三部分组成(图9.15)。导梁顶面铺设运梁平车和托架行走的轨道。门式吊车顶横梁上设有吊梁用的行走小车;为不影响架桥的净空位置,其立柱底部还可做成横向内倾斜的小斜腿,这样的吊车俗称拐脚龙门架。60图9.15联合架桥机架梁1—钢导梁;2—门式吊车;3—托架(运送门式吊车用)61架梁操作工序如下:①在桥头拼装钢导梁,铺设钢轨,用绞车纵向拖拉导梁就位。②拼装蝴蝶架和门式吊机。用蝴蝶架将两个门式吊机移运至架梁孔的桥墩(台)上。

③由平车轨道运送预制梁至架梁孔位,将导梁两侧待安装的预制梁用两个门式吊机起吊、横移并落就位(图9.15(a))。 ④将导梁所占位置的预制梁临时安放在已架设的梁上。 ⑤用绞车纵向拖拉导梁至下一孔后,将临时安放的梁架设完毕。⑥在已架设的梁上铺接钢轨后,用蝴蝶架依次将两个门式吊车托起并运至前一孔的桥墩上(图9.15(b))。如此反复,直至将各孔梁全部架设。

用此法架梁时作业比较复杂,需要熟练的操作工人,而且架梁前的准备工作和架梁后的拆除工作也较费时,因此,此法用于孔数多、桥较长的桥梁时比较经济。622)闸门式架桥机架梁

在桥高、水深的情况下,也可用闸门式架桥机(称穿巷式吊机)来架设多孔中、小跨径的装配式梁桥。架桥机主要由两根分离布置的安装梁、两根起重横梁和可伸缩的钢支腿三部分组成(图9.16)。安装梁用四片钢桁架或贝雷桁架拼组而成,下设移梁平车,可沿铺在已架设梁顶面的轨道上行走,两根型钢组成的起重横梁支承在能沿安装梁顶轨道行走的平车上,横梁上设有带复式滑车的起重小车。其架梁步骤为:

①将拼装好的安装梁用绞车纵向拖拉就位,使可伸缩支腿支承在架梁孔的前墩上(安装梁不够长时可在其尾部用前方起重横梁吊起预制梁作为平衡压重)。

②前方起重横梁运梁前进,当预制梁尾端进入安装梁巷道时,用后方起重横梁将梁吊起,继续运梁前进至安装位置时,固定起重横梁。63③借助起重小车落梁安放在滑道垫板上,并借墩顶横移将梁(除一片中梁外)安装就位。④用以上步骤并直接用起重小车架设中梁,整孔梁架完后即铺设移运安装梁的轨道。

重复上述工序,由于有两根安装梁承载,起吊能力较大,可以架设跨度较大,自重较重的构件。当梁较轻时用此法就可能不经济。图9.16闸门式架桥机架梁1—安装梁;2—起重横梁;3—可伸缩支腿649.3悬臂施工法

悬臂施工法又称为分段施工法、节段施工法,是指以桥墩为中心向两侧对称逐节段悬臂接长的施工方法。最早采用悬臂施工(悬臂拼装)的是钢桁梁桥,现已广泛应用于预应力混凝土梁桥、连续刚构桥等施工,同时也较多地用于拱桥、斜拉桥施工。下面以预应力混凝土梁桥为例加以介绍。659.3.1悬臂施工法的特点

悬臂施工法具有下列特点:

①预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥施工时需进行体系转换,开展设计时应对施工过程中的各个状态进行计算和验算。 ②桥跨间不需要搭设支架,施工不影响桥下通航或行车。施工过程中,施工机具和人员等荷载全部由已成梁段承受,随着施工的推进,悬臂逐渐延伸,机具设备也逐渐移至梁段,无须用支架作支撑。所以悬臂施工法可以应用于通航河流及跨线立交等大跨径桥梁。

66 ③对于多孔桥跨结构可在各个桥墩同时施工,加快施工进度。 ④悬臂施工法充分利用预应力混凝土截面承受负弯矩能力强的特点,将跨中正弯矩转移为支点负弯矩,使桥梁跨越能力提高,适合于变截面桥梁的施工。 ⑤悬臂施工过程中结构的受力状态与使用阶段结构的受力状态较为接近(对于静定的T形刚构桥则完全一样),经济性较好。 ⑥悬臂施工用的悬拼吊机或挂篮设备可重复使用,施工费用较省,可降低工程造价。679.3.2悬臂施工法的分类与比较

悬臂施工法主要有悬臂拼装法(Erectionbyprotrusion)及悬臂浇筑法(Cast-in-placecantilevermethod)两种。68(1)悬臂拼装法

悬臂拼装法利用转动式悬臂吊机将预制梁段起吊至安装位置,然后采用环氧树脂胶及施加预应力将预制梁段连接成整体。悬臂拼装的分段数,主要取决于悬臂吊机的起重能力,节段长2～5m。节段过长则自重大,需要悬拼吊机起重能力大,节段过短则拼装接缝多,工期也延长。悬臂根部因截面积较大,节段长度较短,以后向端部逐渐增长。拼装包括吊装定位、环氧胶黏和穿束张拉预应力等工序。一般一个节段拼装约需1～1.5d。69较大,合龙精度往往较低。

采用悬臂拼装施工,梁段预制可与桥梁下部结构施工同步进行,减少了梁段混凝土的收缩、徐变,对后期成桥阶段的主梁线形有利。此外,采用悬臂拼装法施工,梁段在场地预制,质量较易保证,但拼装采用环氧胶黏接,预应力束在预留孔道中穿束张拉连接,相比于悬臂浇筑法,结构整体性较差,同时施工变形控制难度70(2)悬臂浇筑法

悬臂浇筑法采用移动式挂篮作为主要施工设备,以桥墩为中心,对称向两侧利用挂篮逐段浇筑梁段混凝土,待混凝土达到强度要求后,张拉预应力筋,再移动挂篮,进行下一节段的施工。悬臂浇筑每个节段长度一般为2～6m,节段过长,将增加混凝土的自重及挂篮结构重力,而且还要增加平衡重及挂篮后锚设施;节段过短,影响施工进度。所以施工时应该根据挂篮设备情况及工期要求,选择合适的节段长度。

采用悬臂浇筑法施工,每个节段施工周期为5～10d。悬臂浇筑法中梁体钢筋焊接相连、已浇梁体表面混凝土采用凿毛方法处理,结构整体性较好,对悬臂梁段的施工变形和节段标高控制比悬臂拼装法更容易。71要采用悬臂浇筑法。下面主要介绍悬臂浇筑施工。

由于悬臂浇筑法具有结构整体性好、桥下不受地形条件限制、梁段高程容易控制等优点,所以大跨径预应力混凝土桥梁施工主729.3.3悬臂浇筑法施工

悬臂浇筑法是桥梁施工中技术含量高、施工难度较大的一种施工工艺,需要一定的施工设备及一支熟悉悬臂浇筑工艺的技术队伍。下面就悬浇施工程序、0号块施工、桥墩临时固结、施工挂篮、浇筑梁段混凝土、结构体系转换、合龙段施工及施工控制等几个方面加以介绍。73(1)悬臂浇筑施工程序

连续梁桥、连续刚构桥采用悬臂浇筑施工时,因施工程序不同,有逐跨连续悬臂施工法、T构→单悬臂梁→连续梁(或连续刚构)施工法和对称同步施工法。1)逐孔连续悬臂施工法该法是从一端向另一端逐跨进行,逐跨经历了悬臂施工阶段,施工过程中完成体系转换,施工流程如图9.17所示。74图9.17主跨连续悬臂施工法(图中数字代表施工程序)75①首先从B墩开始将梁墩临时固结,进行悬臂施工;

②岸跨边段合龙,B墩临时固结释放,形成单悬臂梁;

③C墩临时固结,完成悬臂施工;④BC跨中间合龙,释放C墩临时固结,形成单悬臂的两跨连续梁;⑤D墩临时固结,完成悬臂施工;⑥CD跨中间合龙,释放D墩临时固结,形成单悬臂的三跨连续梁;⑦岸跨边段合龙,完成多跨一联的连续梁施工。

该方法可以利用已建成的桥面堆放机具设备、材料和混凝土运输,适合于挂蓝设备少、施工场地狭窄,工期不受限制的条件下采用(一般不采用)。769.18所示。①首先从B墩开始,墩梁临时固结,进行悬臂施工;②单跨边段合龙,释放B墩临时固结,形成单悬臂梁;③C墩开始施工,墩梁固结,进行悬臂施工;④岸跨边段合龙,释放C墩临时固结,形成单悬臂梁;⑤BC

跨中段合龙,形成三跨连续梁结构。2)T构→单悬臂梁→连续梁(或连续刚构)施工法T构→单悬臂梁→连续梁(或连续刚构)施工法施工流程如图77图9.18T构→单悬臂梁→连续梁(或连续刚构)施工法783)对称同步施工法该方法的施工步骤如图9.19所示,主要流程如下:①B、C两墩临时固结,同时进行悬臂施工;②两个边跨合龙段同时进行,释放临时固结,形成两个单悬臂梁结构;③BC跨中段合龙,形成三跨连续梁结构。以上施工程序是针对连续梁桥而言,对于连续刚构桥,除无临时固结和释放工序外,其余工序与连续梁桥完全相同。

对于大跨径连续梁桥和连续刚构桥,原则上应采用对称同步施工法。该方法虽然所需用的施工设备(主要是挂篮)较多,但工期短、混凝土龄期差异小,对确保桥梁顺利合龙和成桥内力与线形有利。79图9.19对称悬臂施工法80(2)0号块(梁段)施工

采用悬臂浇筑法施工时,墩顶梁段(通常称之为0号块)需在托架上立模浇筑。常见的托架形式有扇形、门式等(图9.20),托架可采用万能杆件、贝雷梁、型钢等构件拼装,也可采用钢筋混凝土构件作临时支撑。托架总长度要视拼装挂篮的需要而定。横桥向托架宽度要考虑箱梁外侧立模的要求。托架顶面应与箱梁底面纵向线形一致。对于连续梁桥,还需在0号块梁段上设置临时梁墩锚固,使其能承受两侧悬臂施工时产生的不平衡力矩。81图9.20扇形与门式托架示意图82

0号块梁段混凝土体积大、重量重,托架变形对梁体质量的影响大,因此在做托架设计时,除考虑托架强度要求外,还应考虑托架的刚度和整体性。采用万能杆件、贝雷梁、型钢等做托架时,可采取预压、抛高等措施来减少托架变形对0号块线形的影响。83(3)连续梁桥梁墩临时固结措施

预应力混凝土桥梁采用悬臂浇筑法施工时,对于T形刚构桥、连续刚构桥,因墩身与梁体本身为刚性连接,所以不存在梁墩临时固结的问题。但连续梁桥采用悬臂法施工时,为保证施工过程中结构的稳定可靠,必须采取0号块梁段与桥墩临时固结或支承措施。临时固结措施或支承措施有下列几种形式:①将0号块梁段与桥墩用钢筋或预应力筋临时固结,体系转换后切断钢筋、解除固结,见图9.21。②在桥墩一侧或两侧加临时支承或支墩,见图9.22。③将0号块梁段临时支承在扇形或门式托架的两侧。84平衡力矩,应验算其稳定性,稳定性安全系数不小于1.5。

当采用硫磺水泥砂浆块件做临时支承的卸落设备时,要采取高温熔化撤除支承,必须在支承块之间采取隔热措施,以免损坏支座和周围混凝土。④临时支承可用硫磺水泥砂浆块、砂筒或混凝土块等卸落设备,以使体系转换时,较方便地撤除临时支承。临时梁墩固结要考虑两侧对称,施工时有一个梁段超前的不85图9.21零号块件与桥墩的临时固结构造1—零号块件与桥墩的临时固结构造;2

—支座;3—工字钢86图9.22临时支承措施87(4)施工挂篮

挂篮是一个能沿着轨道行走的活动脚手架,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、预应力筋管道布置、混凝土浇筑、预应力张拉、压浆等工作均在挂篮上进行。当一个梁段的施工程序完成后,解除挂篮后锚,移向下一梁段施工。所以挂篮既是空中的施工设备,又是预应力筋未张拉前梁段的承重结构。88系统(6)、平衡重(7)、锚固系统(8)、工作平台(9)等部分组成,如图9.23所示。1)挂篮形式随着悬臂施工技术的不断发展,挂篮已由过去的压重平衡式发展成目前通用的自锚平衡式。自锚平衡式挂篮主要有梁式挂篮、斜拉式挂篮、组合斜拉式挂篮及桁架式挂篮等几种。①梁式挂篮梁式挂篮由模板(1)、悬吊系统(2,3,4)、承重结构(5)、行走89图9.23梁式挂篮构造示意图90梁式挂篮在悬臂浇筑法初期采用较多,其特点是可以充分利用施工单位备有的万能杆件或贝雷梁作挂篮的承重结构,因此挂篮本身的投资较少,挂篮受力明确,施工阶段装、拆均较方便。上海金山大桥、吴淞大桥等均采用由万能杆件拼装而成的梁式挂篮来施工三跨预应力混凝土连续梁桥。②斜拉式挂篮

斜拉式挂篮也叫轻型挂篮。随着桥梁跨径越来越大,为减轻挂篮自重,减少施工节段数,加快施工进度,在梁式挂篮的基础上研制了斜拉式挂篮。

斜拉式挂篮承重结构由纵梁(1)、立柱(2)、前后斜拉杆(3,4)组成。斜拉式挂篮杆件少,结构简单,受力明确,承重结构轻。斜拉式挂篮构造见图9.24所示,挂篮的其他构造系统与梁式挂篮相似。91图9.24斜拉式挂篮构造示意图92③组合斜拉式挂篮

组合斜拉式挂篮是在斜拉式挂篮基础上改进的一种结构形式。挂篮自重更轻,其承载比不大于0.4,最大变形量不大于20mm,走行方便,梁段施工周期更短。组合斜拉式挂篮构造详见图9.25。93④桁架式挂篮

桁架式挂篮是目前使用最广泛的一种挂篮,如图9.26所示。桁架由工字钢或槽钢制成,具有刚度大、变形小、承载力大等优点。94图9.26桁架式挂篮构造示意图952)挂篮设计

①选择挂篮形式主要考虑结构简单、自重轻、受力明确、变形较小、行走安全、拆装方便等因素。一般情况下,尽量选择本单位现有设备,达到保证施工质量,加强施工进度,节省投资的目的。挂篮自重与其刚度有关,挂篮重,相应刚度大,这对控制变形有利,但过大的自重会降低挂篮承载力,导致节段数增多,工期延长,因此,必须合理控制挂篮重量。通常将挂篮自重与梁段混凝土的重量比值控制在0.3～0.5,同时最大变形(包括吊带变形的总和)不应超过20mm。

②挂篮横断面布置取决于桥梁宽度和箱梁横断面形式,当桥梁横断面为单箱时,全断面用一个挂篮施工;当桥梁横断面为双箱时一般采用两个挂篮分别施工,最后在桥面板处用现浇混凝土连接。有时为了加速施工,如上海市金山大桥采用大型宽体桁架式挂篮,双箱一次浇筑施工。96重力可按0.8～1kN/m估算,待模板设计后再进行详细验算。f.施工人员重力,可近似按2kN/m估算。③设计荷载a.模板重力:包括侧模、内模、底模和端模等各部件重力,平均2b.箱梁梁段重力按最重梁段控制挂篮设计。c.挂篮自重。d.振捣器重力及振捣力。振捣力近似按振捣器重力4倍估算。e.千斤顶及油泵重力。2④挂篮行走及浇筑梁段混凝土时的稳定安全系数,均不应小于2.0。

⑤挂篮重力应与施工阶段设计中估算的挂篮重力相似,施工前应将实际采用的挂篮重力和有关数据及时反馈给设计部门,以便进行施工阶段设计。必要时,还应对施工阶段所需钢束作适当调整。973)挂篮的安装

①挂篮组拼后,应全面检查安装质量。开展载重试验,测定其各部位的变形量,并设法消除永久变形,挂篮试验测得的变形曲线是后续悬臂施工挂篮变形计算的依据。

②在起步长度内梁段浇筑完成并获得要求的强度后,在墩顶拼装挂篮。有条件时,应在地面上先进行试拼装,以便在墩顶熟练有序地开展拼装挂篮工作。拼装时应对称进行。 ③挂篮的操作平台下应设置安全网,防止物件坠落,确保施工安全。挂篮应全封闭,四周设围护,上下应有专用梯,方便施工人员上下挂篮。

④挂篮行走时,须在挂篮尾部压平衡重,以防倾覆。浇筑混凝土梁段时,必须在挂篮尾部将挂篮与已成梁体进行锚固。98(5)悬臂梁段混凝土浇筑悬臂梁段混凝土浇筑时需注意以下几点:

①挂篮就位后,安装并校正模板吊架,对拟浇筑梁段进行适当抛高(设置预拱度),使施工完成的桥梁线形符合设计要求。 ②模板安装应核准中心位置及标高,模板与前一梁段混凝土面应平整密贴。如上一节段施工后出现中线或高程误差需要调整时,应在模板安装时予以调整。

③安装预应力预留管道时,应与前一梁段预留管道接头严密对准,并用胶布包贴,防止水灰浆渗入管道。管道四周应布置足够定位钢筋,确保预留管道位置正确、线形连续。④浇筑混凝土时,可以从前端开始,尽量对称平衡浇筑。浇筑时应加强振捣,并注意对预留管道的保护。

⑤提高混凝土早期强度,加快施工速度,在设计混凝土配合比时,一般加入早强剂或减水剂。通常,一个混凝土梁段施工周期为995～10d。为防止混凝土出现过大的收缩、徐变,应在配合比设计时按规范要求控制水泥用量。近年来,国内不少连续刚构桥出现主梁下挠过大的问题,分析认为与混凝土龄期短、弹性模量偏低有关,因此,有些大跨度桥梁提出了需对混凝土强度和弹性模量进行双控的要求。⑥梁段拆模后,对梁端的混凝土表面作凿毛处理,以加强接头混凝土的连接。

⑦梁段混凝土浇筑,一般采用一次浇筑法,在箱梁顶板中部留一个窗口,混凝土由窗口注入箱内,再分布到底模上。当箱梁断面较大时,考虑梁段混凝土数量较多,每个节段可分两次浇筑,先浇筑底板到肋板倒角以上,待底板混凝土达到一定强度后,再支内模,浇筑肋板上段和顶板混凝土。其接缝按施工缝要求进行处理。 ⑧箱梁梁段分次浇筑混凝土时,为了不使后浇混凝土的重力引起挂篮变形,导致先浇混凝土开裂,要有消除后浇混凝土引起挂100

a.水箱法:浇筑混凝土前先在水箱中注入相当于混凝土重量的水,在混凝土浇筑中逐渐放水,使挂篮负荷和挠度基本不变。

b.浇筑混凝土时根据混凝土重量变化,随时调整吊带高度。

c.将底模梁支承在千斤顶上,浇筑混凝土时,随混凝土重量的变化,随时调整底模梁下的千斤顶,抵消挠度变形。当挂篮就位后,即可在上面进行梁段悬臂浇筑施工的各项作业,其施工工艺流程如图9.27所示。⑧箱梁梁段分次浇筑混凝土时,为了不使后浇混凝土的重力引起挂篮变形,导致先浇混凝土开裂,要有消除后浇混凝土引起挂篮变形的措施,一般可采取下列方法:101(6)结构体系转换

连续梁桥、连续刚构桥采用悬臂法施工都存在体系转换问题,以三跨连续梁为例,在结构体系转换时,为保证施工阶段的稳定,一般先合龙边跨,释放墩梁临时锚固,结构由双悬臂状态变成单悬臂状态,最后跨中合龙,成为最终受力状态,这中间就存在体系转换。施工中应注意以下几点:

①结构由双悬臂状态转换成单悬臂受力状态时,梁体某些部位的弯矩方向会发生转换,所以在拆除墩梁临时锚固前,应按设计要求,张拉部分或全部布置在梁体下缘的正弯矩预应力束,对活动支座还需保证解除临时固结后的结构稳定,防止单悬臂梁发生过大的纵向水平位移。

②墩梁临时锚固的解除应均衡对称进行,确保逐渐均匀地释放。在解除前应测量各梁段高程,在解除过程中,随时观测各梁段的高程变化,如有异常情况,立即停止作业,找出原因,确保施工安全。102

③对转换为超静定的结构,需考虑钢束张拉、支座变形、温度变化等因素引起的结构次内力。若按设计要求,需进行内力调整时,应以标高、反力等因素控制,相互校核。如出入较大时,应分析原因。

④在结构体系转换中,临时固结解除后,将梁落于永久性支座上,并按标高调整支座高度及反力。支座反力的调整,以标高控制为主,反力作为校核。

对于连续刚构桥,体系转换要比连续梁桥简单的多,这是因为连续刚构桥墩梁本身固结,省去了复杂的临时约束拆除、落梁于永久支座上等工序。103(7)合龙段施工

合龙段施工时通常由两个挂篮向一个挂篮过渡,所以需先拆除一个挂篮,用另一个挂篮作为合龙段的吊架。也可以拆除两个挂篮用吊架形式作为合龙段的支架。

在合龙段施工过程中,受到昼夜温差、混凝土收缩徐变、结构体系转换以及施工荷载等因素影响,变形和受力复杂,为确保合龙段施工质量,必须采取以下措施:①合龙段长度。在满足施工操作要求的前提下,应尽量缩短,一般为1.5～2.0m。②合龙温度。宜在最低气温下合龙,使混凝土早期结硬过程中处于升温受压状态。

③合龙段混凝土选择。混凝土中宜掺入少量减水剂、早强剂,使混凝土及早达到设计强度,及时张拉预应力束,防止合龙段混凝土出现裂缝。104

④设置临时锁定措施。通常采用劲性骨架