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1、桥梁工程及施工技术,西南交通大学 陈伟庆 E-mail: QQ:352659617,第一部分 桥梁的基本组成及分类,桥梁的组成,通常来讲,桥梁由上部结构、下部结构、基础和 附属结构四部分组成。下图表示一座公路桥梁的全貌。 从图中可见桥梁的基本组成部分及各部位名称。,(1)上部结构是指桥梁结构中直接承受车辆和其它荷载,并跨越 各种障碍物的结构部分。它直接承担使用荷载。一般包括桥面构造、桥梁跨越部分的承载结构和 桥梁支座。(2)下部结构桥梁的桥墩和桥台统称为下部结构。它是支承桥跨 结构并将恒载和车辆活载等荷载传递至基础的建筑物。通常把设在桥梁两端的称为桥台,它除了上述作用 外,还与路堤衔接,以抵御
2、路堤土压力,防止路堤填土 的滑坡和坍落。,(3)基础 设置在墩台下部、将全部荷载传递至地基的结构部 分称为基础。基础是确保桥梁安全使用的关键。由于基 础往往深埋于土层之中,并且很多情况下需要进行水下 施工,故也是桥梁建筑中比较困难的一部分。 (4)附属结构 设在桥梁主体结构以外,保证桥梁正常、安全使用 的建筑物称为附属结构,主要包括锥形护坡、护岸及 导流工程等。,桥梁组成示意图,桥梁分类,表1-2 桥梁涵洞按工程规模分类,图1.2.3 梁式桥,1.梁桥,桥梁结构体系分类,2.拱桥,图1.2.4 拱桥,(a)三铰拱(b)两铰拱(c)无铰拱,按受力分类:,分类,按桥面位置分类:,(a)上承式(b)
3、下承式 (c)中承式,按拱上建筑型式分类:,(a)空腹式(b)实腹式,图1.2.5 悬索桥,3.悬索桥,主要由索(cable)、塔(pylon)、锚碇(anchorage)、加劲梁(stiffening girder)等组成。,中国浙江西堠门大桥(1650m),日本明石海峡大桥(1991m),4.组合体系,组合体系桥,A)组成: 主要由梁与立柱或墩柱刚性连接的桥梁。,1、刚构桥(frame bridges),B)受力特点: 竖向荷载作用下,主梁与立柱的连接处会产生负弯矩:主梁、立柱受弯矩和轴力;柱底约束处既有竖直反力也有水平反力。,A)组成: 拱式组合体系桥将梁和拱两种基本结构组合,共同承受桥
4、面荷载和水平推力,充分发挥梁受弯、拱受压的结构特性及其组合作用。,2、梁拱组合体系组合,利用梁的受拉来部分抵消拱在竖向荷载作用下产生的水平推力。使结构不受较大的水平推力,对地基要求较低。,C)梁拱组合体系分类,按有无推力分: 无推力的组合体系拱, 有推力的组合体系拱,B)梁拱组合体系受力特点,按拱和梁的刚度关系分: 刚性系杆柔性拱柔性系杆刚性拱,B) 斜拉桥受力特点,A) 斜拉桥组成,3、斜拉桥 (cabled-stayed bridges),主要由梁、塔、和斜索组成的组合体系桥梁。,结构受力时斜拉索承受拉力、主梁承受轴力和弯矩、桥塔承受轴力和弯矩,通过三类构件的共同受力来承担外荷载。主梁以受
5、弯为主,塔以受压为主,斜索受拉力为主。斜拉桥是一种典型的组合体系结构,也是造型最丰富的桥型,其跨越能力仅次于悬索桥。,3.根据桥梁的用途分类(1)公路桥;(2)铁路桥;(3)公铁两用桥;(4)人行桥;(5)运水桥(渡槽);(6)农用 桥;(7)管道桥。4.根据桥面在桥跨结构中的位置分类(1)上承式桥;(2)中承式桥;(3)下承式桥。,5.按施工方法1)整体施工桥梁上部结构一次浇筑而成2)节段施工桥梁上部结构分节段组拼而成,整体施工梁桥,节段施工桥梁,节段施工桥梁,第二部分桥梁施工方法及选择,桥梁工程中,通常采用的基础形式有扩 大基础、桩基础、沉井基础等。,一、桥梁基础工程施工方法,1、扩大基础
6、 又称明挖扩大基础或浅基础。其主要特点是: 由于能在现场用眼睛确认支承地基的情况下进行 施工,因而其施工质量可靠; 施工时的噪声、振动较小,对地下水污染轻,对 邻近建筑基础危害较小;与其他类型的基础相比,施工所需的操作空间较 小;,在多数情况下,比其他类型的基础相比,造价 省、工期短; 易受冻胀和冲刷产生的恶劣影响。扩大基础的施工顺序是:开挖基坑,对基底进行处理(当地基承载力不满足要 求时需对地基进行加固),砌筑圬工或立模、绑扎钢筋、 浇筑混凝土。其中,开挖基坑是基础施工中的一项主要 工作,而且在开挖过程中,必须解决好支挡与排水的问 题。,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
7、位高于基础的底面高程时,施工时应采取排水措施,如打钢板桩或考虑采用集水坑用水泵集中排水、深井排水及井点法等,使地下水位降至开挖面以下。还可采用化学灌浆法及围幕法进行止水或排水。但扩大基础的各种施工方法都有各自特有的制约条件,因此在选择时应特别注意。,2 、桩基础桩是深入土层的柱形构件,其作用是将来自桩顶的荷载传递到土体中的较深处。 根据不同情况,桩可以有不同的分类方法。按成桩方法对桩进行分为:沉入桩灌注桩,(1)沉入桩,沉入桩是将预制桩用锤击打或振动法沉入地层至设计要求的高程。预制桩包括钢筋混凝土桩和钢桩等,一般有如下特点: 由于桩是在预制场制作,故桩身质量易于控制;沉入时的施工工序简单,工效
8、高,能保证质量; 易于在水上施工; 多数情况下施工噪声和振动大,污染环境;沉入长桩时受运输和起吊设备限制,且存在现场 接桩,接头工艺复杂; 穿越较坚硬的土层时需要较多的辅助施工措施。,(2)灌注桩 灌注桩是在现场采用钻孔机械(或人工)将地层钻挖成设计孔径和深度的孔后,将预制成一定形状的钢筋骨架吊入孔内,然后往孔内灌入流动的混凝土而形成的桩基。,(2)灌注桩 灌注桩的特点是: 与沉入桩的锤击法和振动法相比,施工噪声和振动要小得多;能修建比预制直径大得多的桩;与地基的土质无关,在各种地基上均可使用;施工时应特别注意钻孔时的孔壁坍塌、桩尖处地基的流沙及孔底沉淀等情况的处理; 因混凝土是在水中浇注的,
9、故混凝土质量较难控制。,3、沉井基础 沉井基础是一种断面和刚度均比桩基础大得多的筒 状结构,施工时在现场开挖井内土方,使之沉落到预定 支承的地基上。 在岸滩或浅水中建造沉井时,可采用“筑岛法”施工; 在深水中修建,则可采用浮式沉井,将沉井基础浮运 到预定位置,再进行下沉施工。按材料、形状和用途不 同,可将沉井分成许多类型,但沉井基础有如下共同的 特点:,沉井基础的适宜下沉深度一般为1040m; 与其他形式的基础相比,沉井基础的抗水平推力 作用的能力、竖向支承力均较大; 由于沉井基础的刚度大,故其变位较小。沉井基础的施工难点在于沉井的下沉。沉井的下沉 主要是通过从井孔内挖除土,清除刃脚正面阻力及
10、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,但其基本施工方法 应为不排水开挖下沉,只有在稳定的土层中,而且渗水 量不大时,才采用排水开挖法下沉。另外还有压重、高 压射水、炮振(必要时)、降低井内水位减小浮力、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。,二承台,位于旱地、浅水河中采用土石筑岛法施工桩基的桥梁,其承台的施工方法与扩大基础的施工方法相类似,可采用明挖基坑、简易板桩围堰后开挖基坑等方法进行施工。 对深水中的承台,可供选择的方法有:钢板桩围堰钢管桩围堰、双壁钢围堰及套箱围堰等。不论何种围堰,其目的都是为了止水,以实现承台在无水环境中施
11、工。钢板桩围堰和钢管桩围堰实际上是一种形式的围堰,只不过所用材料不同而已。双壁钢围堰通常是将桩基和承台的施工一并考虑,即先在围堰顶设置钻孔平台,待桩基施工结束后拆除平台,再在围堰内进行承台的施工;套箱围堰多采用钢材制作,分有底和无底两种类型,根据受力情况不同又可设计成单壁或双壁套箱。,三、墩(台)身,墩(台)身的施工方法根据其结构形式的不同而不同。 对结构形式较简单,高度又不大的中、小桥的墩(台) 身,通常采用传统的方法,一次砌筑或立模(一次或多次 )现浇施工,但对高度较高的墩台及斜拉桥、悬索桥的索 塔,则有较多的施工方法可供选择。而施工方法的多样 化主要反映在模板结构形式的不同上。近年来,滑
12、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:将墩身分成若干个节段,从下至上逐 段进行施工。,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,施工进度平稳、安全,机械化程度高, 但因多采用液压装置实现滑升,故成本较高,所需的机 械设备种类也较多;爬升模板(简称爬模)一般要在模板外侧设置爬升架, 因此这种模板相对而言需耗用较多的材料,体积也较庞 大,但不需设另外的提升设备;翻升模板(简称翻模)结构较简单,施工也较方便,不 过需要设专门用于提升的起吊设备。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。中、小桥,当设计为石砌 墩(台)
13、身时,施工工艺虽然简单,但必须严格控制砌石工 程质量。,四、桥梁上部结构施工方法,桥梁上部结构的形式是多种多样的,其施工方法 的种类也较多,但除一些比较特殊的施工方法外,大 致可分为预制安装和现浇两大类。上部结构的施工方 法分类见下图所示。,1.预制安装法预制安装可分为预制梁安装和预制节段式块件拼装 两种类型。前者主要指装配式的简支梁桥:如空心板、T 形梁、工字形梁及小跨径箱梁等的安装,尔后进行横向 联结或施工桥面板而使之成为桥梁整体;后者则将梁体 (一般为箱梁)沿桥轴线分段预制成节段式块件,运至现 场进行拼装,其拼装方法一般多采用悬臂法。连续梁、 T构、刚构和斜拉桥都可以应用这种方法进行施工
14、。 下面简要介绍几种常用的预制安装施工方法的特点及 适用场合。,1)自行式吊车吊装法这种吊装法多采用汽车吊、履带吊和轮胎吊等机械,有单 吊和双吊之分。此法一般适用于跨径在30m以内的简支梁桥的安 装作业。在现场应有足够安置吊车的场地,同时要保证运梁道路 的畅通,吊车的选用应充分考虑梁体的重量和作业半径后方可决 定。2)跨墩龙门安装法 在墩台两侧沿桥向设置轨道,在其上安置跨墩的龙门吊,将 梁体在起吊状态下运至架设地点,然后安装在预定位置。此法一 般可将梁的预制场地安排在桥头引道上,以缩短运梁距离。其优 点是:施工作业简单、迅速,可快速施工,容易保证施工安全。 但要求架设的地形应平坦,且桥墩不能太
15、高。因设备的费用较 大,架设安装的孔数不能太少。,3)架桥机安装法 这是预制梁典型的安装方法。在孔跨内设置安装导梁,以此 作为支承体来架设梁体,这种作为支承梁的安装梁结构称为架桥 机。目前架桥机的种类甚多,按形式的不同可分为单导梁、双导 梁、斜拉式和悬吊式等。悬臂拼装和逐跨拼装的节段式桥梁也经 常采用专用的架桥机进行施工。其特点是:不受架设孔跨桥墩高 度的影响,也不受桥下地形条件的影响;架设速度快,作业安全 度高;对于孔数较多的桥梁更具有优越性。 4)浮吊架设法 这种方法一般适用于河口、海上长大桥梁的安装,包括整孔 架设和节段式块件的悬臂拼装。采用此法工期较短,但梁体的补 强,大型吊具、架设用
16、的卡具等设备均较大型化,浮吊所需费用 较高,且易受气象、海象和地理条件等影响。梁体安装就位时浮 力的减小会引起浮吊和船舶的移动,伴随而来的是梁体的摇动, 因此应充分考虑其倾覆问题。,5)浮运整孔架设法 是将梁体用船舶运至架设地点后进行安装的方法, 可采用两种方式:一种方式是用两套卷扬机(或液压千 斤顶装置)组合提升吊装就位,另一种方式是利用船舶 的吃水落差将整孔梁体安装就位。 6)逐孔拼装法逐孔拼装法一般适用于节段式预应力混凝土连续梁 的施工。在施工的孔跨内搭设落地式支架或采用悬吊式 支架,将节段预制块件按顺序吊放在支架上,然后在预 留孔道内穿入预应力钢筋,对梁施加预应力使其成为整 体,这种方法形象地称为“穿糖葫芦”,7)悬臂拼装法 悬臂拼装法多用于预应力混凝土梁体的施工,其他类型的桥梁也可选用。这是一种将梁体分节段预制,墩顶附近的块件用其他架设机械安装或现浇,然后以桥墩为对称点,将预制块件沿桥跨方向对称起吊、安装就位后,张拉预应力筋,使悬臂不断接长,直至合龙的施工方法。悬臂拼装法施工速度快,预制块件质量易控制,但预制场地较大,且拼装精度要求高。这种施工方法可不用或少用支架,施工时不影响通航或桥下交通,宜在跨深水、山谷或海上进行施工,并适用于变截面预应力混凝土梁桥。,