桥涵工程施工概述

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1、桥涵工程施工概述桥涵是桥梁与涵洞的统称，是一种具有沟通、连接及跨越功能的建筑物。尤其是桥梁， 由于工程浩大、技术复杂、造型优美、影响深远，在铁路、公路、市政道路等公共基础设施中 具有重要地位和作用，甚至成为一座城市、一个国家或地区的标志性建筑和象征。桥梁的勘测、 设计、制造、施工、维护、病害诊治、修缮加固等工作涉及众多学科，随着新材料、新装备、新 技术、新工艺的不断研发和应用，一座优秀的桥梁所承载的已不仅仅是车辆和行人等有形荷载， 更是历史和文化的传承，它所体现的科技水平是一个国家综合实力的反映也，是人类改善自身 生活环境、实现人与自然和谐相处的例证。1.1桥梁建造材料与设计理论的发展 桥梁在

2、中国有着悠久的历史，留下了灿烂的文化遗产。早在秦汉时期，我国已广泛修建 石粱桥。著名的赵州安济桥（建于隋大业初年，公元605年左右），净跨37m，宽9m,拱 失高度7.23m,在拱圈两肩各设有两个跨度不等的腹拱，既节省材料减轻自重，使桥梁造型 更加轻巧优美，又便于排洪，它那种敞肩空腹式的圆弧拱结构，是我国在一千四百年前所首创。 只是限于科技水平和建筑材料的制约，古代的桥梁多为木石结构，跨度不大。18 世纪冶金技术的进步，特别是铁的生产和铸造，为桥梁提供了新的建造材料。但铸 铁抗冲击性能差、强度低、易断裂，使用效果并不理想。19世纪50年代以后，随着炼钢技 术的发展，钢材成为重要的造桥材料。钢的

3、抗拉强度高、抗冲击性能好，尤其是19 世纪 70 年代出现钢板和矩形轧制断面钢材后，为桥梁部件的工厂化生产创造了条件，使钢材应用日 益广泛。18世纪初，发明了用石灰、粘土、赤铁矿混合煅烧而成的水泥。 19世纪 50年代，开始 采用在混凝土中放置钢筋以弥补水泥抗拉性能差的缺点。此后，于19世纪70年代建成了钢 筋混凝土桥。近代桥梁建造，促进了桥梁科学理论的兴起和发展。 1857年由圣沃南在前人对拱的理 论、静力学和材料力学研究的基础上，提出了较完整的梁理论和扭转理论。这个时期连续梁和 悬臂梁的理论也建立起来。桥梁桁架分析（如华伦桁架和豪氏桁架的分析方法也）得到解决。19世纪70年代后经德国人K.

4、库尔曼、英国人W.J.M兰金和J.C.麦克斯韦等人的努力，结 构力学获得很大的发展，能够对桥梁各构件在荷载作用下发生的应力进行分析。这些理论的发 展，推动了桁架、连续梁和悬臂梁的发展。19世纪末，弹性拱理论已较完善，促进了拱桥的 发展。 20世纪20年代土力学的兴起，推动了桥梁基础的理论研究。20 世纪 30 年代，预应力混凝土和高强度钢材相继出现，材料塑性理论和极限理论的研究， 桥梁振动和空气动力学的研究，以及土力学的研究等获得了重大进展，为桥梁的设计提供了科学 的依据。现代桥梁按建桥材料可分为预应力钢筋混凝土桥、钢筋混凝土桥和钢桥。1928年，法国工程师弗雷西内经过20年的研究，用高强钢丝

5、和混凝土制成预应力钢筋混 凝土。这一技术克服了钢筋混凝土易产生裂纹的缺点，使桥梁可以用悬臂安装法、顶推法施工。 随着高强钢丝和高强混凝土的不断发展，预应力钢筋混凝土桥的结构不断改进，跨度不断增大。 预应力钢筋混凝土已广泛应用于简支梁桥、连续梁桥、悬臂梁桥、拱桥、桁架桥、刚架桥、斜拉 桥等桥型。1.2我国铁路桥梁的发展 我国领土上修筑的第一条营业铁路是淞沪铁路，建于1876 年（清光绪二年），沿线有中 小桥梁十余座，是我国最早出现的铁路桥梁，其中最大的一座是长50m左右的吴淞蕴藻浜 桥。该铁路是英商怡和洋行修筑的轻便铁路，运行不到一年，清政府买回路产后于1877 年 拆毁。由于清政府对铁路持抵制

6、态度，直至 1881 年，因开发开平煤矿的需要，才建成了唐（山） 胥（各庄）铁路。唐胥铁路长约10km，采用了 1435mm的标准轨距，后因运煤的需要，唐 胥铁路向大沽、天津延伸， 1887（光绪十三年）在茶淀汉沽间修建了蓟运河桥，该桥长 173.72m，共4孔，自天津端起为1孔27.43m半穿式钢桁梁、1孔62m下承钢桁梁、1孔 62m开启式钢桁梁、1孔14.72m上承钢板梁。墩台基础采用木桩，墩台为浆砌料石，由英 国人金达（C.W.Kinder）主持设计，比利时公司承包施工，于1888年建成，这是我国第一 座具有近代建筑水平的铁路桥梁。1905 年（光绪三十一年），我国著名工程师詹天佑主持

7、了京张铁路的建设工程并胜利完工 令外国铁路工程专家为之惊叹折服，标志着我国第一代铁路工程技术人员的成长，从此结束了 中国人不能主持修建干线铁路的历史。1957 年，第一座长江大桥武汉长江大桥的建成，结束了我国万里长江无桥的状况， 从此“一桥飞架南北，天堑变通途”。1969 年胜利建成了举世瞩目的南京长江大桥，这是我国自行设计建造并使用国产高强 钢材的现代大型桥梁。正桥除北岸第一孔为28m简支钢桁粱外，其余为9孔3联，每联为 3X160 m的连续钢桁粱。上层是公路桥面，下层为双线铁路，包括引桥在内，铁路部分全长 6772m，公路部分为4589m。南京长江大桥的建成是我国桥梁史上一个重要标志。1.

8、3我国铁路桥梁建设的新成就 进入新世纪以来，特别是近几年铁路客运专线以及高速铁路的兴建，为铁路桥梁的发展提 供了历史性机遇，一大批具有自主知识产权的桥梁研究成果和不断创新的施工技术有力地支撑 了我国现代化特大型铁路桥梁的建设，取得了突出成就。1.3.1 武汉天兴洲公铁两用长江大桥该桥是武（汉）广（州）高速铁路越江工程，大桥全线总长4657m其中正桥长1092m， 设计为一座主跨504m的公铁两用双层斜拉桥，上层设六线公路，下层设两线客运专线铁路与 两线I级铁路，是目前世界上活载最重的大跨度桥梁和跨度最大的公铁两用斜拉桥（图一）。图一 京广高速铁路武汉天兴洲公铁两用长江大桥该桥采用了大型吊箱围堰

9、整体浮运技术，并利用锚墩对围堰进行精确定位。主塔基础采用3.4m大直径钻孔桩施工技术，经设计优化比选钻深近百米，桩基直径创国内桥梁基础之 最。主桥钢桁梁采用了整节段架设技术，架梁吊机的最大吊重达 700t。与当今世界同类型大桥相比，天兴洲公铁两用长江大桥具有“跨度大、桥面宽、荷载重、时 速高”的特点，且首次采用双塔三索面三主桁新型结构形式，解决了世界钢梁桥往往在重荷载作 用下的刚度减弱和疲劳难题。铁路桥面系采用混凝土与钢桁结合体系，为提高桥梁抗震能力，首 次采用自主创新研制的磁流变阻尼器MR）和大吨位液压阻力装置相结合，解决制动力传递及温 度力释放等问题，可抵御来自自然的强震、风暴及大型船舶冲

10、撞。大桥于2004年9月28日正式开工建设， 2008年9月10日中跨合龙、2009年5月通车。1.3.2 南京大胜关长江大桥 该桥是京沪高速铁路及规划中的沪汉蓉铁路于南京跨越长江的铁路通道，是京沪高速铁 路的控制性工程，也是沪汉蓉铁路及南京铁路枢纽的重要组成部分。应南京市的要求同时搭载 双线地铁。桥面按六线轨道布置，主桥采用六跨连续钢桁拱桥，正交异性板整体桥面，三桁承 重结构，全长1615m最大通航跨度2X336m,是我国第一座六线铁路大跨度桥梁（图二）。图二 京沪高速铁路南京大胜关长江大桥该桥主墩围堰钢吊（套）箱首次采用重力大于浮力的下沉控制理念，通过升降系统及水平 导向装置，有效解决了在

11、水文变化频繁的潮汐河流、河床高差大等不利条件下超大钢围堰下放 着床及下沉精确定位的难题。主桁受力大的杆件及节点板采用 Q420qE 高强度、高韧性与良好焊接性能新型钢材，最 大板厚68m m。桥面采用整体性好、刚度大与结构阻尼大的板桁组合新型桥面结构，正交异性 钢板与主桁下弦结合、混凝土道砟槽板与整体钢桥面板组合，共同承受主桁内力。该桥施工中研发了吊重 70t 的变坡爬行吊机，并采用辅助墩旁托架、三层水平索双悬臂 安装新技术、三主桁安装线形控制技术完成了钢桁拱肋架设，创造出通过调整索力、不设顶落 梁实现大跨度钢桁拱精确合龙的新方法。1.3.3 郑州黄河公铁两用大桥 该桥是京广客运专线及河南省中

12、原黄河公路大桥跨越黄河的共用桥梁，位于京珠高速公路黄河大桥上游约6km处。桥梁全长14886.667m，主桥立面为多塔长联的构造形式，上层 设六线公路，下层设两线客运专线铁路，是我国目前最长的公铁两用桥梁和第一座多塔公铁两 用斜拉桥（图三）。图三 京广高速铁路郑州黄河公铁两用大桥该桥主桥全长1684.35m,共两联，第一联为(120+5X168+120) m的六塔连续钢桁结 合梁单索面斜拉桥，长1080m。主桁采用无竖杆的三角形桁式，桁高14米，节间距12米。 横向布置为三片桁，为适应上层公路桥面与下层铁路桥面的不同宽度，采用了斜边桁的空间结 构形式。钢桁梁上弦杆与混凝土桥面板结合形成公路结合

13、桥面，下层铁路桥面为正交异性整体钢 桥面板。该桥钢桁主梁采用顶推法架设，最大顶推重量达30000t。得益于控制技术的进步，施工 中采用了多点连续同步顶推技术，拖拉设备采用机电、液压一体化设计，并采用新型滑动材料， 主桥第一联钢桁梁全部采用顶推法架设完成。1.4铁路桥梁的技术发展趋势 国民经济的快速发展与科技水平的提高，以及国内市场对铁路运输日益高涨的巨大需 求，对铁路建设提出了更高要求。国家和铁道部高瞻远瞩，超前规划，广大铁路建设者肩负重 任，锐意进取，使我国铁路从落后到先进，实现了跨越式发展。铁路桥梁呈现出以下技术发展 趋势：一、铁路运输向货运重载、客运高速两个方向发展，对铁路桥梁提出了不同

14、的技术要求。二 为减小桥梁对河道通航、泄洪及河床冲刷的影响，桥梁跨度越来越大。三、设计理论和研究水平的进步催生了新的桥梁结构形式。桥式采用拱、梁、斜拉、悬索 的组合结构体系，形成大跨多孔连续长桥和适应大跨、重载、高速的新结构。四、建桥材料向轻质、高强、耐久方面发展。 我国近年来建造的铁路桥梁已成功应用了 Q345、Q370、Q420 等强度高、冲击韧性和可焊性好的优质钢材，并正在研制Q520钢材。日本和美国大量采用耐候钢作为建桥材料， 其重要优点是抗腐蚀能力较强。混凝土性能不断提高，国内已开展了对280混凝土及水下C50混凝土的研究应用。轻质 混凝土的研究也取得进展，比重约1.9t/m3的轻质

15、混凝土在挪威已被大量使用。五、桥梁建造技术出现多元化。例如，水电和房建工程中的地下连续墙技术已被应用于 桥梁基础施工；借鉴深海钻井平台技术，促进了负压式筒形基础的发展；中铁大桥局集团有限 公司采用气囊法将大型围堰下河的灵感则来自于造船行业的有关技术。六、桥梁结构将实现标准化与工厂化生产。随着对环境及耕地的保护不断深入，以及由于高速铁路对地基沉降和线路平顺性的 高要求，桥梁在线路中所占的比例越来越大，不仅要将上部结构中梁体和轨道板的预制生 产实现标准化和工厂化，墩身和承台也有可能作为定型产品进行标准化生产，在工厂预 制后运到现场拼装。七、桥梁施工专用装备将得到进一步发展和完善。除了目前已在梁场中

16、广泛使用的各种制、运、架设备之外，其它各种专用装备也将 得到更大发展和应用。如大吨位吊船、大功率钻机、设备的自动控制技术等。八、理论研究成果将更好地指导实践。桥梁工程技术人员对桥梁的认识有一个渐进的过程。1940 年 11 月 7 日，建成仅 7 个多月的美国华盛顿州塔科玛海峡大桥（悬索桥，主跨为853米）被风吹垮，原因是机 械共振。塔科马海峡大桥的坍塌使得空气动力学和共振实验成为建筑工程学的必修课。这里 的共振和受迫共振不同，在该案例中没有周期性扰动。当时风速稳定在每小时 42 英里 （67公里/小时），频率0.2赫兹，这样的风速本应对大桥构不成威胁，因此此次事件只能 被理解为空气动力学和结构分析不严密所致，以后所有的桥梁，无论是整体还是都局必部须， 通过严格的数学分析和风洞测试。1943年，纽约市一座类似的大桥白石大桥，加装了 一个 14英尺的华伦式桁架和倾斜支柱以减少桥