桥梁工程简述

桥梁工程简述（引用于靳会武主编的《公路工程计量与计价》） 一、桥梁的概念 桥梁是线路(公路、铁路、水渠或管线等)遇到障碍(如河流、道路、铁路或山谷等)修筑的人工跨越构筑物。 二、桥梁的组成 桥梁主要由上部结构、下部结构、基础和调治结构四大部分组成。 上部结构是指线路跨越各种障碍(如江河、山谷或其他线路等)的结构物，又称桥跨结构或桥孔结构。 下部结构是指支承桥跨结构，并将其荷载传递到地基的建筑物，包括桥墩、桥台等。桥墩是在河中或岸上支承两侧桥跨上部结构的建筑物。桥台设在桥的两端，一端与路堤相接，承受台后土压力，并防止路堤滑塌。为保护桥台和路堤填土，桥台两侧常做一些防护工程；另一侧则支承着桥跨上部结构的端部。桥台设在两端，桥墩在两个桥台之间。基础是将荷载传至地基的结构部分。 基础是保证桥梁墩台安全并将桥梁墩、台所承受的各种荷载传递到地基上的结构物，是确保桥梁安全使用的关键部位。有扩大基础(明挖浅基础)、桩基础和沉井基础等不同结构形式。支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构部件，位于桥梁和垫石之间，它能将桥梁上部结构承受的荷载和变形(位移和转角)可靠地传递给桥梁下部结构，是桥梁的重要传力装置。 附属设施主要包括桥面铺装、排水防水系统、栏杆、伸缩缝和灯光照明设施，主要与桥梁服务功能有关。对于桥面铺装(或称行车道铺装)，平整、耐磨、不翘壳、不渗水是保证行车舒适的关键，特别在钢箱梁上铺设沥青路面的技术要求甚严。排水防水系统应能迅速排除桥面上积水，并使渗水可能降低至最小限度。栏杆(或防护栏杆)既是保证安全的构造措施，又是供人观赏的最佳装饰件。伸缩缝是防止构件由于气候温度变化(热胀、冷缩)而使结构产生裂缝或破坏而沿建筑物或者构筑物施工缝方向的适当部位设置的一条构造缝。灯光照明增添了城市中光彩夺目的夜景。 调治构造物是指为引导和改变水流方向，使水流平顺通过桥孔并减缓水流对桥位附近河床、河岸的冲刷而修建的水工构筑物，如桥台的锥形护坡、台前护坡、倒流堤、护岸墙、丁坝、顺坝等。 三、桥梁基础施工 3.1桥梁基础主要施工方法 基础是建筑物的“根”，就像一棵能经得起风雨的大树一样，其根必须稳固桥梁工程基础大多数是在江河之中，无论是结构设计还是施工都有相当的难度。基础部分对工程造价的影响是较明显的，因为当基础结构设计完成后，采用不同的施工方法，相应的措施费也不同，所以对基础施工方法的选择对工程造价有很大的影响。下面介绍常见的两种基础形式及施工方法。 3.1.1明挖扩大基础 扩大基础的施工一般是采用明挖的方法进行的。当基底在地下水位以上、土质较好时，可采用坑壁不加支撑的方法开挖，视土质情况，可采取竖向坑壁、斜坡坑壁及阶梯形坑壁，若为阶梯形坑壁，以每梯高度0.5~1.0m为宜。当基底在地下水位以下、坑壁土质不稳定时，可在坑壁设支撑，支撑的形式有多种，可根据实际情况确定。基坑的施工方法，可采取人工开挖、机械开挖及人工机械配合开挖，要根据开挖土方量大小来定。有的水中基础也采取明挖的施工方法，这时必须设置围堰。 3.1.2桩基础 常见的桩基础有打入桩基础和钻孔灌注桩基础两大类，在公路桥梁中常用钻孔灌注桩基础，所以以下介绍钻孔灌注桩基础的施工。 钻孔灌注桩工艺适用性很强，不受地质条件限制，钻孔深度可达100m以上，常用的桩径有1.0m、1.2m、1.5m、2.0m和2.5m。钻孔灌注桩可分为摩擦桩和柱桩；按施工方法分为冲击成孔、旋转成孔和冲抓成孔等。钻孔桩基础施工要考虑的问题比较多，如桩的成孔、钻孔平台、护壁泥浆、护筒、下钢筋笼、浇筑水下混凝土、围堰等。 钻孔灌注桩根据成孔方式的不同，常见施工方法如下： a.螺旋钻机成孔。螺旋钻成孔多属干作业法，不需任何护壁措施。成孔方法和原理随螺旋钻具的长短而有所不同。长螺旋钻机的整个钻具，即钻头和钻杆都带有螺旋叶片，钻孔时在桩位处就地切剥土层，被切土块、钻屑随钻头旋转，沿着带有长螺旋叶片的钻杆上升，输送到出土器后，自动排出孔外，然后装车运走，其成孔工艺具有良好的连续性。短螺旋钻机的钻具只在临近钻头2~3m内装设带螺旋叶片的钻杆，在桩位处切剥土层，被切土块、土屑随钻头旋转，沿着有少量螺旋叶片的钻杆上升，积聚在短螺旋叶片上，形成“土柱”，此后靠提钻、反转、甩土，将钻屑散落在孔周围，一般每钻进0.5~4m，就要提钻甩土一次。 b.正循环回旋钻机成孔。使泥浆以高压通过钻机的空心钻杆，从钻杆底部射出，底部的钻头(钻锥)在回转时将土层搅松成为泥渣，被泥浆浮悬，随着泥浆上升而溢出流到井外的泥浆溜槽，经过沉淀池沉淀净化，泥浆再循环使用，井孔壁靠水头和泥浆护壁维持稳定。采用本法由于钻渣靠泥浆浮悬才能上升携带排出孔外，故对泥浆的质量要求比较高。 c.反循环回旋钻机成孔。同正循环相反，泥浆由钻杆外流(注)入井孔，用真空泵或其他方法(如真空吸泥机等)将钻渣从钻杆中吸出。由于钻杆内径较井孔直径小得多，故钻杆内泥土上升速度较正循环快得多，就是清水也可把钻渣带上钻杆顶端流人泥浆沉淀池，净化后泥浆可循环使用。本法的泥浆只起辅助护壁保护作用，其质量要求较低。但如钻探孔属易坍土层，则仍需用高质量泥浆。 d.潜水钻机钻孔。潜水钻机的主要特点是钻机的动力装置同钻头连成一整体，其密封式电动机连接在钻头顶上，钻机工作时，这种带有动力的钻头潜入井孔水(泥浆)中，将泥浆由泥浆泵通过胶管和电动机上面连接的空心钻杆、钻头(锥)射入孔底，钻头转动时搅松的钻渣悬浮在泥浆中，随同泥浆上升溢出井口，流入泥浆沉淀池，留下残渣并分离出泥浆，这便是正循环式潜水钻机的生产过程。若改用真空泵或空气吸泥机等机具将钻渣从钻杆(或胶管)中吸出，就成为反循环式潜水钻机的生产过程。 e.冲抓钻孔。使冲抓锥张开瓣冲入土石中，然后收紧锥瓣绳，抓瓣便将土抓入锥中，提升冲抓锥出井孔，松绳开瓣将土卸掉。井壁保护同回转钻机孔法，还有将钢套管沉至设计标高保护井壁的，灌注混凝土时将钢套管拔出，称为全套管(护筒)护壁冲抓成孔。 f.冲击钻孔。冲击钻孔分为实心锥和空心锥两种。实心锥冲击钻孔，用冲击式装置或卷扬机提升空心钻锥，上下往复冲击，将土石劈裂、劈碎，部分被挤入井壁与钻杆之间。由泥浆悬浮钻渣，使钻锥每次都能冲击到孔底新土层。冲击一定时间后，放入掏渣筒掏渣，提至孔外倒掉。泥浆一方面起悬浮钻渣作用，另一方面起护壁作用。空心锥冲击钻机，其钻孔原理与实心锥钻机相同。只是因其钻锥是空心的，在上下往复冲击时，其锥尖刮刀将孔底冲碎，而且已冲碎的钻渣可以从锥底进入空心锥管。冲击一定时间后，将钻锥提出，倒掉锥内的钻渣，再将钻渣放入井底继续冲击钻进。 g.人工挖孔。当土层内无地下水或地下水量很小时，可以采用人工挖孔。井壁采用多种支撑防护。挖至设计标高后，可视地下水涌人情况，灌注混凝土或水下混凝土。 3.2桥梁基础施工常用围堰 围堰是保证基础工程开挖、砌筑等的临时挡水构筑物。采用此种设施方法简单、材料易筹备，宜在基础较浅、地质不复杂、水深不超过6m时采用。根据使用材料的不同，围堰可分为土石围堰、板桩围堰、钢套箱围堰和双壁围堰四种类型。 围堰一般应满足以下方面的要求：堰顶高度宜高出施工期间可能出现的最高水位(包括浪高)50~70cm，用于防御地下水的围堰宜高出水位或地面20~40cm；围堰外形应考虑筑堰期间河流断面被压缩后，流速增大引起水流对围堰、河床的集中冲刷及对通航、导流、农用排灌等的影响；堰内面积应满足基础施工的需要；围堰断面应满足堰身强度和稳定(防止滑动、倾覆)的要求。 现行《公路工程预算定额》(JTG/T 38322018) 中的围堰主要有以下几种： ①草土围堰，是一种草土混合体在水中逐渐堆筑形成的挡水结构，为中国传统的河工技术，其下层的草土体靠上层草土体的质量逐步下沉并稳定，堰体边坡很小，甚至可以没有边坡(俗称收分)，可就地取材，造价低，易于拆除，常采用散草法、捆草法和埽捆法结合施工。 草土围堰的主要材料为稻草和土料的复合体，以及局部高流速地区防冲护坡或湖底的竹笼卵块石。稻草要求柔软不腐朽，草秆长0.5m以上，晒干的新旧稻草均可；草捆加工要求严格，要使其长度、大小和松紧基本一致。加工草捆时把草料头朝外尾向内互相搭接，搭接处上下用散草包裹，两腰用单股捆紧，注意防火和防腐。一般黄土、粉土、沙壤土和黏土均可用于草土围堰，土块体要求较小且宜在水中湿化崩解，含水率适度。 ②编织袋围堰：用编织袋盛装松散黏性土，袋口用细麻线或铁丝缝合，施工时将土袋平放，上下左右互相错缝堆码整齐所形成的围堰形式。土袋装量为编织袋袋容量的1/2~2/3.编织袋投放前尽可能清除堰底河床上的杂物、树根、杂草等，以减少渗漏。袋口应用麻绳或绑扎丝绑扎，并进行平整。投放编织袋时不宜采用抛投，应采用顺坡滑落的方式，并要求上下层互相错缝，且尽可能堆码整齐。在水中投放编织袋，可用人机配合，机械送到位，人工下袋。编织袋应顺坡送人水中，以免离析，造成渗漏。 ③竹笼围堰：用内填块石的竹笼堆叠而成，在迎水面用木板、混凝土面板或填黏土阻水，这是利用当地材料的一种围堰形式，多用于我国南方地区。 ④木笼铁丝围堰：在河床不能打桩，河水流速较大，同时盛产木材和石料的地区，可用木笼作围堰的堰壁。最常用的形式是用方木做成透空式木笼，迎水面设多层木板防水，木笼就位后，在笼内填石。为减少与河床接触处的漏水，一般用麻袋盛土或用混凝土堆置在木笼堰壁外侧。 ⑤筑岛填心：在某些条件适合的浅水水域开展钻孔工作时，采用在孔位附近堆积出高于水面的人工岛屿的方法，分为近岸筑岛填心和船运筑岛填心。此方法把水面转变为陆地，在上面安置设备进行钻孔，具有简化水域钻探设备与工艺、降低工程费用的优点。 ⑥套箱围堰：套箱分有底模套箱和无底模套箱，是为水中承台施工而设计的临时阻水结构，其作用是通过套箱侧板以及底部封底混凝土为水中承台施工提供无水环境，围堰同时可兼作承台施工模板。当围堰兼作承台模板时，套箱围堰周边尺寸和承台一致，也可比承台每个边增加0.1~0.2m；当围堰仅作阻水结构时，套箱围堰应比基础尺寸增加1.0~1.5m，同时应满足抽水设备和集水井设置的需要。套箱围堰适用于河床易清淤吸泥、河床覆盖软弱层较薄的水下承台基础施工，主要作用为承台施工挡水。 33灌注桩工作平台 灌注桩工作平台是灌注桩施工过程中(包括护筒埋设、成孔、灌注混凝土等)的一个操作平台。主要有桩基工作平台、双壁钢围堰工作平台、浮箱工作平台三种形式。 桩基工作平台是在水中墩、台位置，用锤击或振动法在河床中沉人若干根露出水面的支架桩，将各桩连接起来并在桩顶设置纵、横梁，铺上面板后在水面上形成的一个工作台。 双壁钢围堰工作平台是在钢围堰上设置支撑件，并在支撑件上设置纵、横梁，铺上面板后在水面上形成的一个工作平台。 浮箱工作平台是将若干浮箱(浮箱规格为长6m、宽3m、高2m)组拼成一个框架结构，并在浮箱顶设置纵、横梁，铺上面板后在水面上形成的一个工作台。 3.4桩基护筒 护筒是用木、钢或钢筋混凝土制作的筒状结构物。钻孔灌注桩采用泥浆护壁施工时，需先在桩位埋设护筒。其作用是：固定桩位、引导钻头(锥)方向，隔离地面水以免其流入井孔，保护孔口不坍塌，并保证孔内水位(泥浆)高出地下水位或施工水位一定高度，形成静水压力(水头)，以保护孔壁使之免于坍塌。因此，护筒埋置要求稳固、准确；制作要求坚固、耐用、不易变形、不漏水、装卸方便且能重复使用。 四、桥梁上部结构施工 桥梁的结构形式一旦确定，其主体工程数量也随之确定，但是该结构的施工方法却不是唯一的，需要造价人员根据项目的具体情况考虑。但无论多么复杂的结构，其构件施工的方法只有两种，即现浇构件和预制安装法。 4.1现浇构件 现浇构件的浇筑方法分有支架浇筑和无支架浇筑两种。 ①有支架浇筑 它也称为就地浇筑，是在桥位处搭设支架，在支架上浇筑桥体混凝土，待混凝土达到强度后拆除模板及支架即可。 有支架浇筑是一种长期被采用的方法。由于施工需要大量的模板支架，大多在小桥、交通不便时采用，有时受起吊能力及场地的限制时，在大桥中也被采用，有支架浇筑施工最大的优点是不需要预制构件的场地及大型吊装运输设备，其缺点是施工用的支架模板消耗量大、工期较长。 在编制造价时要根据构件的大小考虑支架的搭设，并计算其工程数量，列项目单独计算。 ②无支架浇筑 无支架浇筑，即常被采用的悬臂浇筑法，也就是采用挂篮浇筑。这种方法是从桥墩开始，两侧对称利用挂篮浇筑梁段。挂篮是悬臂浇筑中的主要设备，是能沿着轨道行走的活动脚手架，挂篮悬挂在已经张拉锚固于墩身连成整体的箱梁节段上。在挂篮上可进行下一节段的模板、钢筋、管道的安装以及混凝土浇筑，预应力筋的张拉，灌浆等工作。完成一个循环之后，新的节段已和桥墩连成整体，成为悬臂的一部分，这时挂篮即可固定在下一节段，进行新的节段浇筑、依次施工直至悬臂浇筑完成。悬臂浇筑的最大优点是结构整体性好，不影响通航。 就挂篮而言，有桁架式、斜拉式等多种，其构造形式各不相同，可根据项目的具体情况确定。确定挂篮的原则是结构简单、质量轻、便于施工。挂篮的选用直接关系到工程造价。 4.2预制安装法 预制安装法指在预制厂或在桥址附近临时预制场进行预制构件，然后按照选定的架设方法进行构件运输、吊装就位。预制安装的方法是针对钢筋混凝土梁或预应力混凝土梁而言的。该方法的主要优点是上部和下部结构可以同步作业，能确保质量，施工速度快，能有效利用劳动力，降低工程造价。 预制安装法同样有两种架设方法，即有支架安装法和无支架安装法。 ①有支架安装法 大多数预制安装构件不需要支架，但有的结构由于采用安装方法不同，需要考虑临时支架，例如：在拖拉法施工中，为保证结构自身稳定的要求，需要在永久性墩、台之间设置临时性的中间支架，以承托被拖拉的桥跨结构。在顶推法中，由于桥梁的跨度较大，往往需设置临时支架来顶推调整跨径。当桥跨较大需分节段时，需设置临时支架浇筑接头，如桁架桥的架设一般就采用这种方法。在编制概、预算时，该临时支架应另列项目计算。 ②无支架安装法 无支架安装有多种方法，常见的有悬臂拼装法、缆索吊装法、装配式安装法、转体法、顶推法等。无支架施工是在峡谷水深流急，或受通航要求、洪水季节的影响，搭设支架困难且不经济时选用。在大跨度的桥梁中多采用无支架施工的方法。 悬臂拼装法是将预制好的节段构件，由专用悬拼吊机将构件通过预应力筋固定在已完成的悬臂上，依次逐段进行拼装，直至完成。 悬拼时可根据工程的实际情况，选用适合的吊装方法。 a.悬臂吊机拼装 悬臂吊机的结构简单，是常用的吊装设备。 b.起重机拼装 常采用的起重机有伸臂吊机、缆索吊机、龙门吊机、人字扒杆、汽车吊、履带吊、浮吊等，要根据工程施工单位的设备情况选用。 龙门吊机是一种常用的垂直起吊设备。在龙门架顶横梁上设行车道时，可横向运输重物、构件；在龙门架两腿下设有缘滚轮并置于铁轨上时，可在轨道上纵向运输；如在两腿下设能转向的滚轮，可进行横向和纵向的水平运输。龙门架通常设于构件预制场用于吊移构件，或设在桥墩顶、墩旁安装桥梁构件。常用的龙门架种类有钢木构造龙门架、拐脚龙门架和装配式钢梁桁架节(贝雷梁)拼制龙门架。 c.连续桁架架设法 连续桁架是跨越能力较大的钢脚手架，可根据要拼装部分桥梁的长度选用移动式和固定式连续桁架。 采用连续桁架吊装的最大优点是：它不仅能满足吊装构件的需要，还能利用该桁架运输施工中的材料及机具，特别在架设高墩的连续梁时，其作用尤为突出，可以提高工作效率，节约费用。 d.缆索吊装法 缆索吊装法亦称塔架吊装法，主要由缆系统和索塔、动力机具锚固系统组成。缆索通过塔架由浪风(缆风绳)及地锚固定，用以运输被吊装构件。缆索吊装法在安装拱桥时使用比较多，因为主拱圈及拱上建筑都可通过缆索吊装，加快了建桥速度，降低了成本。 e.装配式安装法 装配式安装法特别适用于陆上长桥，如用于简支Ｔ形梁、板梁安装。由于工程量较大，若采用支架现浇，不仅施工工期长，而且需要大量的模板、支架，不太经济。而采用装配式安装架设，可不需要较大的吊装设备，加快了建设速度，相比于支架现浇，可缩短工期、提高工效，是常采用的架设方法。 该方法的吊装起重设备常用的有：起重机，包括汽车起重车、轮胎起重机、履带起重机；跨墩龙门吊机；架桥机；联合架桥机，由导梁、龙门架、蝴蝶架等联合组成。 在装配式安装法中，最常用的是采用导梁安装。在利用导梁安装时，又分为单导梁和双导梁两种方法，其中又以双导梁安装法应用最广，该法也称穿巷式架桥机安装法。 用贝雷梁或万能构件组装的钢桁架作导梁。其梁长大于两倍桥梁跨径，前方为引导部分，由可伸缩的钢支脚支承在前方墩上，中部是承重部分，后部为平衡部分。横向由两组导梁构成，导梁顶面铺设小平车轨道、预制梁由平车在导梁上运至桥孔，由设在两根横梁上的卷扬机吊起.下落在两个桥墩上、之后在滑道垫板上进行横移就位，施工时，两个导梁应对称放置，预制梁从中梁的位置进人安装孔，因此安装的顺序一般先将桥墩上、下游的预制梁就位，依次向中间安装。用双导梁法架梁，起吊能力较大，可在大跨多孔桥梁上使用。