大跨径桥梁工程的结构特点及其施工方法分析.pdf

CM&M 2023.041791 大跨径桥梁结构特点和施工方法1.1 梁式桥梁式桥的下部结构主要包括基础、桥台、桥墩等，其上部结构多种多样，主要有简支梁、箱梁、连续箱梁、钢箱梁、桁架简支梁、钢混组合梁、钢管混凝土梁等。梁式桥较多应用于大跨径连续桥梁的设计施工当中。梁式桥的主梁多为 T 型结构或预应力钢筋混凝土箱型结构，其中预应力钢筋混凝土连续箱梁的长度可达数百米。预应力钢筋混凝土连续箱梁具有桥面接缝少、梁体高度适中、质量较轻、刚度较大、整体性较好、便于养护等特点。其箱形截面有较大的抗扭刚度，能够建成带有一定弯斜度的大跨径桥梁。在建造梁式桥之前，需根据桥梁工程所处的自然环境、地形地貌和地质情况进行综合考虑，设计出适合的梁式桥结构，建造出符合质量、安全、进度、经济、实用的梁式桥。梁式桥的施工方法很多，主要有支架现浇法、预制拼装法、悬臂浇筑法、顶推滑模法等施工方法。预应力钢筋混凝土连续箱梁可以在施工现场分段浇筑，也可以采用工业化生产模式分段预制。其预应力钢绞线可以分段或连续配置，一般采用大吨位群锚设备进行预应力张拉。其耐久性、适应性、整体性优良，在设计理论和施工技术方面比较成熟。1.2 拱式桥拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋，主要承受压力。拱式桥按照拱圈或拱肋的位置可分为上承式拱桥、中承式拱桥和下承式拱桥；按照结构形式可分为箱形拱桥、肋拱桥、桁架拱桥。大跨度拱式桥可采用钢筋混凝土或钢材建造。肋拱桥可制成钢管混凝土双肋拱桥，在钢管肋中填充混凝土，使得钢管与混凝土优化组合，由此增强了其抗压性能和稳定性，具有强度高、塑性好、自重轻、耐高温、耐腐蚀、抗冲击等优点。箱形拱桥、桁架拱桥具有跨度大，自重小，外型美等优点。拱式桥的施工方法可分为就地浇筑法、预制安装法、转体施工法等 3 类。就地浇筑法可分为支架浇筑法和悬臂浇筑法，其施工流程为立模、扎筋、浇筑、养护、拆模等。预制安装法可分为整体安装法和阶段拼装法。转体施工法可分为平面转体施工法、竖向转体施工法和平面竖向结合转体施工法。1.3 斜拉桥斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索等组成。斜拉桥的索塔型式有 A 型、H 型、倒 Y 型、独柱型等多种造型，其建造材料分为钢结构和混凝土结构。其主梁分为钢筋混凝土梁、钢箱梁、组合式梁、混合式梁等结构。其斜拉索分为单索面、平行双索面、斜索面等结构，所用材料分为带防护层的钢索、钢绞线索等。斜拉桥可设计成各种不同的外形结构，其外形美观，可在山河大川上形成一道靓丽的风景线。斜拉桥主梁的施工方法主要包括支架现浇法、悬臂浇筑法和预制拼装法。其支架现浇法与梁式桥的基本相同，其施工方法是：在永久性桥墩和临时支撑墩和支架上架设主梁，再在已经完成的主梁上建造索塔、安装并调整斜拉索的拉力，最后拆除临时墩和支架。在完成建造索塔和边跨施工之后，从 2 座索塔开始，采用挂篮浇筑混凝土的方法，向桥梁中部延伸直到合龙。预制拼装法的施工方法主要是在临时支墩上拼装预制的主梁梁段。大跨径桥梁工程的结构特点及其施工方法分析李浩摘要：在简述 5 种大跨径桥梁的结构特点和施工方法的基础上，以梁式桥中的大跨径预应力钢筋混凝土连续箱梁桥为例，详细阐述了其在测量、桩基、承台、桥墩、桥台、箱梁等方面的施工方法，可供从事大跨径桥梁工程施工的技术人员参考。关键词：大跨径桥梁；结构特点；施工方法；案例分析（保定市交通运输局高阳县养路工区，河北保定071000）180工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工1.4 悬索桥悬索桥主要由索塔、主梁、主缆、锚碇、吊索（吊杆）等组成。悬索桥的索塔一般为门式框架造型的钢筋混凝土结构，索塔 2 根塔柱的顶部各安装 1 根主缆，用于承载主梁拉力；索塔底部的横梁用于架设桥体主梁。主缆为主要承重构件，由高强度钢材制成。吊索的主要材料为预应力钢索，主梁的载荷通过预应力吊索传递给主缆。2 根主缆的两端与锚锭连接，锚锭由锚块基础、锚块、钢索锚锭架及其固定装置、遮棚等组成，锚锭可与桥台组合设置或单独设置。悬索桥造型美观、雄伟壮丽。每座索塔的施工须配备 2 台塔机和 2 台施工电梯，每根塔柱各配备 1 台。索塔的钢筋混凝土塔柱，采用爬模方法浇筑施工。索塔横梁可与塔柱异步施工，进行浇筑和预应力张拉。单独设置锚锭时，其施工所需混凝土的体量巨大、耗时很长，可采用深埋加回填土施压的施工方法。在完成索塔和锚锭施工、架设主缆之前，须配备塔顶吊机，吊装塔顶索鞍、卷扬机等设备，架设牵引索、承重索，上述设备、材料就位后，即可进行主缆架设施工。完成主缆架设施工后，即可安装吊索（或吊杆）。架设主梁的顺序，可从主跨中部开始向索塔方向逐段吊装，也可从 2 座索塔向跨中和边跨 2 个方向推进。1.5 刚构桥刚构桥分为 T 型刚构桥、连续刚构桥、空腹刚构桥、斜腿刚构桥等结构形式。T 型刚构桥为非连续预应力混凝土结构。连续刚构桥、空腹刚构桥的梁体与桥墩固接在一起，其预应力混凝土梁数跨相连，跨中不设铰线或挂梁，无伸缩缝，行车舒适，特别适用于大跨度、高桥墩造型设计。斜腿刚构桥将其立柱设计为斜支撑的斜腿，其工作状况与拱桥近似。刚构桥主梁的施工方法与梁式桥基本相同，主要包括支架现浇法、预制拼装法、悬臂浇筑法、悬臂拼装法、顶推滑模法等。其中悬臂浇筑法以桥墩为中心，采用移动式挂篮向主梁两侧逐段浇筑混凝土，待混凝土达到强度后张拉预应力钢绞线，然后移动挂篮进行下一节段施工。悬臂拼装法以桥墩为中心，使用移动式悬拼吊车将主梁的预制节吊至拼装位置，采用环氧树脂胶固接、钢绞线张拉锚固后，再拼装下一个节段。以此类推，直至实现主梁合龙。2 案例分析2.1 工程概况某大跨径桥梁工程总长 432m，主跨长度为 156m，桥面宽度为 25m，主梁为预应力钢筋混凝土连续箱梁，属于梁式桥中的大跨径预应力钢筋混凝土连续箱梁桥。该桥桥墩采用直径为 1.8m 的钻孔灌注桩加强其基础，在灌注桩顶部设置承台以扩大抗压强度，承台上修建的桥墩与桥体为刚构（刚性连接）。该桥建造在山谷地区，其两侧山体陡峭，桥面距山谷谷底为 110m，桥墩高度为 102m。该桥结构复杂，环境险峻，跨度长，净空高，施工难度大。2.2 测量定位施工前首先对桥墩测量定位，以确定桥体位置。桥体一般需要确定 3 个桩位，地形复杂的桥体两端，需增加 2 个桩位。经测量确定桩位后，进行标记。桥墩是桥梁的基础，其位置的准确性非常关键，须使用红外线全站仪等精密测量仪器进行测量。修建桥梁周期长，在建造过程中，要定期对桥墩定位和桥墩高程进行复测和修正。通过对不同桩位的反复测量、交错测量、分析计算，确保桥墩定位准确。2.3 桩基施工2.3.1 施工准备该桥的桥墩承载力巨大，桥墩基础必须做到牢固、稳定、不沉降、不位移，为此要做好桩基施工准备工作。要做好场地平整、桩位放线、护筒制作和埋设、设置泥浆循环池、钻机就位等各项准备工作。钻机就位时，其底座应垫上方木，以防止产生位移和沉降。2.3.2 桩基成孔桩基成孔过程包括钻进和清渣，测量成孔直径、深度和倾斜度，清孔，吊装预制的钢筋笼、安装导管、灌注配制好的混凝土，成桩后拔除护筒、清理桩头。开钻时，桩孔内注入适量黏土和水，在不进尺状态下搅拌制作泥浆，泥浆的密度为 1.051.20，待泥浆池存储量符合开钻数量后，进行桩孔钻进施工。根据地质情况，及时调整泥浆密度。成孔过程中注意清渣。钻孔施工要一气呵成，不得停顿，避免泥浆埋住钻头。钻孔达到设计深度后，进行清孔、排渣和成孔验收。2.3.3 钢筋笼预制和安装在钢筋加工场地，按照图纸和成孔深度预制钢筋笼。钢筋笼较长，可分段制作、分段安装和组焊。钢筋笼设有主筋，分段安装时要错茬焊接，单侧焊缝 10d 主筋直径,双侧焊缝 5d 主筋直径。灌注混凝土之前，钢筋笼应矫正在桩位的中心位置。2.3.4 灌注混凝土在向桩孔内灌注混凝土之前，拼装好混凝土导管。混凝土导管之间的接口要密封并安装牢固，经水压试验合格后方可投入使用。钻孔灌注桩采用商品混凝土，其配合比要符合设计要求，要进行不间断的连续浇筑，要提取一定数量的混凝土制作抗压试件，用于质量检验。2.4 承台施工承台施工包括清理桩头、测量放线、土方开挖、配制混凝土、浇筑混凝土、拆模、养护等工序。2.4.1 施工准备完成桩基施工、且灌注桩达到规定强度后，展开承台施工。施工前的准备工作包括桩头整形、作业面清理、CM&M 2023.04181测量放线，土方开挖、配制混凝土、选定钢模板等。测量放线时，要测量承台中心、承台底部和顶部的位置和标高。2.4.2 土方开挖在进行承台土方开挖施工之前，要根据承台周边的地形地貌和地质情况，确定承台周围需要设置支护或放坡的部位。按照承台设计尺寸，开挖时在其周边多预留一定宽度。如需放坡，应按照图纸要求的 1:0.5 予以实施。2.4.3 钢筋绑扎钢筋绑扎之前，要平整好承台基础面，按照钢筋布设图纸在承台基础面施划不同规格、尺寸钢筋的位置，然后铺设钢筋、绑扎成型。完成绑扎后，布设保护钢筋的水泥砂浆垫块。所有钢筋要绑扎牢固，主筋搭接的位置、长度、焊缝要执行图纸要求。2.4.4 模板组装组装模板前，检查模板有无变形，如有变形予以修复；将模板内侧涂抹脱模剂；使用砂浆找平基础面，预埋地锚，进一步核实承台轴线、模板方位和高度。将预先选定的模板按照组装顺序就位并临时固定后，安装模板的纵横龙骨、设置地脚和斜支撑，将模板牢固定型。最后清理内部、密封接口、交付验收。2.4.5 混凝土浇筑与养护承台尺寸较大、所用混凝土较多。为保证混凝土质量，采用商品混凝土和分层浇筑、分层振捣的施工方法。每层混凝土浇筑 30cm，采用插入式振捣器进行振捣。振捣时避免过振或漏振，振捣棒不要触碰模板和钢筋，防止其产生位移。承台混凝土终凝之后，进行洒水养护，将承台与桥墩结合部位拉毛。当承台混凝土达到拆模要求的抗压强度后，将其模板拆除。2.5 桥墩和桥台施工其准备工作包括：测量人员在承台上测量和放出桥墩中心线、桥墩模板内外边线；在绑扎桥墩钢筋之前搭设支架，确保主筋的垂直度和稳定性。参照承台的施工准备，完成桥台的施工准备。按照施工图纸要求，将桥墩竖向受力主筋与承台上预留的钢筋焊接牢固。桥墩竖向主筋安装后，其外侧套上箍筋、内侧套上加劲筋，并按图纸要求保持间距。箍筋与桥墩竖向主筋保持垂直并绑扎牢固；加劲筋与桥墩竖向主筋保持垂直并焊接牢固。竖向主筋之间、箍筋之间、加劲筋之间的端部要交错分布，不得重叠。所有钢筋绑扎完毕，须在箍筋外侧四周均布并固定水泥砂浆垫块，以此保证主筋保护层的厚度符合要求。参照上述钢筋绑扎方法，完成桥台钢筋的绑扎施工。桥墩和桥台在模板组装、混凝土浇筑、养护拆模等3个方面的施工内容，参照承台的模板组装、混凝土浇筑、养护拆模的施工内容。2.6 箱梁施工以桥墩为中心，从桥墩两侧出发，采用移动式挂篮逐段浇筑箱梁混凝土，待箱梁混凝土达到强度后进行钢绞线预应力张拉，然后移动挂篮进行下一节段施工。以此类推，直至主梁合龙、边梁到达桥台。钢绞线可以分段或连续配置，采用大吨位群锚设备进行预应力张拉。根据该桥预应力钢筋混凝土箱梁的施工进度安排，分批做好以下施工准备工作：商品混凝土及其运输和泵送设备、箱梁钢筋、箱梁钢模板、钢绞线、金属波纹管、锚具、夹具、灌浆浆液、张拉和灌浆设备、桥墩顶部两侧的托架、操作平台、移动式挂篮、塔式起重机。托架安装后采用钢绞线张拉法进行预压，挂篮在地面预压，以检验其承载能力。在桥墩两侧的箱梁起始节段安装托架，将移动式挂篮就位，按照图纸在移动式挂篮上铺设箱梁起始节段的底模，按照图纸在底模上布设和绑扎钢筋，加劲筋与主筋采用焊接方法固定，在并在箍筋四周均布水泥砂浆垫块。按照图纸在钢筋笼内布设波纹管，穿入钢绞线，波纹管端头安装喇叭口，将锚垫板固定在图纸设定位置，全面检查各部位安装是否牢固、波纹管有无缝隙或穿孔。之后按照测量人员确定的位置，顺序安装箱梁的侧模和内模。模板安装的其他方面，参照承台模板组装的内容。在进行混凝土浇筑之前，再次检查模板支撑体系是否牢固，操作平台是否稳定，并检查混凝土质量。浇筑后的混凝土箱梁达到抗压强度后，进行钢绞线张拉、锚固、灌浆、封堵、拆除模板。该桥桥面、附属结构等方