桥梁施工学习笔记.pdf
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1、桥梁施工 学习笔记 桥梁施工管理是技术含量和施工经验要求相对较高的工作,其作业过程往往是 24小时连续施工,作业强度比较大;设备、人员比较集中,危险因素多,作业环境复杂,安全保证相对困难;工艺要求既要外观质量,又要结构强度,既涉及地下、水下结构,又涉及高空作业和预应力结构,工人的专业化水平要求高,质量保证任务重;技术方案个性强、要求结构计算能力高,工艺保障措施复杂,测量控制干扰因素多,实施难度大;相对简单的是工作项目较少,工程量核算相对简单,工作范围有限,易于集中管理等 。 桥梁基本结构主要包括基础工程、下部结构 、上部结构和附属设施,但具体到实体工程,结构形式多种多样,且不断有新的工艺、新的
2、设计涌现,工作非常具有挑战性,完成工作会产生一定的成就感。 一、 桥梁的常见形式和基本结构 1.桥梁的常见形式 桥梁的分类习惯多种多样,有按受力原理分的,有按工程主材分的,也有按功能用途分的,其中大型桥梁普遍采用分类方式之一,是有按上部结构的结构形式分的。 常见的桥梁包括常规桥梁、悬索桥、斜拉桥、拱桥等等。常规桥梁中往往含有一种或多种主要结构形式,如按照梁的种类区分,有简支梁、连续箱梁、悬臂箱梁等;悬索桥中按锚固悬索的结构细分,有 钢拱悬索、锚碇主塔悬索等;斜拉桥按拉结方式分,有单边斜拉和对称斜拉之分;拱桥按拱的结构形式分,有预应力钢管混凝土拱桥和钢结构拱桥等等; 2.桥梁的基本结构 桥梁的基
3、本机构包括五部分,即基础部分、下部结构、上部结构、桥面和附属设施。 ( 1) 基础 桥梁的基础一般为桩基,桩基一般为预制群桩或钻孔桩群桩。个别小型桥梁基础也有采用重力式基础或木桩基础的。 ( 2) 下部结构 桥梁的下部结构包括承台 /锚碇 /桥台、墩柱、桥头搭板等; ( 3) 上部结构 桥梁的上部结构包括盖梁、预制梁 /箱梁 /主塔 /主缆 /拉索、桥面板 /现浇空心板梁 等 ( 4) 桥面 桥面结构包括混凝土找平层 /找坡层、桥面防水层、桥面沥青混凝土等; ( 5) 附属设施 附属设施包括除主要结构以外的全部次要结构,如支座(板式、盆式)、伸缩缝(橡胶、钢)、防撞墙、栏杆、排水系统、照明系统
4、、交通标志和交通标线、人行道、路牙石等等。 二、 桥梁的结构验算 桥梁正式施工前,应根据地质勘探报告进行结构验算。 1.结构验算的依据 结构验算的依据包括地质勘探报告、力学模型(含主要通用工程材料的力学性能指标)、预应力体系实验数据等。 ( 1) 地质勘探报告 地勘报告应在设计开始前形成,作为设计的基础 依据,但往往考察点位不足。施工方进场后,应检查已有地质勘查报告是否满足结构验算的要求,原则上每一个独立基础所在位置都应有独立的地质勘探信息。对于地质信息缺失的独立基础,施工方应申请增加地质勘探点位,补充地质信息数据,满足结构验算的要求; ( 2) 力学模型 力学模型应以设计方提供荷载参数和结构
5、形式,以及工程主材性能指标为准进行建立; ( 3) 预应力张拉 含有预应力张拉结构的桥梁,由于预应力生产厂家提供材料品质的差异性较大,需要对拟采用预应力体系进行实验验证,以报样材料实验数据为准,加入力学模型数据库; 2.结构验 算的计算项目 ( 1) 桩基验算 包括承载力、抗拔、抗剪、抗弯验算,通过计算确定桩径、桩长和配筋;其中桩长和配筋为最常见的调整项目; ( 2) 结构受力验算 包括下部结构和上部结构的安全性验算,如结论为安全,则按照设计施工;如结论不安全,则需要设计方修改设计; ( 3) 预应力张拉对应关系计算 通过报样预应力体系实验,计算预应力钢绞线张拉力与伸长量的比例关系,进而换算成
6、张拉油泵压力表读数与伸长量的对应关系;便于现场控制张拉; ( 4) 悬臂梁结构的预抬量计算 通过计算得出悬臂梁施工过程中每一个工况下的末端节段的标高,用于悬 臂施工过程中控制预抬量,确保最后完成标高误差符合设计要求。 三、 桥梁施工的测量控制网 桥梁的测量控制网由国家级水准点(永久性的 GPS点)、一级控制点和二级控制点控制点组成,通常仅在不可通视的位置补充临时测量控制点。 GPS点一般给定绝对标高和绝对坐标,一级和二级控制点仅给定相对标高和相对坐标; 桥梁测量控制网投入使用前、使用过程中均应按要求进行测量控制网复测,复测允许误差为 0.98, a=0.05,含砂率 10%, PH值在 68之
7、间。泥浆在桩孔内应保持高出地下水位 0.51m,即保持水头,主要目的是利用泥浆与地下水之间由于容重不同和高度不同产生的压力差,去抵消容重大于泥浆的蠕变土体产生的对桩孔侧壁的向内水平压力差;使用反循环钻机时桩孔内泥浆一直是流动的,通过泥浆的粘度和流动,带动钻下的物料流进沉淀池;使用旋挖钻机时,桩孔内泥浆基本为旋转运动形成护壁,很少垂直流动,由于钻斗出料时会带走部分泥浆造成泥浆不足,因此钻孔过程中应注意补充新鲜泥浆进入桩孔; 2) 控制钻孔深度。 一般超钻量应控制在 20cm左右,太深太浅都不好;太深容易造成桩 头混凝土达不到设计标高,或混凝土杂质过多质量不好,钢筋笼有可能下沉导致搭接长度不够,容
8、易造成被迫补桩头的情况;太浅则清孔时不容易达到孔深要求,增加清孔难度和清孔时间,长时间清孔会造成泥浆成分变化,容易造成缩径或塌孔 。 3) 控制好孔径和护桶垂直度。 钻孔直径有护桶情况下一般为护桶直径 D+510cm,无护桶情况下一般为 D+10cm;桩径过大造成混凝土浪费增加,过小则保护层厚度不容易保证,超声波测试时容易发现质量缺陷; 钻孔有护桶时,护桶垂直度应进行控制全护桶长度由于垂直度误差导致的上下口位置误差原则上不得超过 保护层裕度的 1/2;护桶垂直度误差过大会导致卡钻头、下钢筋笼困难等问题,反复提拉钻头或钢筋笼均会造成孔壁坍塌,当严重塌孔钻头或钢筋笼被埋时,会造成弃孔;即使勉强成孔
9、,将钢筋笼放下去了,也会由于保护层厚度不均匀,超声波检测时容易发现质量缺陷; 4) 浇筑混凝土时控制好埋管深度。 水下浇筑混凝土时,最小埋管深度为 2 米,最大埋管深度由混凝土时间和供应速度决定,但不宜超过 8 米;浇筑混凝土过程中,应注意保持稳定的浇筑节奏,前后台保持出料和下料的基本平衡,由于混凝土浇入桩孔后,由于势能转变为热能、水化热累积等,桩孔内混凝 土温度会急剧上升至 7080 度,初凝时间会比常温状态下的初凝时间提前到来,因此混凝土导管必须在混凝土常温下发生初凝时间点至少半小时以前拔出,否则有导管堵塞、导管拔断甚至无法拔出的风险。一旦导管无法拔出或拔断,直接造成废桩; 5) 控制好混
10、凝土坍落度和和易性。 混凝土坍落度宜控制在 1622cm;下导管时,导管下口应下至距离孔底 20cm 左右位置,第一罐混凝土浇筑时应采用带活门或橡胶球的大料斗,料斗内存放的混凝土应保证埋管深度超过 2米,以保证足够的冲力排出孔底沉渣,并使后续新鲜混凝土始终包在纯净混凝土中反冲上翻,持续将沉渣及最初的部分混凝土与沉渣的混合物推到桩孔内流体的最上方; 控制混凝土和易性主要是防止浇筑过程混凝土下落高度大,极易发生离析造成堵管,特别是第一、二车混凝土浇筑时。一旦发生堵管,只能立即停止浇筑重新清孔,否则强行浇筑,最终因超声波测试显示桩底混凝土质量不合格而废桩或被迫补桩; 6) 跟踪检测混凝土浇筑过程中桩
11、孔内混凝土标高变化。 浇筑过程中应随时跟踪监测混凝土浇筑累积方量和每一车混凝土浇入桩孔后混凝土标高的变化情况,当混凝土标高变化出现不正常变化时,应准确记录便于以后分析桩的质量问题产生原因; 7) 超 声波测试管可选用钢管或 PVC 管。 PVC 管受热容易变型,导致超声波实验无法进行,选材时应注意选择耐高温的加强的 PVC 管材,目前已经很少采用。采用钢管时,既要保证可焊性,又要避免材料浪费,一般采用 22.5毫米厚度的测试管,其中超声波测试管一般为 D60mm,钻芯取样测试管一般为 D110mm,焊接焊条一般为 D2.0mm,焊接时既要防止漏焊,又要防止焊穿,漏焊或焊穿均可能导致水泥浆漏入超
12、声波测试管导致堵管。 ( 2) 当基础地质条件较好,自然水位低于桩底标高或土体为不透水干硬性粘土,桩孔深不超过 20 米时,也可以采用人工 挖孔成孔工艺。人工挖孔虽然单根成桩速度慢,但可以同时展开很多工作面,在条件允许的情况下不失为一种降低施工成本的选择,人工挖孔桩的最主要优势就在于同时展开大量工作面、混凝土损耗率可以精确控制、桩底基本无沉渣,不会出现塌孔、缩径等质量通病,超声波测试结果正常情况下可保证 100%的通过率。 2.预制桩 常见的预制桩包括预制方桩和预应力管桩,由于预制方桩性价比较预应力管桩低,因此采用比例越来越小。预制桩的打入分为利用柴油锤锤击和静压桩机静压,柴油锤适用于水上或场
13、地狭小部位,优点是成桩承载力较高,适应场地能力强,缺点 是震动大,桩头需要特殊加固措施,成桩效率低,垂直度较难控制;静压桩机适合大面积陆地施工,优点是成桩速度快,无震动,垂直度较好控制,缺点是场地适应能力较差,成桩承载力较低;二者相对于钻孔桩共同的缺点是有较明显的挤土效应,特别是群桩施工时,可能由于土体的侧向位移对周边建筑物造成严重影响; 预制桩施工控制的要点包括:立桩时垂直度应控制在桩长的千分之一以内;合格的控制标准为标高和贯入度 /压桩力双控,其中标高为决定性指标,贯入度 /压桩力为参考性指标;群桩施工时,排桩走向应为自中间向两边或四周对称施打,当一侧有建筑物时 ,从建筑物一侧向另一侧施打
14、,先深后浅,先大后小,先长后短;相邻桩之间接头标高错开 1m以上,预制时应根据总桩长和错桩要求进行配型,预防浪费; 预制桩施工前,为避免震动或挤土效应对周边建筑物造成影响,应在条件允许时开挖减震沟,静压桩可以预钻 1/3 深度的略小于预应力管桩直径的孔,减少挤土效应;施工前应对周边施工影响区(大约 50米)内建筑物状态在地方政府人员见证下,拍照取证,便于施工过程中或施工完成后对影响程度进行比对,以降低被索赔的风险和索赔的额度; 六、 下部结构施工 下部结构施工包括承台施工和墩柱施工两部分; 1.承台施工 ( 1) 开挖方式:承台开挖方式由承台所在位置、周边环境、地下水位、土质特性综合决定。 1
15、) 大放坡开挖适用于干硬性粘土土质、地下水位较低、场地开阔、开挖设备容易展开的情况,一般按照 1:0.51:1放坡; 2) 阶梯放坡开挖适用于软质粘土、地下水位较高、场地开阔、土体扰动后可能发生坍塌、地下水渗透可能导致塌方的情况,一般按照 1:11:2 放坡,每一阶梯的坡脚一般用单排或双排木桩加固,木桩长度与阶梯高度的比值在 1:21:2.5 之间;基坑底部靠外边缘应设挡土板,四角或对角设集水坑,对渗漏的少量水进行强 排。 3) 钢板桩围堰一般用于软土基坑开挖、水下开挖、或附近有高大建筑物时的基坑开挖。 围堰内部一般根据围堰计算书设置多道水平支撑,基坑面积较大时,为保证水平支撑的稳定,一般在水
16、平支撑的交叉节点设纵向立柱,立柱上安装牛腿,水平支撑架在牛腿上,抵消水平支撑自重造成的形变。目前比较先进的水平支撑系统为装配式可张紧水平支撑体系,同层水平支撑纵向杆件一个平面,横向杆件在另一个平面,纵横向支撑用卡具固定,纵向、横向支撑均安一定模数配套加工,可组合出长度变化梯度最小 50cm的各种不同长度,相邻节段间采用螺栓连接,中间位置 布置有液压千斤顶,行程一般为 50cm;水平支撑初步安装到位后,先将四周围檩与围堰钢板桩间距调小至 20cm以下,然后张紧利用千斤顶张紧支撑靠紧钢板桩表面,利用自锁机构锁定支撑后再放松千斤顶,使千斤顶不再受力。围堰钢板桩与围檩间的间隙用对楔形木块楔入保证钢板桩
17、表面均匀受力。全部水平纵横向支撑张紧并锁定后,再用卡具将纵横向水平支撑固定。拆除时操作则反之。 当围堰周围土体高出最高水位且透水性较差时,围堰钢板桩可采用冷轧钢板桩,否则应采用热轧钢板桩(有止水刃口)。 围堰内土体开挖通常方式需要通过管涌计算确定。当无管涌 危险时,可采用干挖作业,表层土可直接使用挖掘机挖掘,挖至下一道支撑以下 50cm左右时,应暂停挖掘在预定标高安装支撑,依次向下挖掘直至设计承台底标高以下 1020cm,平整后做垫层进而进行承台施工。深层土可采用抓斗等;当有管涌风险时,需要计算封底混凝土厚度,一般采取水下开挖方式,挖掘设备可以采用抓斗或吸泥机,挖到设计承台下封底混凝土底标高以
18、下 2030cm,再水下浇筑封底混凝土,封底混凝土达到强度要求后,再逐步排水做支撑并对局部漏水点止水,最终达到干作业条件后,利用垫层找平,然后进行承台施工。 围堰周围土体高 度不同时,或围堰未封闭、围堰形状不对称,均可能会存在侧向水平力,如不采取措施,在水平力作用下,围堰会逐渐发生变型倾斜,严重的会造成围堰崩溃、土体垮塌等,并进而影响周边建筑物、构筑物的安全。通常保证安全的措施包括: 卸载,即将载荷较大的一边挖走高出的土体保证各方向基本受力均衡; 拉锚,即在受力较大的围堰一边,安装较强的内围檩,利用拉结材料将整排钢板桩拉结到足够重不可能发生水平位移的构筑物上,也可专门设置锚固点,但锚固物必须处
19、于围堰周边土体滑移面以外; 支撑,即在受力较小一侧安装外围檩,安装斜撑或水平撑撑住,在 通过围堰内水平支撑将力传递到水平力较大的一边内围檩上,抵抗水平力。 重要结构通常会同时采用多种消除或抵抗水平力的措施。 4) 钢箱围堰 当水中承台处于自然地表较低,水深较深的位置时,如果钢板桩围堰方案无法通过安全性计算,则可采用钢箱围堰。钢箱围堰的特点是钻孔桩需要浇筑至水面以上至少 12 米,围堰以钻孔桩为纵向承重支点和水平定位锚点,水面拼装,逐步下放至预定标高,在封闭桩身与钢箱围堰地板预开孔间的间隙,最后排水达到干作业条件。 采用钢箱围堰时,承台一般底标高高于河床,因此不存在开挖问题,钢箱一般为双层钢板内
20、衬桁 架,刚度较钢板桩围堰高,不易变型;缺点是所承受侧向力会传递至钻孔桩桩身,因此对桩的抗弯、抗拔要求较高,一般桩上部均需进行特殊处理。 钢箱围堰费用较高,且基本为一次性使用,性价比较低,一般钢板桩围堰能够解决的,很少会采取钢箱围堰的做法; 5) 沉井 沉井结构一般常见于斜拉桥、悬索桥等存在主塔结构的锚固点的下部,沉井主要为固定锚碇,同时通过沉井腔体内外压力差,抵抗部分锚碇体的重力荷载,避免锚碇的自身重力沉降。 沉井一般为现浇混凝土网格状的空腔结构,下部设置有刃口,沿混凝土隔墙一定间距设置射水管,一般射水管布置间距 2040cm,射水头孔径 1.53mm,布管间距和射水头孔径选择需要与供水设备
21、能力、沉井隔墙断面进行匹配。供水设备含高压射水泵、空气压缩机两部分,水管与气管在接入射水管之前合流,形成高速扰动射流。射水流切削沉井隔墙下方土体并形成泥浆,沿隔墙侧表面流出,既达到隔墙下土体开挖的目的,又达到表面润滑的目的,减小沉静下沉的阻力; 沉井下沉过程中,最主要的是控制沉井的垂直度和下沉速度,一旦沉井井体倾斜,摩擦面积增大,下沉将变得困难,会造成沉井下沉过慢甚至无法下沉的情况。控制的主要手段时射水系统应设置分区,既可以同时 射水,也可局部分区射水,同时需要准备一定数量的配重块,对沉降较慢的部位进行局部加压加快沉降。同时下沉速度也不能过快,太快容易造成垂直度控制困难,一般沉井下沉速度应控制
22、在 46cm/小时。 隔墙形成的腔室的土体开挖,一般采用高压吸泥机开挖的工艺,即大排量水泵配合空压机产生的高压空气,形成高速扰动射流,切削腔室底部土体,通过回流斗形成局部负压,高速水流带动土体从大直径排水管流出,达到开挖材料的目的。实际开挖过程中,墙体内部土体的开挖深度会超过隔墙下口 12m,超挖量取决于沉井下沉速度,下沉变慢时,需适当提高超挖 量,但为防止超挖造成沉井突然下沉,对于超挖深度需要进行监测,一般隔墙内墙的超挖最大深度不宜超过 2.5m; 沉井下沉到位,应进行孔底封闭,封闭的混凝土厚度需要通过计算决定,原则上应能够抵抗腔体内外压力差。孔底封住后内部注满淡水,在进行顶部锚碇的施工。
23、( 2) 围堰内部止水方式 开挖深度低于地下水位和自然地表水水位的围堰,均需要考虑围堰止水和排水的问题。 1) 当围堰周边和底部土体透水性较差,底部土体经计算没有击穿管涌风险,围堰本身止水效果较好,基本无渗水时,主要考虑雨水和施工养护水的排除,一般在围堰的对角或四角设 集水坑,使用自动控制水泵排水即可,工作面一般会浇筑 1020cm 厚的垫层混凝土,提供平整的干作业工作面; 2) 当围堰周边土体透水性强,围堰底部土体较软或透水性较强,有击穿管涌风险,围堰本身渗漏点多,渗水量较大时,需要考虑水下浇筑封底混凝土。封底混凝土厚度通过抗管涌计算决定。封底混凝土即可采用全现浇混凝土,也可在封底混凝土较厚
24、时(如超过 1米以上时),采用毛石混凝土,即在封底混凝土浇筑前先均匀抛部分毛石压住软土,再在混凝土浇筑过程中抛毛石减少混凝土浇筑量以降低成本。封底混凝土浇筑过程中,其顶面标高应低于承台底标 高3040cm,防止浇筑过程中土体由于密度差异造成局部先沉陷后隆起,最终完成面过高不得不剔打超高的混凝土;封底混凝土达到强度后,在排水做垫层混凝土找平,形成平整的干作业工作面。为防止少量渗水或雨水存留影响工作面,围堰四角或对角应设置集水坑,用自动控制水泵进行排水。为保证水流顺利排进集水坑,垫层混凝土与封底混凝土之间,可铺一层碎石层(为降低成本可用破桩头下来的碎混凝土块代替)形成水流通道。 在封底混凝土完成后
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