3.3.3 桥梁上部结构施工
3.3.3.1 梁(板)桥施工
1.混凝土梁(板)桥施工
(1)混凝土梁(板)桥支架浇筑施工。
混凝土梁(板)桥支架浇筑施工是指在桥孔位置搭设支架,在支架上安装模板,绑扎及安装钢筋骨架,预留孔道,并在现场浇筑混凝土与施加预应力的施工方法。
①模板、支架制作与安装。
支架浇筑混凝土施工,首先应在桥孔位置搭设支架,以承受模板、浇筑的钢筋混凝土以及其他施工荷载。支架的地基承载力应符合要求,必要时,应采取加强处理或其他措施。
模板、支架制作与安装时,其构件的连接应尽量紧密,以减小支架变形,使沉降量符合预计数值。为保证支架稳定,应防止支架与脚手架和便桥等接触。为防止发生跑浆现象,模板的接缝必须密合,如有缝隙,应及时采取处理措施,将其塞堵严密。对于建筑物外露面的模板应刨光并涂以石灰乳浆、肥皂水或润滑油等润滑剂。安装支架时,应根据梁体和支架的弹性、非弹性变形,设置预拱度,支架底部还应设良好的排水措施,不得被水浸泡。
②混凝土浇筑。
支架上浇筑混凝土时,无论采用哪种方法都应尽量减小模板和支架产生的平移、扭转、下沉等变形。支架上浇筑混凝土多采用水平分层浇筑、斜层浇筑和单元浇筑。
a.水平分层浇筑。采用水平分层浇筑法施工时,分层的厚度应根据振捣器的能力而定,一般为0.15~0.3m。
b.斜层浇筑。斜层法浇筑混凝土应从主梁两端对称向跨中进行,并在跨中合龙。T形梁和箱梁采用浇筑的顺序。
当采用梁式支架、支点不设在跨中时,应在支架下沉量大的位置先浇筑混凝土,使应该发生的支架变形及早完成。采用斜层浇筑时,混凝土的倾斜角与混凝土的流动性有关,一般为20°~25°。
c.单元浇筑。每个单元的纵横梁可沿其长度方向采用水平分层浇筑斜层浇筑,在纵梁间的横梁上设置工作缝,并在纵横梁浇筑完成后填缝连接。对于桥面板的浇筑可沿桥全宽一次完成,不设工作缝。对于桥面板的浇筑应在纵横梁间设置水平工作缝。
(2)混凝土梁(板)桥悬臂浇筑施工。
悬臂浇筑施工适用于混凝土箱形连续梁桥、T形刚构桥、变截面箱形梁桥等。其施工工艺如下。
①主墩及0号块施工。采用悬臂浇筑法施工的工艺流程基本相似,只有T形刚构的0号块件无须做临时固结处理。
对于箱形连续梁桥及变截面箱形梁桥等结构形式的桥梁,由于主墩与0号块之间有各种支座,当用悬拼方施工时,主墩与0号块之间必须先有牢固的连接,竣工后将此时的连接设施拆除。
②挂篮设计。进行挂篮结构设计时,挂篮质量与梁段混凝土的质量比值宜控制在0.3~0.5,特殊情况下不得超过0.7。允许最大变形(包括吊带变形的总和)为20mm。施工、行走时的抗倾覆安全系数不得小于2。自锚固系统的安全系数不得小于2.斜拉水平限位系统和上水平限位安全系数不得小于2。
③1号块件施工。0号箱梁段施工完成后,两端1号箱梁段位置同时开始组装挂篮。
首先吊装车导梁并锚固,随即安装前后横梁、斜拉梁及联结系统。
并通过前后横梁利用吊链起吊前后底横梁,并悬挂固定于前后上横梁上。用吊车和吊链配合安装底纵梁及模板。
然后吊装外侧模板,安装固定剪力销、内外侧拉斜带,并对称张拉四根斜拉带使之受力均匀,偏差不得大于设计要求。
最后进行混凝土浇筑,两侧1号箱梁段同时浇筑,并进行养护。
混凝土达到一定强度后,对预应力钢丝束进行张拉,并灌浆。
④2号块件施工。
a.拆除斜拉带。
b.拆除底后横梁在0号箱梁底板上的后锚固点及剪力销。
c.拆除内侧模板,放松外模板。
d.主墩两端分别同时用千斤顶顶推挂篮整体前移至2号箱梁段位置就位。
e.挂篮前移就位后,立外模板。
f.拉紧前后吊带,固定底后横梁并安装剪力销。
g.安装斜拉带,并按计算好的施工高程对称调高拉紧。
h.绑钢筋、支内模板,浇筑混凝土。
i.张拉预应力钢筋束、灌浆其他箱梁块件施工按上述循环往复直至跨中。
⑤端跨施工。在浇筑端跨梁段前,应考虑到端跨在受到预应力张拉时,箱梁身会向主墩侧发生微量移动,为了保证该段箱梁梁身能均匀地受到预压力,箱梁底板与下面主支架接触部加一层摩擦力系数小的滑动设施或释放支架的纵向约束,以使该段箱梁能自由滑移。
⑥连续梁(T构)合龙与体系转换。连续梁(T构)合龙前应按设计规定,将两悬臂端合龙口予以临时连接,并将合龙跨一侧墩的临时锚固放松或改成活动支座。观测气温变化梁端高程及悬臂端间的关系,应在一天中气温最低时进行合龙。首先在两端悬臂预加压重,并于浇筑混凝土过程中逐步撤除,以使悬臂端挠度保持稳定,然后将合龙段的混凝土强度提高一级,以尽早施加预应力。
连续梁的梁跨体系转换,应在合龙段及全部纵向连续预应力筋张拉、压浆完成,并解除各墩临时固结后进行。梁跨体系转换时,支座反力的调整应以高程控制为主,反力作为校核。
(3)混凝土梁(板)的装配式梁(板)施工。
装配式梁(板)的施工可分为构件预制、构件运输、构件安装和构件横向联结四个施工过程。
①构件预制。混凝土梁(板)的预制场地应选择在距离安装和使用地点近、运输方便并满足“三通一平”要求的地方。场地选定后,可根据预制构件的加工数量、工期及占地时间等确定场地的范围大小,并根据地基及气候条件,采取必要的排水措施,防止场地被雨水浸泡和发生不均匀沉陷。一般情况下场地要铺二步灰土,且碾压密实,并高出附近地坪。对于长期进行构件预制的场地,可浇筑混凝土或砖砌后抹面。
②构件运输。
a.构件场内运输。混凝土预制构件从工地预制场到桥头或桥孔下的运输称为场内运输。短距离的场内运输可采用龙门架配合轨道平板车来实现,首先由龙门架(或木扒杆)起吊移运构件出坑,将其横移至预制构件运输便道,卸落到轨道平车上,然后用绞车牵引至桥头或桥孔下。
b.构件场外运输。混凝土预制构件从桥梁预制厂到桥孔或桥头的运输称为场外运输。一般中小跨径的预制板、梁或小构件可用汽车运输。50kN以内的小构件可用汽车吊装卸;大于50kN的构件可用轮胎吊、履带吊、龙门架或扒杆装卸。要运较长的构件时,搁放预制构件前,可先在汽车上先垫以型钢或方木,构件的支点应放在近两端处,以避免道路不平、车辆颠簸引起构件开裂。要运特别长的构件应采用大型平板拖车或特制的运梁车运输。
③构件安装。预制梁(板)的安装是预制装配式混凝土梁桥施工中的关键性工序,应结合施工现场条件、工程规模、桥梁跨径、工期条件、架设安装的机械设备条件等具体情况,从安全可靠、经济简单和加快施工速度等为原则,合理选择架梁的方法。常见架梁方法有陆地架梁法、浮运架梁法和高空架梁法三种。
④构件横向联结。预制装配式混凝土梁桥待各预制梁在墩台安装就位后,必须进行横向联结施工,把各片主梁连成整体梁桥,才能作为整体桥梁共同承担二期恒载和活载。预制装配式混凝土梁桥的横向联结可分成横隔梁的联结和翼缘板的联结两种情况。
a.横隔梁的横向联结。通常在设有横隔梁的混凝土梁桥中,均通过横隔梁的接头把所有主梁联结成整体。联结接头要有足够的强度,以保证结构的整体性,并在桥梁营运过程中不致因荷载反复作用和冲击作用而发生松动。
b.翼缘板的横向联结。为改善翼缘板的受力状态,翼缘板之间应进行横向联结。翼缘板之间通常做成企口铰接式的联结,由主梁翼缘板内伸出连接钢筋,横向联结施工时,将此钢筋交叉弯制,并在接缝处再安放局部的6号钢筋网,然后将它们浇筑在桥面混凝土铺装层内;也可将主梁翼缘板内的顶层钢筋伸出,施工时将它弯转并套在一根纵向通长的钢筋上,形成纵向铰,然后浇筑在桥面铺装混凝土中。接缝处的桥面铺装层内应安放单层钢筋网,计算时不考虑铺装层受力。这种联结构造由于连接钢筋较多,对施工增加了一些困难。
(4)混凝土梁(板)桥悬臂拼装施工。
悬臂拼装法(简称悬拼)是悬臂施工法的一种,它是利用移动式悬拼吊机将预制梁段起吊至桥位,然后采用环氧树脂胶和预应力钢丝束连接成整体。其适用于预制场地及运吊条件好的梁桥工程。
①悬拼方法。悬拼根据起重吊装方式不同,可分为浮吊拼装法、悬臂吊机拼装法、连续桁架拼装法、缆索起重机拼装法及移动式导梁拼装法等。
②拼装接缝处理。悬臂拼装时,预制构件接缝处理分为湿接缝和胶接缝两大类。不同的施工阶段和不同的施工部位,交叉采用不同的接缝形式。
湿接缝采用高强细石混凝土或高强度等级水泥砂浆,施工工期较长,但有利于调整预制构件的位置和增强接头的整体性,通常用于拼装与0号块件连接的第一对预制块件。
胶接缝采用环氧树脂为接缝材料,有利于消除水分对接头的有害影响。胶接缝包括平面型、多齿型、单级型和单齿型等形式。齿型的胶接缝用于块件间摩阻力和黏结力不足以抵抗梁体剪力的情况,单级型的胶接缝有利于施工拼装。
③预应力张拉。连续梁(T构)的合龙及体系转换除应符合相关规范规定,在体系转换前,应按设计要求张拉部分梁段底部的预应力束,并在悬臂端设置向下的预留度。
连续梁(T构)桥纵向预应力钢筋的布置较多集中于顶板部位,且钢束布置对称于桥墩,因此,在拼装每一对对称于桥墩节段用的预应力钢丝束时,按锚固这一对节段所需长度下料。
(5)混凝土梁(板)顶推法施工。
预应力混凝土连续梁桥顶推法施工是沿桥纵轴方向的台后开辟预制场地,分节段预制混凝土梁身,并用纵向预应力筋连成整体,然后通过水平液压千斤顶施力,借助不锈钢与聚四氟乙烯模压板特制的滑动装置,将梁逐段向对岸顶进,就位后落架,更换正式支座完成桥梁施工。本书主要介绍有关梁段顶推的要求。
①检查顶推千斤顶的安装位置,校核梁段的轴线及高程,检测桥墩(包括临时墩)、临时支墩上的滑座轴线及高程,确认符合要求,方可顶推。
②顶推千斤顶用油泵必须配套同步控制系统,两侧顶推时,必须左右同步,多点顶推时各墩千斤顶纵横向均应同步运行。
③顶推前进时,应及时由后面插入补充滑块,插入滑块应排列紧凑,滑块间最大间隙不得超过10~20cm。滑块的滑面(聚四氯乙烯板)上应涂硅酮脂。
④顶推过程中导梁接近前面桥墩时,应及时顶升牛腿引梁,将导梁引上墩顶滑块,方可正常顶进。
⑤顶推过程中应随时检测桥梁轴线和高程,做好导向、纠偏等工作。梁段中线偏移大于20mm时应采用千斤顶纠偏复位。滑块受力不均匀、变形过大或滑块插入困难时,应停止顶推,用竖向千斤顶将梁托起校正。竖向千斤顶顶升高度不得大于10mm。
⑥顶推过程中应随时检测桥墩墩顶变位,其纵横向位移均不得超过设计要求。
⑦顶推过程中如出现拉杆变形、拉锚松动、主梁预应力锚具松动、导梁变形等异常情况应立即停止顶推,妥善处理后方可继续顶推。
⑧平曲线弯梁顶推时应在曲线外设置法线方向上将千斤顶锚固于桥墩上,纵向顶推的同时应启动横向千斤顶,使梁段沿圆弧曲线前进。
⑨竖曲线上顶推时各点顶推力应计入升降坡形成的梁段自重水平分力,如在降坡段顶进纵坡大于3%时,宜采用摩擦系数较大的滑块。
⑩当桥梁顶推完毕,拆除滑动装置时,顶梁或落梁应均匀对称,升降高差各墩台间不得大于10mm,同一墩台两侧不得大于1mm。
2.钢梁(板)桥施工
(1)钢梁制造。
钢梁应由具有相应资质的企业制造,钢梁制造企业应向安装企业提供产品合格证、钢材和其他材料质量证明书和检验报告、施工图和拼装简图、工厂高强度螺栓摩擦面抗滑系数试验报告、焊缝无损检验报告和焊缝重大修补记录、产品试板的试验报告、工厂拼装记录、杆件发运和包装清单等。
钢梁加工制造主要包括施工准备、作样、号料、切割、零件矫正和弯曲、制孔、组装、焊接及结构试拼装等工艺过程。
(2)钢梁安装。
钢梁制造后,应运输到工地进行安装。
Ⅰ.钢梁连接。钢梁安装时分铆接、高强度螺栓连接和工地焊接三大类。目前,铆接已逐渐淘汰,所以本书只对高强度螺栓连接和工地焊接进行阐述。
①高强度螺栓连接。高强度螺栓连接施工应符合下列要求。
a.安装前应复验出厂所附摩擦面试件的抗滑移系数,合格后方可进行安装
b.高强度螺栓连接副使用前应进行外观检查并应在同批内配套使用。
c.使用前,高强度螺栓连接副应按出厂批号复验扭矩系数,其平均值和标准偏差应符合设计要求。设计无要求时扭矩系数平均值应为0.11~0.15,其标准偏差应小于或等于0.01。
d.高强度螺栓应顺畅穿入孔内,不得强行穿入,穿入方向全桥一致。被拴合的板束表面应垂直于螺栓轴线,否则应在螺栓垫圈下面加斜坡垫板。
e.施拧高强度螺栓时,不得采用冲击拧紧、间断拧紧方法。拧紧后的节点板与钢梁间不得有间隙。
f.当采用扭矩法施拧高强度螺栓时,初拧、复拧和终拧应在同一工作班内完成。初拧扭矩应由试验确定,可取终拧值的50%。
g.当采用扭角法施拧高强螺栓时,可按《钢结构高强度螺栓连接技术规程》(JGJ82—2011)的相关规定执行。
h.施拧高强度螺栓连接副采用的扭矩扳手应定期进行标定,作业前应进行校正,其扭矩误差不得大于扭矩值的±5%。
高强度螺栓终拧完毕必须当班检查。每栓群应抽查总数的5%,且不得少于2套。抽查合格率不得小于80%,否则应继续抽查,直至合格率达到80%以上。对螺栓拧紧度不足者应补拧,对超拧者应更换、重新施拧并检查。
②工地焊接。钢桥构件在工厂焊接后运到工地,再全部用焊接组装成钢桥,称为工地焊接。进行工地焊接时应准备充足的机具设备,包括电焊机、角向磨光机、空压机、气焊工具、气刨工具、恒温干燥箱、手提干燥箱、液压千斤顶等。工地焊接施工应符合下列要求:
a.首次焊接之前必须进行焊接工艺评定试验。
b.焊工和无损检测员必须经考试合格取得资格证书后,方可从事资格证书中认定范围内的工作,焊工停焊时间超过6个月,应重新考核。
c.焊接环境温度,低合金钢不得低于5℃,普通碳素结构钢不得低于0℃。焊接环境湿度不宜高于80%。
d.焊接前应进行焊缝除锈,并应在除锈后24h内进行焊接。
e.焊接前,对厚度25mm以上的低合金钢预热温度宜为80~120℃,预热范围宜为焊缝两侧50~80mm。
f.多层焊接宜连续施焊,并应控制层间温度。每一层焊缝焊完后应及时清除药皮、熔渣、溢流和其他缺陷后,再焊下一层。
g.钢梁杆件现场焊缝连接应按设计要求的顺序进行。设计无要求时,纵向应从跨中向两端进行,横向应从中线向两侧对称进行。
h.现场焊接应设防风设施,遮盖全部焊接处。雨天不得焊接,箱形梁内进行二氧化碳气体保护焊时,必须使用通风防护设施。
Ⅱ.钢梁架设。钢梁架设的方法主要包括悬臂拼装法、支架法、拖拉法、整孔架设法、横移法和浮运法等。
①悬臂拼装法。钢梁在悬臂安装过程中,应注意降低钢梁的安装应力、控制伸臂端挠度、减少悬臂孔的施工荷载及保证钢梁拼装时的稳定性。钢梁悬臂拼装的施工顺序如下。
a.杆件预拼。为了减少钢梁拼装的桥上的高空作业和吊装次数,应对桥梁单根杆件预先拼装成吊装单元,把能在桥下进行的工作,尽量在桥下预拼场内进行,以期加快施工进度。
b.杆件拼装。经过预拼合格的杆件,可由提升站吊机把杆件提运至在钢梁上弦平面运行的平板车上,由牵引车运至拼梁吊机下拼装就位。钢梁拼装必须按一定的拼装顺序图进行。在拟定拼装顺序时应考虑拼梁吊杆机的性能和先装的杆件是否妨碍后装杆件的安装与吊机的运行等因素。
拼装时,应尽速将主桁杆件拼成闭合三角形,形成稳定的几何体系,并尽快安装纵横联结系,保证钢梁结构的空间稳定。主桁杆件拼装应左右两侧对称进行,防止偏载的不利影响。
c.高强度焊栓施工。高强度焊栓施工时,常用控制螺栓的预拉力方法是扭角法和扭矩系数法。安装高强螺栓时应设法保证各螺栓中的预拉力达到其规定值,避免超拉或欠拉。
d.临时支承布置。钢梁悬臂拼装时,临时支承的类型包括临时活动支座、临时固定支座、永久活动支座、永久固定支座、保险支座、接引支座等,这些支座随拼装阶段变化与作业程序的变化将相互更换交替使用。
e.钢梁纵移。钢梁悬臂拼装过程中,由于梁的自重或温度变化等因素引起的变形,会导致钢梁纵向长度的几何尺寸产生偏差,使钢梁各支点不能按设计位置落在各桥墩上,使桥墩偏载。为了调整这一误差至允许范围内,钢梁需要纵移。
f.钢梁横移。钢梁悬臂拼装过程中,由于受日光偏照和偏载的影响,加之杆件本身制造的误差,使钢梁中线的位置产生偏差,导致钢梁不能准确地落在设计位置上,造成桥墩偏载。因此,需进行钢梁横移。钢梁横移必须在拼装过程中逐孔进行,横移施工可用专用的横移设备,也可根据情况采取临时措施。
用悬臂和半悬臂法安装钢梁时,连接处所需冲钉数量应按所承受荷载计算确定,且不得少于孔眼总数的1/2,其余孔眼布置精制螺栓。冲钉和精制螺栓应均匀安放。
②支架法。在满布支架上安装钢梁时,因钢梁自重支承压在支架上,故冲钉和粗制螺栓总数不得少于孔眼总数的1/3,其中冲钉不得多于2/3。孔眼较少的部位,冲钉和粗制螺栓不得少于6个。粗制螺栓只起夹紧板束的作用。
③拖拉法。拖拉法架设钢梁时,包括全悬臂的纵向拖拉和半悬臂的纵向拖拉。当水流较深且水位稳定,又有浮运设备而搭设不便时,可考虑采用半悬臂纵向拖拉;当永久性墩(台)之间不设置任何临时中间支承的情况下应考虑采用全悬臂拖拉。当梁拖到设计位置后,应及时拆除临时连接杆件及导梁、牵引设备等。拆除时应先将梁的前端适当顶高或落低,使连接杆件处于不受力状态,然后拆除连接栓钉。临时连接杆件和导梁等拆除后,可以落梁。落梁时钢梁每端至少用两台千斤顶,以便交替拆除两侧枕木垛。
④整孔架设法。小跨度的钢板梁桥宜采用整孔架设,常采用架桥机架梁法和钓鱼架梁法。用架桥机架梁有既快又省的优点。目前,常用的架桥机有胜利型架桥机、红旗型窄式架桥机。钓鱼架梁法是通过立在前方墩台上有效高度不小于梁长1/3的扒杆,用固定于扒杆顶的滑轮组牵引的梁的前端(悬空)到前方墩台上。
⑤横移法。横移法施工适用于只有换桥跨结构的旧桥改建工程。施工时,在移梁脚手架上设滚轴滑道,滚轴滑道上放置用方木制成的大平车。大平车一端用沙袋支垫新梁,其高度使新梁稍高于支承垫石。另一端搭枕木垛,枕木垛位置应正在旧梁下面。枕木垛设置千斤顶,以备换梁的时候顶起旧梁。新梁的桥面事先完全做好,另外,在滑道上做移梁到位的标记,并在大平车上安放指针,当指针正对准滑道上的标记时,表示新梁已正确就位。当一切准备妥当后,可封锁交通,顶起旧梁,用绞车牵引大平车到位,然后割破沙袋,新梁即落到支座上,就可开放通车。
⑥浮运法。浮运施工是在桥位下游侧面岸上将钢梁拼铆(或拴合)成整孔后,利用码头把钢梁滚移到浮船上,再浮运至预定架设的桥孔上落梁就位。浮运支承主要由浮船、船上支架、浮船加固桁架以及各种系缚工具组成。
(3)钢桥涂装。
钢梁杆件架设安装完毕并经过检验、除锈、洗刷并干燥后,再进行全部涂漆工作。涂装前应对杆件表面进行质量检查,如有未涂底漆或已涂而部分脱浇者补涂底漆,待底漆干燥后,方可进行涂装施工。
防腐涂料应有良好的附着性、耐蚀性,其底漆应具有良好的封孔性能。钢梁表面处理的最低等级应为Sa2.5。
涂装应在天气晴朗、4级(不含)以下风力时进行,夏季应避免阳光直射。涂装时构件表面不应有结露,涂装后4h内应采取防护措施。
涂装工序如下:清除面层间锈污→刮嵌腻子→打磨→第一道面漆→打磨→第二道面漆→打磨→第三道面漆。
钢桥涂装过程中,涂料、涂装层数和涂层厚度应符合设计要求;涂层干漆膜总厚度应符合设计要求。当规定层数达不到最小干漆膜总厚度时,应增加涂层层数。
3.3.3.2 拱桥施工
1.拱桥有支架施工
(1)拱架施工。
砌筑石拱桥或混凝土预制块拱桥,以及现浇混凝土或钢筋混凝土拱桥时,需要搭设拱架,以承受全部或部分主拱圈和拱上建筑的质量,保证拱圈的形状符合设计要求。
Ⅰ.拱架拼装。拱架可就地拼装或根据起吊设备能力,预拼成组件后再进行安装。拱架拼装过程中必须注意各节点和各杆件的受力平衡,并准备好拱顶拆拱设备,以使拱架装拆自如。
Ⅱ.拱架安装。
①工字钢拱架安装。工字钢拱架的架设应分片进行。架设每片拱片时,应同时将左、右半片拱片吊至一定高度,并将拱片脚纳入墩台缺口或预埋的工字钢支点上与拱座铰连接,然后安装拱顶卸拱设备进行合龙。对于横梁、弧形木及支承木的安装应先安弧形木再安支承、横梁及模板。弧形木上应通过操平以检查标高准确,当误差过大时,可在弧形木上加铺垫木或刻槽。横梁应严格按设计安放。
②钢桁架拱架安装。钢桁架拱架的安装方法较多,主要包括悬臂拼装法、浮运安装法、半拱旋转法、竖立安装法等。
a.悬臂拼装法。悬臂拼装法适用于拼装式钢桁架拱架安装,拼装时从拱脚起逐节进行,拼装好的节段,用滑车组系吊在墩台塔架上。
b.浮运安装法。拱架拼装后,即可进行安装,为便于拱架进孔与就位,拱架拼装时的矢高应稍大于设计矢高(即预留沉降值)。在拱架进孔后,用挂在墩台上的大滑车和放置在支架上的千斤顶来调整矢高,并用水压舱,以降低拱架,使拱架就位。安装时,拱顶铰须临时捆紧,拱脚铰和铰座位置须稍加调整,以使铰座密合。
c.半拱旋转法。采用半拱旋转法进行钢桁架拱架安装的方法与工字形钢拱架安装相似,其不同之处在于钢桁架安装时,起吊前拱脚先安在支座上,然后用拉索使半拱架向上旋转合龙。
d.竖立安装法。钢桁架拱架竖立安装是在桥跨内两端拱脚上,垂直地拼成两半孔骨架,再以绕拱脚铰旋转的方法放至设计位置进行合龙。
Ⅲ.拱架卸落与拆除。由于拱上建筑、拱背材料、连拱等因素对拱圈受力的影响,应选择在拱体产生最小应力时来卸架,一般在砌筑完成后20~30d,待砌筑砂浆强度达到设计强度的70%以后才能卸落拱架。
实腹式拱架的卸落应在护拱、侧墙完成后进行,而空腹式拱架的卸落应在拱上小拱横墙完成后,小拱圈砌筑前进行。如必须提前卸架时,应适当提高砂浆(或混凝土)强度或采取其他措施。
拱架卸落时,应设专人用仪器观测拱圈挠度和墩台变化情况,并详细记录。另设专人观察是否有裂缝现象。对于裸拱卸架,应对裸拱进行截面强度及稳定性验算,并采取必要的稳定措施。对于较大拱桥的拱架卸落,一般在设计文件中有明确规定,应按设计规定进行。
拱架卸落的过程实质上是由拱架支承的拱圈的重力逐渐移给拱圈自身来承担的过程,为了使拱圈受力有利,而应采取一定的卸架程序和方法。
(2)拱圈施工。
①石料及混凝土预制块砌筑拱圈。石料及混凝土预制块砌筑拱圈施工时,对于跨径小于10m的拱圈,当采用满布式拱架砌筑时,可从两端拱脚起顺序向拱顶方向对称、均衡地砌筑,最后在拱顶合龙。当采用拱式拱架砌筑时,宜分段、对称先砌拱脚和拱顶段;跨径10~25m的拱圈,必须分多段砌筑,先对称地砌拱脚和拱顶段,再砌1/4跨径段,最后砌封顶段:跨径大于25m的拱圈,砌筑程序应符合设计要求。
宜采用分段砌筑或分环分段相结合的方法砌筑。必要时可采用预压载,边砌边卸载的方法砌筑。分环砌筑时,应待下环封拱砂浆强度达到设计强度的70%以上后,再砌筑上环。
石料及混凝土预制块砌筑拱圈施工时,应在拱脚和各分段点设置空缝。空缝的宽度在拱圈外露面应与砌缝一致,空缝内腔可加宽至30~40mm。空缝的填塞应由拱脚逐次向拱顶对称进行,也可同时填塞。
空缝填塞应在砌筑砂浆强度达到设计强度的70%后进行,应采用M20以上半干硬水泥砂浆分层填塞。
②拱架上浇筑混凝土拱圈(拱肋)。在拱架上浇筑混凝土拱圈(拱肋)时,根据拱圈(拱肋)跨径不同应采取不同的浇筑方法。
跨径小于16m的拱圈或拱肋混凝土,应按拱圈全宽从拱脚向拱顶对称、连续浇筑,并在混凝土初凝前完成。
当预计不能在限定时间内完成时,则应在拱脚预留一个隔缝并最后浇筑隔缝混凝土。
跨径大于或等于16m的拱圈或拱肋,可分段浇筑,也可纵向分隔浇筑。
③劲性骨架混凝土拱圈(拱肋)。劲性骨架混凝土拱圈(拱肋)浇筑前应进行加载程序设计,计算出各施工阶段钢骨架以及钢骨架与混凝土组合结构的变形、应力,并在施工过程中进行监控。
分环多工作面浇筑劲性骨架混凝土拱圈(拱肋)时,各工作面的浇筑顺序和速度应对称、均衡,对应工作面应保持一致,两个对称的工作段必须同步浇筑,且两段浇筑顺序应对称。
当采用水箱压载分环浇筑劲性骨架混凝土(拱肋)时,应严格控制拱圈(拱肋)的竖向和横向变形,防止骨架局部失稳。
当采用斜拉扣索法连续浇筑劲性骨架混凝土拱圈(拱肋)时,应设计扣索的张拉与放松程序,施工中应监控拱圈截面应力和变形,混凝土应从拱脚向拱顶对称连续浇筑。
(3)钢管混凝土拱施工。
①钢管拱肋安装。首先钢管拱肋成拱过程中,应同时安装横向连系,未安装横向连系的不得多于一个节段,否则应采取临时横向稳定措施。各节段间环焊缝的施焊应对称进行,并应采用定位板控制焊缝间隙,同时,应注意环焊缝施焊不得采用堆焊。
②钢管混凝土浇筑。管内混凝土宜采用泵送顶升压注施工,由两拱脚至拱顶对称均衡地连续压注完成。
大跨径拱肋钢管混凝土应根据设计加载程序,宜分环、分段并隔仓由拱脚向拱顶对称均衡压注。钢管混凝土压注前应清洗管内污物,润湿管壁,先泵入适量水泥浆再压注混凝土,直至钢管顶端排气孔排出合格的混凝土时停止。压注过程中拱肋变位不得超过设计规定。
压注混凝土完成后应关闭倒流截止阀。
(4)中、下承式拱桥及施工。
中、下承式拱桥一般是按拱肋、桥面系、吊杆施工顺序来进行施工的。
钢筋混凝土拱肋及钢管混凝土拱肋施工应符合混凝土拱圈(拱肋)施工及钢筋混凝土拱肋施工的相关要求。
桥面系可采用预制安装的方法进行施工,这样可以加快施工进度。
吊杆分为刚性吊杆和柔性吊杆。刚性吊杆是在钢丝束或钢绞线束外包混凝土。柔性吊杆采用钢丝束或钢绞线束,并采用PE热挤防护套进行防护,一般是在工厂制作后成捆运至工地安装。
(5)系杆拱桥施工。
系杆拱桥的系杆可分为刚性系杆和柔性系杆两种。对于刚性系杆拱桥可采取先浇筑或安装系杆,然后在系杆上安装拱架,浇筑拱肋混凝土,最后安装吊杆的程序施工;对于柔性系杆拱桥可采取先安装拱架,然后浇筑拱肋混凝土,卸落拱架,安装吊杆、横梁,最后施工桥面系的程序施工。
2.拱桥无支架施工
(1)塔架法。
塔架法进行拱桥施工是以临时设立桥台上的塔架立柱,将拱圈(拱肋)浇筑一段系吊一段的浇筑施工方法。施工时应按拱的跨径、矢跨比、桥宽等来确定塔架的高度和受力大小。斜吊杆可使用预应力钢筋或吊带,其数量视所系吊杆拱段长度和位置而定。灌注拱圈混凝土施工一般用悬臂吊篮进行逐段浇筑,亦可用吊架浇筑,吊架后端固定在已完成拱段上,前端系吊在塔架上,由拱脚两个半拱对称地施工,最后在拱顶合拢。
(2)悬臂浇筑法。
悬臂浇筑法将拱圈、拱上立柱和预应力混凝土桥面板等同时进行施工,一边浇筑一边同时构成拱架。施工时,用预应力钢筋临时作为桁架的斜拉杆和桥面板的明索,将桁架锚固在后面桥台上。
(3)钢筋骨架法。
钢筋骨架法将拱圈的全部钢筋骨架按设计形状和尺寸制成并安装在拱圈相应位置,然后用系吊在它上面的吊篮逐段浇筑混凝土;由两侧拱脚开始,对称地逐段浇筑,最后在拱顶合龙。钢筋骨架不但满足拱圈需要,而且起到临时拱架作用,因此要求钢筋骨架有相应的刚度,施工时要对钢筋骨架进行预压,以防浇筑混凝土后变形,破坏已浇筑混凝土与钢筋结合。
3.拱桥转体施工
拱桥转体施工将拱圈或整个上部结构分为两个半跨,分别在河流两岸利用地形或简单支架现浇或预制装配半拱,然后利用一些机具设备和动力装置将其两半跨拱体转动至桥轴线位置(或设计标高)合龙成拱。
拱桥转体施工可采用平面转体、竖向转体或平竖结合转体。
(1)平面转体施工。
平面转体适用于钢筋混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥施工,可分为有平衡重转体和无平衡重转体。
Ⅰ.有平衡重转体施工。有平衡重转体一般以桥台背墙作为平衡重,并作为桥体上部结构转体用于拉杆的锚碇反力墙,用以稳定地转动体系和调整重心位置。为此,平衡重部分不仅在桥体转动时作为平衡重量,而且也要承受桥梁转体质量的锚固力。有平衡重转体施工应符合下列规定。
①转体平衡重可利用桥台或另设临时配重。
②箱形拱、肋拱宜采用外锚扣体系;桁架拱、刚架拱宜采用内锚扣(上弦预应力钢筋)体系。
③当采用外锚扣体系时,扣索宜采用精轧螺纹钢筋、带镦头锚的高强钢丝、预应力钢绞线等高强材料,安全系数不得低于2。扣点应设在拱顶点附近。扣索锚点高程不得低于扣点。
④当采用内锚扣体系时,扣索可利用结构钢筋或在其杆件内另穿入高强钢筋。完成桥体转体合龙,当浇筑接头混凝土达到设计强度时,
⑤张拉扣索时的桥体混凝土强度应达到设计要求,当设计无要求时,不应低于设计强度的80%,扣索应分批、分级张拉。扣索张拉至设计荷载后,应调整张拉力使桥体合龙高程符合要求。
⑥转体合龙应符合下列要求。
a.应控制桥体高程和轴线,合龙接口相对偏差不得大于10mm。
b.合龙应选择当日最低温度进行。当合龙温度与设计要求偏差3℃或影响高程差±10mm时,应修正合龙高程。
c.合龙时,宜先采用钢楔临时固定,再施焊接头钢筋,浇筑接头混凝土,封固转盘。在混凝土达到设计强度的80%后,再分批、分级松扣、拆除扣、锚索。
⑦转体牵引力应按下式计算:
式中,T为牵引力,kN;G为转体总重力,kN;R为铰柱半径,m;D为牵引力偶臂;f为摩擦系数,无试验数据时,可取静摩擦系数为0.1~0.12,动摩擦系数为0.06。
⑧牵引转动时应控制速度,角速度宜为0.01~0.02rad/min;桥体悬臂端线速度宜为1.5~2.0m/min。
Ⅱ.无平衡重转体施工。无平衡重转体施工需要有一个强大牢固的锚碇,因此,宜在山区地质条件好或跨越深谷急流处建造桥梁时选用。无平衡重平转施工应符合下列规定。
①应利用锚固体系代替平衡重。锚碇可设于引道或边坡岩层中。桥轴向可利用引桥的梁作为支承,或采用预制、现浇的钢筋混凝土构件作支承。非桥轴向(斜向)的支承应采用预制或现浇的钢筋混凝土的构件。
②转动体系的下转轴宜设置在桩基上。扣索宜采用精轧螺纹钢筋,靠近锚块处宜接以柔性工作索。设于拱脚处的上转轴的轴心应按设计。
③尾索引拉宜在立柱顶部的锚梁(锚块)内进行,操作程序同于后张预应力施工。尾索张拉荷载达到设计要求后,应观测1~3d,如发现索间内力相差过大时,应再进行一次尾索张拉,以求均衡达到设计内力。
④扣索张拉前应在支承以及拱轴线上(拱顶、3/8、1/5、1/8跨径处)设立平面位置和高程观测点,在张拉前和张拉过程中应随时观测。每索应分级张拉至设计张拉力。
⑤拱体旋转到距设计位置约5°时,应放慢转速,距设计位置差1°时,可停止外力牵引转动,借助惯性就位。
⑥当拱体采用双拱肋平转安装时,上下游拱体宜同步对称向桥轴线旋转。
⑦当拱体采用两岸各预制半跨,平转安装就位,拱顶高程超差时,宜采用千斤顶张拉、松懈扣索的方法调整拱顶高差。
⑧当台座和拱顶合龙口混凝土达到设计强度的80%后,方可对称、均衡地卸除扣索。
⑨尾索张拉、扣索张拉、拱体平转、合龙卸扣等工序,必须进行施工观测。
(2)竖向转体施工。
竖向转体施工就是在桥台处先竖向预制半拱或在桥台前俯卧预制半拱,然后在桥位平面内绕拱脚将其转动合龙成拱。竖向转体施工时,应符合下列规定。
①竖转法施工适用于混凝土肋拱、钢筋混凝土拱。
②应根据提升能力确定转动单元,宜以横向连接为整体的双肋为一个转动单元。
③转动速度宜控制在0.005~0.01rad/min。
④合龙混凝土和转动铰封填混凝土达到设计强度后,方可拆除提升体系。
(3)平竖结合转体施工。
拱桥采用转体施工时,由于受到河岸地形条件的限制,可能遇到既不能在设计标高处预制半拱,也不可能在桥位竖直平面内预制半拱的情况。在这种情况下,拱体只能在适当位置预制后采用平竖法结合转体施工。这种平竖结合转体基本方法与前述相似,但其转轴构造较为复杂,一般不选用,当地形、施工条件适合时,混凝土肋拱、刚架拱、钢管混凝土的施工可选用此法。
4.拱上结构施工
拱桥的拱上结构,应按照设计规定程序施工。如设计无规定,可由拱脚至拱顶均衡、对称加载,使施工过程中的拱轴线与设计拱轴线尽量吻合。
(1)泄水管。
拱桥除在桥面和台后设排水设施外,对于渗入到拱腹内的水,应通过防水层汇集到预埋在拱腹内的泄水管再排出。
泄水管可采用管径为6~10cm的铸铁管、混凝土管或陶管,严寒地区可适当增大管径,但不应大于15cm。泄水管进口处周围防水层应做成集水坡,并以大块碎石做成倒滤层,以防堵塞。泄水管外露长不应小于10cm,防流水污染结构物。泄水管不宜过长,且不能用弯管做泄水管。
(2)防水层。
①沥青麻布防水层。沥青麻布防水层主要用于冰冻地区的砖石拱桥。其做法常用三油二布,即三层沥青二层麻布。
防水层铺设前,应用水泥砂浆抹平拱背,待水泥砂浆凝固后再涂一至两层沥青漆。铺设时,沥青应保持适宜温度。麻布应由低向高循环敷设,搭接不应小于10cm。
当防水层经过拱圈及拱上结构的伸缩缝或变形缝时,应做成U形。
当防水层处于泄水管处时,应紧贴泄水管漏斗之下敷设,以防止向防水层底漏水。
②石灰三合土防水层。石灰三合土防水层主要用在非冰冻地区,其厚度为10cm左右。铺设前将拱背按排水方向做成一定的坡度,并砌抹平整。为确保防水效果,最好涂抹一层沥青。
③胶泥防水层。胶泥防水层主要用在非冰冻地区的较小跨径拱桥,铺设时应严格控制含水量,以防干裂。
(3)伸缩缝及变形缝。
伸缩缝的宽度为2~3cm,缝内填料可用锯末加沥青配合制成。预制板锯末与沥青的比例为1∶1,施工时将预制板嵌入。上缘一般做成能活动而不透水的覆盖层。伸缩缝内的填充料也可采用沥青砂或其他适当材料。
(4)拱背填充。
拱背填充应采用透水性强和休止角较大的材料(包括砂砾、片石、碎石夹石混合料以及矿渣等),应对称而均匀地分层填充并碾压密实。
3.3.3.3 斜拉桥施工
1.索塔施工
(1)钢主塔施工。
钢主塔施工应充分考虑垂直运输、吊装高度、起吊吨位等施工方法。钢主塔应在工厂分段立体试拼装合格后出厂。主塔在现场安装,常常采用现场焊接接头、高强度螺栓连接、焊接和螺栓混合连接的方式。经过工厂加工制造和立体试拼装的钢塔在正式安装时,应进行测量控制,并及时用填板或对螺栓孔进行扩孔来调整轴线和方位。
钢主塔可用耐候钢材或喷锌层进行防锈。但绝大部分钢塔都采用油漆涂料,一般使用年限为10年。油漆涂料常采用二层底漆、二层面漆,其中三层由加工厂涂装,最后一道面漆由施工安装单位最终完成。
(2)混凝土主塔施工。
①模板。浇筑索塔混凝土的模板按结构形式不同可采用提升模板和滑升模板。提升模板可分为依靠外部吊点的单节整体模板逐段提升、多节模板交替提升以及本身带爬升模板。滑升模数只适用于等截面的垂直塔柱。
②混凝土塔柱施工。混凝土塔柱一般可采用支架法、滑模法、爬模法施工。在塔柱内,在塔壁中间常常设有劲性骨架,劲性骨架在工厂加工,现场分段超前拼接,精确定位。劲性骨架安装定位后,可供测量放样、立模、扎筋拉索钢套管定位用,也可供施工受力用。
③混凝土横梁施工。在高空中进行大跨度、大断面现浇高强度等级预应力混凝土横梁的难度很大。施工时要考虑到模板支承系统和防止支承系统的连接间隙变形、弹性变形、支承不均匀沉降变形,混凝土梁、柱与钢支承的线膨胀系数影响,日照温差对混凝土的不同时间差效应等产生的不均匀变形的影响,以及相应的变形调节措施。每次浇筑混凝土的供应量应保证在混凝土初凝前完成浇筑,并且采取有效措施,防止在早期养护期间及每次浇筑过程中由于支架的变形影响而造成混凝土梁开裂。
④主塔混凝土施工。常采用现场搅拌、吊斗提送的方法。对于高度较高的主塔,施工时,应采用商品泵送大流动性混凝土。混凝土应采用高密度骨料、低水灰比、低水泥用量、适量掺加粉煤灰和泵送外加剂,以便满足缓凝、早强、高强的混凝土泵送要求。
泵送混凝土施工工艺在满足设计提出的混凝土基本性能要求的前提下,根据主塔施工的不同季节、不同的缓凝时间、不同的高度泵送混凝土的要求来确定。一般应考虑混凝土泵送设施的布置,即根据不同的部位、泵送高度,每段浇筑时间,每段浇筑混凝土工程量,考虑混凝土泵送设施来综合布置。
2.主梁施工
斜拉桥主梁的施工常采用支架法、顶推法、转体法、悬臂施工法等方法进行。在实际施工中,混凝土斜拉桥多采用悬臂浇筑法,而结合梁斜拉桥和钢斜拉桥多采用悬臂拼装法。
(1)钢主梁施工。
钢主梁施工应根据梁体类型、地理环境条件、交通运输条件、结构特点等综合因素选择适宜的施工方案与施工设备。钢主梁施工应符合下列规定。
①主梁为钢箱梁时现场宜采用栓焊结合、全拴接方式连接。采用全焊接方式连接时,应采取防止温度变形措施。
②当结合梁采用整体梁段预制安装时,混凝土桥面板之间应采用湿接头连接,湿接头应现浇补偿收缩混凝土;当结合梁采用先安装钢梁,现浇混凝土桥面板时,也可采用补偿收缩混凝土。
③合龙前应不间断地观测数日的昼夜环境温度场变化、梁体温度场变化与合龙高程及合龙口长度变化的关系,确定合龙段的精确长度与适宜的合龙时间及实施程序,并应满足钢梁安装就位时高强螺栓定位、拧紧以及合龙后拆除墩顶段的临时固结装置所需的时间。
④实地丈量计算合龙段长度时,应预估斜拉索的水平分力对钢梁压缩量的影响。
(2)混凝土主梁施工。
支架法现浇施工应消除温差、支架变形等因素对结构变形与施工质量产生的不良影响。支架搭设完成后应进行检验,必要时可进行静载试验。
采用挂篮悬浇法或悬拼法施工之前,挂篮或悬拼设备应进行检验和试拼,确认合格后方可在现场整体组装;组装完成经检验合格后,必须根据设计荷载及技术要求进行预压,检验其刚度、稳定性、高程及其他技术性能,并消除非弹性变形。
现浇混凝土主梁合龙段相毗邻的梁端部应预埋临时连接钢构件。合龙段现浇混凝土施工应符合下列要求。
①合龙段两端的梁段安装定位后,应及时将连接钢构件焊连一体,再进行混凝土合龙施工,并按设计要求适时解除临时连接。
②合龙前应不间断地观测数日的昼夜环境温度场变化与合龙高程及合龙口长度变化的关系,同时,应考虑风力对合龙精度的影响,综合诸因素确定适宜的合龙时间。
③合龙段现浇混凝土宜选择补偿收缩且早强混凝土。
④合龙前应按设计要求将合龙段两端的梁体分别向桥墩方向顶出一定距离。
3.斜拉索施工
(1)放索。
斜拉索通常采用类似电缆盘的钢结构盘将其运输到施工现场,对于短索,可采用自身成盘,捆扎后运输。放索可采用立式转盘放索和水平转盘放索两种方法。
(2)索在桥面上移动。
在放索和安索过程中,要对斜拉索进行拖移。为避免在移动拉索的过程中使索防护层或索股发生损坏,放索时也可以将索盘吊运到桥面上进行或直接在船上进行,采用滚筒法、移动平车法、导索法、垫层法等。
(3)斜拉索的塔部安装。
斜拉索安装前,应根据对索自重所需的拖拉力的计算,选择合适的卷扬机、吊机和滑轮组配置方法。安装张拉端时先要计算安装索力,由理论计算可知,当矢跨比小于0.15时,可采用抛物线代替悬链线来计算曲线长度。计算出各施工阶段的索力后,即可选择适当的牵引设备和安装方法,进行斜拉索的塔部安装。根据张拉端设置的位置确定安装顺序,如果张拉端设置于塔部,则先于梁部安装;如果张拉端设置于梁部,则先于塔部安装。
(4)斜拉索的梁部安装。
斜拉索的梁部安装方法有吊点法和拉杆接长法两种。