桥梁工程基础知识及控制要点

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跨河桥、跨线桥、高架桥和栈桥,按上部结构的行车道位置：上承式桥、中承式桥和下承式桥,桥梁基础分类,桥梁基础：,刚性基础,桩基础,(,沉入桩和灌注桩,),管柱,沉井,地下连续墙,桥梁基础,适用条件：,刚性基础：适用于各类土层,桩基础：,沉桩：,1,、锤击沉桩法：适用于松散、中密砂石、粘性土。,2,、振动沉桩法：砂土、硬塑及软塑的黏性土和中密及较松的碎石土。,3,、射水沉桩法：密实砂土、碎石土的土层。,4,、静力沉桩法：标准贯入度,N20,的软黏土。,桥梁基础,适用条件：,灌注桩,1,、钻孔灌注桩：黏性土砂土砾卵石碎石岩石等,2,、挖孔灌注桩：无地下水或少量地下水，且较密实的土层或风化岩层,管柱：各种土质的基底，尤其是在深水,、,岩面不平,、,无覆盖层或覆盖层很厚的自然条件下，不宜修建其他类型基础时。,沉井：各种土质的基底，在深水,、,无覆盖层或覆盖层很厚的自然条件下，不宜修建其他类型基础时。,地下连续墙,桥梁下部结构,下部结构分类：,重力式桥墩,重力式桥台,轻型桥墩,轻型桥台,桥梁下部结构适用条件,（,1,）重力式墩台,靠自身重量来平衡外力而保持其稳定。,地基良好的大、中型桥梁，或流冰、漂浮物较多的河流中；,优点：墩台比较厚实，可以不用钢筋；,缺点：圬工体积较大，自重和阻水面积较大，增加了对地基的要求。,桥梁下部结构适用条件,（,2,）梁桥轻型桥墩,钢筋混凝土薄壁墩：低级土软弱地区。,柱式桥墩：城市立交和高架桥。,钻孔桩柱式桥墩：适合多种场合和各种地质条件。,柔性排架桥墩：低浅宽滩河流、通航要求低和流速不大的水网地区河流上修建小跨径桥梁。,桥梁下部结构适用条件,（,3,）梁桥轻型桥台,设有支撑梁的轻型桥台：适合单跨桥梁。,埋置式桥台,（后倾式、肋形埋置式、双柱式、框架式）：跨径,820,米，填土高度,35,米，大于,5,米时宜用框架式。,钢筋混凝土薄壁桥台：适用于软弱地基。,加筋土桥台：台后路基填土不被冲刷的中、小跨径桥梁，台高,35,米。,桥梁下部结构适用条件,（,4,）拱桥轻型桥墩,带三角杆件的单向推力墩：在桥不太高的旱地上采用。,悬臂式单向推力墩：适用于两铰双曲拱桥。,桥梁下部结构适用条件,（,5,）拱桥轻型桥台,八字形桥台：桥下需要通车或过水。,U,字形桥台：较小跨径的桥梁。,背撑式桥台：较大跨径的高桥和宽桥。,靠背式框架桥台：在非岩石地基上修建。,组合式桥台：适合各种地质条件。,空腹式桥台,齿褴式桥台,桥梁上部结构的主要施工技术,逐段悬臂平衡施工,1,、悬臂浇筑法,2,、悬臂拼装法,逐孔施工,1,、预制简支梁逐孔拼装,2,、预制单悬臂梁逐孔拼装,3,、现浇法,桥梁上部结构的主要施工技术,顶推法施工,1,、单点顶推,2,、多点顶推,转体施工,1,、竖向转体施工法,2,、平面转体施工法,缆索吊装施工,支架的设计原则,支架整体、杆配件、节点、地基、基础和其他支撑物进行强度和稳定性验算。,支架的计算方法,（,1,）设计荷载,模板、支架和拱架自重。,新浇筑混凝土、钢筋混凝土或其他圬工结构物的重力。,施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载。,振动混凝土产生的荷载。,其他可能产生的荷载，如雪荷载、冬季保温设施荷载等。,支架的计算方法,（,2,）施工预拱度计算,支架承受施工荷载引起的弹性变形。,超静定结构由于混凝土收缩、徐变及温度变化引起的挠度。,桥台水平位移引起的拱圈挠度。,结构重力以及,1/2,汽车荷载（不计冲击荷载）引起的梁或拱圈的弹性挠度。,受载后由于杆件接头的挤压和卸落设备压缩而产生的非弹性变形。,支架的计算方法,支架的强度和稳定性计算：应考虑作用在支架上的风力。设于水肿的支架，还应考虑水流的压力、流冰压力和船只漂流物等冲击力荷载。,验算支架刚度：支架受载后挠曲的杆件，其弹性挠度不超过相应结构跨度的1/400。,模板的设计原则,宜优先使用胶合板和钢模板。,验算模板、支架的强度、刚度和稳定性。,模板板面之间应平整，接逢严密，不漏浆。,结构简单，制作、装拆方便。,模板的设计原则,需要考虑设计荷载和模板刚度。,验算强度、刚度及稳定性,模板板面间应平整，接缝严密，不漏浆,结构简单，制作、装拆方便,设计荷载,模板自重,新浇筑混凝土,钢筋混凝土或其他圬工结构物的重力,施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载,振动混凝土产生的荷载,新浇筑混凝土对侧面模板的压力,倾倒混凝土时产生的水平荷载,其他可能产生的荷载,如雪荷载、冬季保温设施荷载等,模板的刚度要求,结构表面外露的模板，挠度为模板构件跨度的1/400,结构表面隐蔽的模板，挠度为模板构件跨度的1/250,钢模板的面板变形为,钢模板的钢棱和柱箍变形为L/500和B/500(其中L为计算跨径，B为柱宽),桥梁基础的特点,刚性基础：整体性好，但埋深小。,桩基础：埋置深度大。,灌注钢筋混凝土桩：实心断面，混凝土强度不低于,C20,承台的平面尺寸和形状,桩的中距,刚性基础的受力特点,基底应力计算：,按材料力学中心或偏心受压公式计算基底的应力。,基底合力偏心距及基础稳定性验算,基底合力偏心距验算,1,、对非岩石地基以不出现拉应力为原则。,2,、根据荷载性质对偏心距的控制有不同的要求。,刚性基础的受力特点,基础倾覆稳定性验算：,1,、基础倾覆稳定性与合力的偏心距有关。,2,、设计时,可以用限制合力偏心距来保证基础的倾覆稳定性。,基础稳定性验算：,1,、基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的可能性。,刚性基础的受力特点,地基强度验算,1,、保证基底应力不超过地基持力层的强度,.,地基沉降及稳定性验算,1,、沉降计算,地基沉降主要是竖直荷载作用下土层的压缩变形引起。,2,、地基的稳定性,用圆弧滑动面法进行验算。,桥梁下部结构的特点,重力式桥墩；梁桥重力式桥墩有墩帽、墩身、基础等组成，墩帽要满足支座布置和局部承压得需要；拱桥重力式桥墩分为普通墩与制动墩，制动墩承受单向较大的水平推力，防止出现一侧的拱桥倾坍，因而尺寸较厚实。与梁桥重力式桥墩相比较，具有拱座等构造设施。,重力式桥台（,U,形桥台）：由台帽、背墙、台身（前墙、侧强）、基础、锥坡等几部分组成。,桥梁下部结构的特点,梁桥轻型桥台：,1,、钢筋混凝土波薄壁桥墩,2,、柔性排架桩墩,3,、设有支撑梁的轻型桥台,4,、埋置式桥台,5,、钢筋混凝土薄壁桥台,6,、加筋土桥台,拱桥轻型墩台：,1,、八字形桥台,2,、,U,字形桥台,3,、背撑式桥台,4,、靠背式框架桥台,桥梁下部结构的特点,梁桥重力式桥墩：,1,、第一种组合：按在桥墩各截面上可能产生的最大竖向力的情况进行组合。,2,、第二种组合： 按桥墩各截面在顺桥方向上可能产生的最大偏心和最大弯矩的情况进行组合。,3,、第三种组合：按桥墩各截面在横桥方向上可能产生最大偏心和最大弯矩的情况组合。,拱桥重力式桥墩：,1,、第一种组合：顺桥方向的荷载及其组合,2,、第二种组合：横桥方向的荷载及其组合,桥梁下部结构的特点,重力式桥台的受力特点,1,、对于桥台尚要考虑车辆荷载引起的土侧压力。,2,、其次桥台的强度、偏心距和稳定性的验算与桥墩相同，但只作顺桥方向的验算。,桥梁上部结构的特点,钢筋混凝土空心板桥,装配式钢筋混凝土简支T梁,预应力混凝土简支T梁构造,连续体系桥梁,斜拉桥,悬索桥,桥梁上部结构的特点,斜交板桥,装配式钢筋混凝土简支T梁,预应力混凝土简支T梁,连续体系桥梁,斜拉桥,悬索桥,桥梁荷载的计算方法,通常可以将作用在公路桥梁上的各种荷载 和外力归纳成三类：,永久荷载,可变荷载,1,、车辆荷载,2,、车辆荷载的影响力,3,、人群荷载,偶然荷载,桥梁平面控制网的布设,图形应尽量简单，估算出来的未知数的矩阵主对角元素应尽量小，并能用这些数据以足够的精度用前方交会法对桥墩进行放样。,控制网一般布设成三角网或边角网，其边长于河宽有关。,为使桥轴线与控制网紧密联系，在布网时应将河流两岸轴线上的两个点作为控制点。,所有控制点应便于观测和保存。,桥涵施工测量要求,当有良好的丈量条件时可采用直接丈量法进行墩台施工定位，应对尺长、温度、拉力、垂度和倾斜度进行改正计算。,大、中桥的水中墩、台和基础的位置，宜用全站仪测量。,曲线上的桥梁施工测量，应按照设计文件参照公路曲线测定方法处理。,桥梁施工过程中的测量,施工过程中，应测定并经常检查桥涵结构浇砌和安装部分的位置和标高，并作出测量记录和结论，如超过允许偏差时，应分析原因，并予以补救和改正。桥轴线超过1000米的特大桥梁和结构复杂的桥梁施工过程，应进行主要墩、台（或塔、锚）的沉降变形监测，桥梁控制网应每年复测一次，以确保施工安全和质量。,桥梁竣工测量,测定桥梁中线，丈量跨径。,丈量墩、台（或塔、锚）各部分尺寸。,检查桥面高程,。,桥梁施工监测,几何形态监测：其目的是获取（识别）已形成的结构的实际几何形态。,结构节目的应力监测：结构监测的应力（包括混凝土应力、钢结构应力等）监测是施工监测的主要内容之一，是施工过程的安全预警系统。目前应力监测主要是采用电阻应变仪法、钢弦式传感器法等。,索力监测：索力监测效果将直接对结构的施工质量和施工状态产生影响。可供现场索力检测的方法目前有三种：压力表量测法、压力传感器量测法、振动频率量测法。,预应力力监测。,温度监测。,桥梁施工控制方法,纠偏终点控制方法：在施工中对产生主梁线形偏差的因素跟踪控制，随时纠偏，最终达到理想线形，这种方法常用,Kalman,滤波法和灰色理论等。,纠偏终点控制法：对桥梁结构的主要基本设计参数进行识别，找出产生实测值与预计值（设计值）产生偏差的原因，从而对参数进行修正，达到双控的目的。这种方法的重点在于对影响结构变形和内力的主要设计参数的识别上。,在设计时，给予主梁标高和内力最大的宽容度，即误差的容许值。,斜拉桥施工控制内容,斜拉桥主梁施工时必须进行施工控制，即对梁体每一施工阶段的结果进行详细的检测分析和验算，以确定下一施工阶段拉锁张拉量值和主梁线形、高程脊索他位移控制量值，周而复始直至合龙成桥。,施工监控测试的主要内容：,变形：主梁线形、高程、轴线偏差、索塔的水平位移；,应力：拉索索力、支座力以及梁塔应力在施工过程中的变化。拉索张拉完成后，悬臂施工跨中合龙前后，当梁体内预应力钢筋全部张拉完且桥面及附属设备安装完时，应采用传感器或振动频率测力计检测各拉索索力值，同时应视防振圈及索的弯曲刚度等状况对测值予以修正。每组及每索的拉力误差超过设计规定时应进行调整，调整时可从超过设计索力最大或最小的拉索开始（放或拉），直调至设计索力。调索时应对塔和相应梁段进行位移检测。,温度：温度场及指定测量时间塔、梁、索的变化。,连续梁或连续钢构桥施工控制特点,预应力混凝土连续梁或连续钢构相对斜拉桥而言，没有斜拉索，其施工控制与斜拉桥主梁相同。凡是以悬臂浇筑或悬臂拼装施工的桥梁都是逐节段推进的，施工控制中采用逐节段跟踪控制的方法。,拱桥施工控制特点,装配式拱桥施工过程中，应配合施工进度对拱肋、拱圈的挠度和横向位移、混凝土裂缝、墩台变位、安装设施的变形和变位等项目进行观测。施工观测应尽量采用全站仪进行。,拱肋吊装定位合龙时，应进行接头高程和轴线位置的观测，以控制、调整其拱轴线，使之符合设计要求。拱肋松索成拱以后，从拱顶上施工加载起，一直到拱上建筑完成，应随时对,1/4,跨、,1/8,跨及拱顶各点进行挠度和横向位移的观测。,采用少支架安装施工时，应对支架的变形、位移、节点和卸架设备的压缩及支架基础的沉陷等进行观测，如发现超过允许值的变形、变位，应及时采取措施予以调整。采取无支架安装施工时，应随时观测吊装设备的塔架、主索、扣索、索鞍、锚碇等的变形和位移，如发现异常，应及时采取措施。,拱桥施工控制特点,在安装施工过程中，应经常对构件混凝土进行裂缝观测，若发现裂缝超过规定或有继续发展的趋势时，应及时分析研究，找出原因，采取有效的措施。,就地浇筑钢筋混凝土拱圈及卸落拱架的过程中，应设专人用仪器配合施工进度随时观测拱圈、拱架、劲性骨架的挠度和横向位移以及墩台的变化情况，并详细记录，如发现异常，应及时分析，采取措施，必要时可调整加载或卸架程序。,大跨度拱桥施工过程中，应配合施工进度对拱圈（肋）混凝土、拱肋接头、劲性骨架、吊杆、系杆、钢管混凝土、扣索、转盘、锚碇（辆）等关节受力部位进行应力监测，并与控制计算值相比较，一旦偏差超出设计允许范围，应立即进行调整。,大跨度拱桥的施工观测和控制宜在每天气温、日照变化不大的时候进行，尽量减少温度变化等不利因素的影响。,悬索桥施工控制特点,悬索桥在施工中，除了主索和加劲梁外，对桥他受力、索鞍偏移、吊杆和主索索股受力均匀性等应严加跟踪控制，保证应力和线形的双控实现。,斜拉桥的施工特点,索塔的施工可视其结构、体形、材料、施工设备和设计综合考虑选用合适的方法。裸塔施工宜用爬模法，横梁较多的高塔宜用劲性骨架挂模提升法。,混凝土主梁：,采用挂篮悬浇主梁时除应符合梁桥挂篮施工约有关规定外，还应按下列规定执行：,1,、挂篮的悬臂梁及挂篮全部构件制作后应进行检测和试拼，合格后再于现场整体组装检验，并按设计荷载及技术要求进行预压，同时测定悬臂梁和挂篮的弹性挠度、调整高程性能及其他技术性能。,2,、挂篮设计和主梁浇筑时应考虑抗风振的刚度要求。,3,、拉索张拉时应对称同步进行，以减少其对塔与梁的位移和内力的影响。,斜拉桥的施工特点,为防止合龙梁段施工出现的裂缝，应采用以下方法改善受力和施工状况：,1,、在梁上下底板或两肋端部预埋临时连接钢构件，或设置临时纵向连接预应力索，或用千斤顶调节合龙口的应力和合龙口的长度。,2,、合龙两端高程在设计允许范围内时，可视情况进行适当压重。,3,、观测合龙前连日的昼夜温度场变化与合龙高程及合龙口长度变化的关系，选定适当的合龙浇筑时间。,斜拉桥的施工特点,合龙梁段浇后至纵向预应力索张拉前应禁止施工荷载的超平衡变化：,1,、预制梁段，如设计无规定，宜选用长线台座,(,可分段设置），亦可采用多段的联线台座，每联宜多于,5,段，先预制顺序中的,1,、,3,、,5,段，脱模后再在其间浇,2,、,4,段，使各端面啮合密贴，端面不应随意修补。,2,、应在底模上调整主梁分段形体所受竖曲线的影响。拼装中多段积累的超误差，可用湿接缝调整。,3,、梁段拼合前应试拼，以便及时调整。,4,、湿接缝拼合面鹰进行表面凿毛和清扫，干接缝应保持结合面清洁，粘合料应涂刷均匀。,5,、采用垫片调整梁段拼装线形时，每次垫片调整的高程不应大于,20mm,。,斜拉桥的施工特点,长拉索在抗振阻尼支点尚未安装前，应采用钢索或杆件（平面索时）将一侧拉索联结以抑制和减小拉索的振动。,大跨径主梁施工时，应缩短双向长悬臂持续时间，尽快使一侧固定，以减少风振的不利影响，必要时应采取临时抗风措施。,斜拉桥的施工特点,钢主梁（包括叠合梁和混合梁）应注意：,1,、钢主梁应由资质合格的专业单位加工制作、试拼，经检验合格后安全运至工地备用。堆放应无损伤、无变形和无腐蚀。,2,、钢梁制作的材料应符合设计要求。,3,、应进行钢梁的连日温度变形观测对照，确定适宜的合龙温度及实施程序，并应满足钢梁安装就位时高强螺栓定位所需的时间。,悬索桥的施工特点,锚锭大体积混凝土施工需采取下列措施进行温度控制，防止混凝土开裂：,1,、采用低水化热品种的水泥。,2,、降低水泥用量、减少水化热，掺入质量符合要求的粉煤灰和缓凝型外掺剂。,3,、降低混凝土入仓温度。,4,、在混凝土结构中布置冷却水管，混凝土终凝后开始通水冷却降温。,5,、大体积混凝土应采用分层施工，每层厚度可为。,悬索桥的施工特点,中跨、边跨猫道面的架设进度，要以塔的两侧水平力差异不超过设计要求为准，在架设过程中须监测塔的偏移量和承重索的垂度。,索力的调整以设计提供的数据为依据，其调整量应根据调整装置中测力计的读数和锚头移动量双控确定。,试拼装：加劲梁应按拼装图进行厂内试拼装，试拼不少于,3,个节段，按架梁顺序试拼装。,悬索桥的施工特点,吊装：,1,、吊装过程应观察索塔变位情况，应根据设计要求和实测塔顶位移量分阶段调整索鞍偏移量，以保证工程质量和施工安全。,2,、安装前，应确定安装顺序，一般可以从中跨跨中对称地向两边进行，安装完一段跨中梁段后，再从两边跨对称地向索塔方向进行。,3,、钢箱梁水上运输必须由有经验的人员担任。架设前，宜进行现场驳船定位试验，以保证定位精度。,4,、各工作面上，吊装第二节段起须与相邻节段间预偏一定间隙（），至标高后，牵拉连接，避免吊装过程与相邻节段发生碰伤，影响吊装工作顺利进行。,5,、安装合龙段前，必须根据实际的合龙长度，对合龙段长度进行修正。,刚构桥的施工特点,一般采用平衡悬臂施工，平衡悬臂施工可分为：悬臂浇筑法与悬臂拼装法施工，前者是当桥墩浇筑到顶以后，在墩顶安装脚手钢桁架，并向两侧伸出悬臂以供垂吊挂篮使用，实施悬臂浇筑（挂篮是主要施工设备）,;,后者是将梁逐段分成预制块件进行拼装，穿束张拉，自成悬臂。,悬臂梁起步段施工,箱梁混凝土的浇筑,悬臂拼装主要工序的主要工序包括：快件预制，移运，整修，吊装定位，预应力张拉，施工接缝处理等，各道工序均有其不同的要求，并对整个拼装质量具有密切影响。,快件拼装接缝一般为湿接缝与胶接缝两种。,拱桥的施工特点,劲性骨架浇筑拱圈,装配式混凝土、钢筋混凝土拱圈,装配式混凝土、钢筋混凝土拱圈,无支架安装拱圈,构件拼装应结合桥梁规模、河流、地形及设备等条件采用适宜的吊装机具，各项机具设备和辅助结构的规格、型号、数量等均应按有关规定经过设计计算确定。缆索吊机在吊装前必须按规定进行试拉和试吊。,拱肋吊装时，除拱顶段以外，各段应设一组扣索悬挂。,扣架的布置应符合下列规定：,扣架一般设在墩、台顶上，扣架底部应固定，架顶应设置风缆。,各扣索位置必须与所吊挂的拱肋在同一竖直面内。,扣架上索鞍顶面的高程应高于拱肋扣环高程。,扣架应进行强度和稳定性验算。,装配式混凝土、钢筋混凝土拱圈,转体施工安装方法,1,、平转施工主要适用于刚构梁式桥、斜拉桥、钢筋混凝土拱桥及钢管公顷。竖转施工主要适用于转体重量不大的拱桥或某些桥梁预制部件（塔、斜腿、劲性骨架）。,2,、竖转施工对混凝土拱肋、刚架拱、钢管混凝土拱，当地形、施工条件适合时，可选择竖转法施工。其转动系统由转动铰、提升体系（动、定滑轮组，牵引绳等）、锚固体系（锚索、锚碇顶）等组成。,3,、缆索吊装施工,装配式混凝土、钢筋混凝土拱圈,钢管拱肋（桁架）安装,1,、钢管拱肋（恒久）安装采用少支架或无支架吊装、转体施工或斜拉抠索悬拼法施工。,2,、钢管拱肋成拱过程中，应同时安装横向连接系，未安装连接系的不得多于一个节段，否则应采取临时横向稳定措施。,3,、节段间环的焊缝的施焊应对称进行，施焊前需保证节段间有可靠的临时连接并用定位板控制焊缝间隙，不得采用堆焊。合龙口的焊接或栓接作业应选择在结构温度相对稳定的时间内尽快完成。,