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桥梁墩台施工技术讲义.docx
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桥梁墩台施工技术讲义
高速铁路(客运专线)
桥梁墩台施工技术讲义
第一部分桥梁墩台基本知识
桥墩台就是支承桥跨结构并将恒载和车辆荷载传至地基的建筑物。
一、桥墩
桥墩一般由顶帽、墩身及基础三部分组成
(一)桥墩类型
桥墩类型很多,大体可分为重力式桥墩和轻型桥墩两大类。
1、重力式桥墩
重力式桥墩的主要特点:
其墩身是截面较大的实体,一般用混凝土、砌石的等圬工材料建造。
其优点是坚固耐用、施工方便、养护工作量小,可以就地取材,同时对船筏、漂流物的撞击、磨损以及抵抗冰压力的作用较为有利。
其缺点是工程量大,自重大,使地基压力增加,墩身尺寸大,相应增加了基础的工程数量,在水中的桥墩阻水面积也大。
重力式桥段按其墩身截面形式,可分为矩形桥墩、圆端形墩、圆形墩和尖端形墩四种。
(1)矩形桥墩矩形桥墩外形简单、施工方便,圬工数量较省。
但对水流的阻力较大;桥墩附近容易引起较大的河床冲刷。
一般用于无水的旱桥和水流较小的跨谷桥。
(2)圆端形桥墩
墩身截面中间部分为矩形,两端为圆形。
半圆形对水流阻碍较小,使水流顺畅通过桥孔,可减小水流对桥墩四周考核床的冲刷和水流压力。
但施工较矩形复杂,一般用于常年有水河流。
这种类型桥墩在铁路桥梁中应用最多。
(3)圆形桥墩
(4)尖端形桥墩,施工较麻烦,使用较少
2、轻型桥墩
轻型桥墩型式很多,而且都有各自的特点和使用条件,选用时必须根据桥位处的地形、地质、水文和施工条件综合确定。
轻型桥墩主要有桩柱式、双柱式、空心墩、柔性墩等。
(1)空心桥墩
重力式(实体)桥墩的缺点是结构粗笨,墩身及基础的圬工量大,墩身材料强度难于充分发挥和利用。
为减轻重量,节省圬工的目的。
空心墩的横截面多为圆形,便于滑模施工,也有圆端形和矩形。
(2)柱状式桥墩和双柱式桥墩
柱状式桥墩亦称排架式桥墩,双柱式桥墩亦称刚架式桥墩。
(3)柔性桥墩
桥墩即高且细、在桥式布置上采取了一定的结构措施,使柔性墩承受较小的纵向水平力。
(二)桥墩构造
1、顶帽
常见的顶帽型式有飞檐式和托盘式两种。
顶帽的作用:
一是安放桥梁支座,直接支承桥跨结构,承受很大的支承反力,并将桥跨结构传来的集中力均匀地分散给墩身,故要求顶帽有一定的厚度;其二为架梁施工和养护维修提供必要的工作面。
2、墩身
(1)实体墩身
由于墩身各截面的内力,是自墩身顶部起向下逐渐增大,为了使各截面受力均匀,一般墩身尺寸顶部较小,底部尺寸较大,因此,墩身纵、横两个方向一般做成斜坡。
(2)空心墩身
空心墩身在构造上有下列要求:
1)最小壁厚
2)实体过渡段
3)通风孔,作用时调节空心墩内外温差,避免墩璧因温差过大而产生裂纹。
4)进人洞,为便于检查维修空心墩内部。
5)排水孔
二、桥台
桥台是连接桥跨结构与路基的结构物,它的前端支承着桥跨结构,后端与路基填土衔接,并起挡土的作用。
为使与路基的连接可靠,桥台上部应伸入路基一定深度,在路基前端的填土应按一定的坡度做成锥体,称为锥体填土。
锥体和桥头路基的坡面应加铺砌防护,以免受流水的冲刷。
(一)桥台的类型与适用条件
桥台类型很多,大体上可分为重力式桥台与轻型桥台两大类。
1、重力式桥台
(1)U形桥台
(2)T形桥台
(3)埋式桥台
(4)耳墙式桥台
2、轻型桥台
(1)桩柱式桥台
(2)锚定板桥台
(二)桥台的构造
1、台顶部分
桥台顶帽地面线以上部分称为台顶部分。
在T形桥台中,台顶部分由顶帽、道砟槽和承托道砟槽的台顶圬工组成。
(1)道砟槽的构造
道砟槽的作用是铺放道砟、承托轨枕、钢轨等线路设备。
(2)顶帽
桥台顶帽的作用和构造与桥墩顶帽相同,此处不再重复。
2、台身构造
台身是指顶帽底面以下,基础顶面以上的部分。
3基础
构造要求与桥墩相同。
4、附属建筑
(1)锥体填土
(2)锥体护坡
第二部分桥梁设计概况
一、客运专线桥梁
1、桥梁是客运专线土建工程中重要组成部分,比例大、高架桥、长桥多高速铁路与普通铁路的桥梁相比所占比例比较大
2、桥梁的主要功能是为高速列车提供高平顺、稳定的桥上线路
3桥上线路与路基上、隧道中的线路不同,由于桥梁结构在列车活载通过时产生变形和振动,并在风力、温度变化、日照、制动混凝土徐变等因素作用下产生各种变形,桥上线路平顺性也随之发生变化。
因此,每座桥梁都是对线路平顺的干扰点,尤其是大跨度桥梁。
为了保证高速列车的行车安全和乘坐舒适,高速铁路桥梁除了具备一般桥梁的功能外,首先要为列车高速通过提供高平顺、稳定的桥上线路。
二、设计原则
1、设计活载图式
1)设计活载图式的大小直接影响桥梁的承载能力和建造费用,是重要的桥梁设计参数。
图式的制定应满足运输能力和车辆的发展
2)我国普通铁路桥梁采用中—活载图式和相应的动力系数
3)欧洲统一采用UIC活载图式,它涵盖6种运营列车,包括高速列车和重载列车,相应的动力系数仅与跨度有关
4)我国客运专线采用ZK活载图式(0.8UIC)以及与UIC一致的动力系数
2、耐久性措施
我国客运专线桥梁设计暂规以及设计图纸中比考虑的耐久性措施
1)采用整体、密闭的桥面
2)提高了保护层厚度
3)预留检查通道
4)简化常用跨度标准梁的品种
5)采用高性能混凝土
6)优化构造细节
3、墩台
1)墩台基础的纵向刚度应满足纵向力安全传递的要求,横向刚度应保证上部结构水平折角在规定的限值以内
2)保证桥墩具有足够的刚度,除矮墩采用实体墩外,一般为空心墩,禁止使用轻型墩
3)为便于养护、外观简洁,取消墩帽、并在墩顶设有1m深的凹槽,梁底进人孔位于墩顶
4)墩顶预留千斤顶顶梁位置
5)简支梁墩顶支座纵向间距由普通铁路桥梁70cm放大至120cm
6)桥位制梁时,应考虑千斤顶张拉空间
7)无碴轨道建成后,可调整的余量很小,扣件的垫板在高程上最多调整2cm
4、墩台基础工后沉降应满足以下要求(必要时可采用调高支座):
a均匀沉降≤20mm
b相邻墩台不均匀沉降≤5cm。
5、简支梁下部结构刚度
铺设焊接长钢轨的混凝土简支梁,桥梁下部结构的纵向水平刚度应满足表列数值的要求。
下部结构纵向水平刚度(双线)
下部
结构
跨度(m)
最小水平刚度(KN/cm)
附注
桥墩
L≤12
120
不设钢轨伸缩调节器
16
200
不设钢轨伸缩调节器
20
240
不设钢轨伸缩调节器
桥墩
24
300
不设钢轨伸缩调节器
32
400
不设钢轨伸缩调节器
40
700
不设钢轨伸缩调节器
48
1000
不设钢轨伸缩调节器
桥台
3000
不设钢轨伸缩调节器
注:
单线桥梁墩台顶的最小水平线刚度的限值按表内值的二分之一取值。
6、墩台基础的沉降量
墩台基础的沉降量应按恒载计算,其工后沉降量不应超过下列容许值:
墩台均匀沉降量:
对于有碴桥面桥梁:
30mm
对于无碴桥面桥梁:
20mm
外静定结构相邻墩台沉降量之差:
对于有碴桥面桥梁:
Δ=15mm
对于无碴桥面桥梁:
Δ=5mm
Δ—相邻墩台沉降量之差,单位mm。
L—相邻墩台间的梁跨长,单位m。
对于外静不定结构,其相邻墩台均匀沉降量之差的容许值,除要满足外静定结构相邻墩台沉降量之差的要求外,还应根据沉降时对结构产生的附加应力的影响而定。
三、青荣线墩台设计情况
1、墩台设计
桥墩一般采用圆端形桥墩。
桥台使用一字形桥台。
2、桥梁基础设计
深基础可采用钻孔桩基础。
一般常用跨度桥梁采用桩径为1.0m或1.25m的钻孔桩,对于大跨桥梁桩径可采用1.5、2.0m的钻孔桩。
3、沉降控制
1)各类基岩、碎石、块石类土、砂类土地基一般不作沉降计算,其余土地基都应进行沉降检算。
2)桥墩台基础的沉降按恒载计算,对于外静定结构,有砟轨道桥梁墩台基础工后沉降不大于30mm,相邻墩台沉降差不大于15mm;无砟轨道桥梁墩台基础工后沉降不大于20mm,相邻墩之间沉降差不大于5mm。
对于超静定结构,相邻墩台沉降差还应根据沉降对结构产生的附加应力的影响而定。
第三部分墩台施工
墩台施工是整个桥梁施工的重要组成部分。
其圬工量大,工序较多,特别是高墩施工,对于解决垂直运输、高空作业安全等问题尤为突出。
因此,应根据墩台类型和现场具体条件,选用合理的施工方法。
尽量采用机械化施工,并使各工序紧密配合,以加快施工进度和提高工程质量。
桥梁实体墩台可以用砌体(石砌、混凝土块砌)砌筑和混凝土灌注。
高速铁路客运专线墩台施工均采用混凝土墩台,本节内容仅述及混凝土墩台施工进行。
一、混凝土墩台施工
就地浇筑的混凝土墩台施工有两个主要工序,一是制作与安装墩台模板;二是混凝土浇筑。
(一)墩台模板
1、模板的基本要求
混凝土及钢筋混凝土墩台轮廓尺寸的准确度,须由模板的制造与安装予以保证。
为确保工程质量,模板必须符合下列要求:
(1)具有足够的强度、刚度和稳定性,能可靠地承受施工中的各种荷载,保证受力后不松动、不变形。
能保证结构的设计形状、尺寸和模板各部件间相互位置的准确性。
(2)尽可能采用组合式钢模板或大模板,提高模板的适应性和周转率。
(3)模板面光滑平整、接缝严密,确保混凝土在强烈震动下不漏浆。
。
(4)便于制作,装卸方便,施工操作方便,保证安全。
2、模板的类型
墩台模板的分类主要有两种形式,即按材料分类和按模板结构及施工方法分类。
按材料分类,有钢模、木模、钢木结合模板等。
一般采用木材或刚才制成,木模板质量轻,便于加工成墩台所需尺寸,但较易损坏,使用次数少,钢模板造价较高,装拆方便,且重复使用次数多。
按模板结构及施工方法分类,可分为拼装式模板、整体吊装模板、和滑动钢模板等。
(1)拼装式模板:
是由各种尺寸的标准模板并利用销钉连接,与拉杆和加劲构件等组成所需形状的模板。
(2)整体吊装钢模板:
是将墩台模板水平分成若干段,每段模板组成一个整体,在地面拼装后吊装就位。
本工艺采用该类型模板。
(3)滑动模板:
有液压升模板、电动升模板和人工提升抽动模板。
适用于较高的墩台和吊桥、斜拉桥的索塔施工,其构造为模板、圈、支承杆、千斤顶、顶架、操作平台和吊架等。
本标段20m及以下墩台采用整体式钢模板,20m及以上墩台采用爬摸施工。
3、几种滑动模板施工工艺介绍
(1)滑动模板法
滑动模板法是用一套模板、连同工作脚手架以整体形式安装在基础顶面。
依靠自身的支承和提升系统,在灌注混凝土的同时,模板随之慢慢向上滑升,实现连续不断地灌注混凝土。
滑模法适用于墩高15m以上的高空心墩身施工。
滑动模板的优点:
1)施工进度快,由于简化了立模、拆模等工序,混凝土连续灌注、在一般气温下,每昼夜平均能抽高5~6m。
2)混凝土质量好,采用干硬、半干硬性混凝土,机机械振捣,连续作业,减少了接头缝,加强了混凝土的整体性,提高了混凝土质量。
3)滑动模板可用于直坡墩身,也可用于斜坡墩身,模板本身附带内外吊栏、平台、栏杆等,以墩身为支架,墩身混凝土的灌注随模板缓慢滑升连续不断进行,故而安全可靠。
滑动模板构造:
滑动模板的构造因桥墩类型、提升工具的不同也稍有不太能够,但其主要部件与作用大致相同。
一般可分为顶架、辐射梁、内外圈、内外支架、模板、平台及吊栏、提升设备等。
(2)翻模法
翻模由上中下三届模板组成,随着混凝土的连续灌注,下层混凝土达到拆模强度后,由下向上将模板拆除、连续支立,如此循环往复,完成桥墩的灌注施工,翻模施工技术适用于圆形、圆锥形、矩形等各种截面形式的高墩施工。
翻模法发展为自升工作平台式,提高了模板的机械化程度,减轻了劳动强度,但投入较大。
采用翻模施工安全、质量可靠、速度快、经济效益显著,混凝土内实外美,表面质量明显优于滑升模板。
(3)爬摸法
爬摸法是以已凝结的
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