学习单元1.5 桥梁施工方法特点及常备式结构机具

1.5.1 桥梁施工方法的发展

随着世界各国技术、经济的进步，交通事业有了很大的发展，交通量的猛增和人们物质文化水平的提高，对道路和桥梁的要求也越来越高，就桥梁而言主要表现为：

（1）对桥梁功能的要求越来越高。例如，桥梁的跨越能力、通过能力、承载能力及行车的舒适性等要求日益提高。

（2）对桥梁造型的艺术要求越来越高。特别是城市桥梁，往往作为城市的象征，其建筑造型成为重要的评价指标。

（3）对桥梁的环保要求越来越高。例如，行车污染和噪声限制等。

（4）对桥梁的施工速度、施工质量和施工管理水平的要求普遍提高，施工中普遍采用大型施工机具、设备以加快施工速度。

桥梁设计与施工应尽量做到经济实效、技术先进、安全舒适、美观实用、快速优质的要求。当前，桥梁施工技术的发展和进步主要表现在以下几个方面：

（1）对于中小跨径的桥梁构件更多地考虑了工厂（现场）预制，采用标准化设计的装配式结构。该方法有助于提高工业化的施工程度，施工质量高，施工速度快。目前我国在简支体系的桥梁中普遍采用装配式结构，其中装配式简支T形梁跨径达到50m。

（2）悬臂施工技术在大跨径桥梁中得到普遍应用，其施工效率较高，特别是预应力混凝土结构，可以充分利用预应力结构的受力特点，而得以迅速发展。目前采用悬臂施工技术修件的预应力梁式桥跨径已达270m，钢筋混凝土拱桥达420m，钢拱桥达550m，斜拉桥达900m。

（3）桥梁机具设备向着大功能、高效率和自动控制的方向发展，尤其是深水基础的施工机具、大型起吊设备、长大构件的运输装置、大吨位的预应力张拉设备、大型移动模架等。这些施工设备对加快施工速度和提高施工效率起着重要的作用。

（4）依据桥梁结构的体系、跨径、材料和结构的受力状况可以更方便、合理地选择最合适的施工方法。桥梁施工技术的发展，能够更好地满足设计的要求，桥梁设计与施工之间的关系更加密切。

（5）桥梁施工应积极推广使用经过鉴定的新技术、新工艺、新结构、新材料、新设备。施工中做到安全生产、文明施工，减少环境污染，严格执行施工技术规范及有关操作规程。

1.5.2 桥梁施工与各因素的关系

桥梁施工包括合理选择施工方法，进行必要的施工验算，选择或设计、制作施工机具设备，选购与运输建筑材料，安排水、电、动力、生活设施以及施工计划、组织与管理等方面的工作。由于影响桥梁施工的因素很多，这就要求桥梁施工中应合理处理好各种因素，确保桥梁施工顺利进行。

1.施工与设计的关系

桥梁施工与设计有着密切的关系，特别是对于体系复杂的桥梁，往往不能一次按图纸完成结构的施工，需要进行施工中的体系转化。因此在考虑设计方案时，要考虑施工的可行性、经济性和合理性；在技术设计中要计算施上各阶段的强度（应力）、变形和稳定性，桥梁设计要同时满足施工阶段和运营阶段的各项要求。在施工中，通过各种途径来校核与验证设计的准确性，形成设计与施工相互配合、相互约束、不断发展的关系。

桥梁施工应严格按照设计图纸完成。在施工之前，施工人员应对设计图纸、说明书、工程预算及施工计划和有关的技术文件进行详细的研究，掌握设计的内容和要求。根据施工现场的情况，确定施工方案，编制施工计划，购置施工设备和材料进行施工。

2.施工与工程造价

近年来，在国内外桥梁工程建设中，材料费用在整个工程造价中的比例有所下降，而施工费和劳动力工资所占的比例在不断上升，特别是特大跨径和结构比较复杂的桥梁尤其显著。因此施工费用对工程造价起着举足轻重的作用。

影响桥梁施工费用的主要因素是构件的制造费用、架设费用和工期。桥梁施工是将大量的原材料进行运输、制作和拼装，要使用大量的劳动力和机具进行长时间的野外作业，为了缩短工期，确保经济而又安全施工，则在桥梁设计中充分考虑结构便于制作和架设；在施工中制定周密的施工计划，缩短工期，减少施工管理费用，降低桥梁造价。另外，通过缩短工期，早日通车可以获得较大经济效益和社会效益。

为确保施工质量，加快施工速度，降低工程造价，应从以下几个方面加以考虑：

（1）提高施工队伍的素质，培养技术熟练、应变能力强的施工技术专业人员。

（2）提高施工机械化程度，做到机具设备配套，使用效率高。

（3）组织专业化施工，使技术力量、机具设备得到充分利用。

（4）加强施工的科学管理，做到文明施工。使工程质量、工期、费用处于最优的组合状态。

3.桥梁施工组织管理

桥梁施工主要是指施工技术。在进行桥梁初步设计时就应确定工程的基本施工方法；在工程施工中，结合已有的机具设备和施工能力，制定各施工阶段的施工程序和施工文件。

桥梁施工组织管理是在施工管理上制定周密的施工计划，确保在规定的工期内优质地完成设计图纸所要求的内容，桥梁施工组织设计一般包括以下内容：

（1）编制依据。

（2）工程概况。

（3）施工准备工作及设计。

（4）各分部（项）工程的施工方案和施工方法。

（5）制定工程进度计划。根据合同条件及施工技术要求，依照工期及气象、水文等条件，制定分项、分部工程进度计划和整体进度计划，确保按期完工，它是施工组织管理的总纲领。

（6）安排人事劳务计划。根据各施工阶段的进度和施工内容，确保各阶段所需的技术人员、技工及劳务工的计划；同时确定工程管理机构和职能部门，各负其责。

（7）临时设施计划。根据施工进展情况，合理设置临时设施。生产性临时设施包括构件预制厂、施工便道（便桥）、运辖线路等；非生产性临时设施包括办公室、仓库、宿舍等。

（8）机具设备使用计划。包括各施工阶段所需机具设备的种类、数量、使用时间等，以便制定机具设备的购置、制作和调拨计划。

（9）材料及运输计划。根据总施工计划编制材料供应计划，安排材料、设备和物资的运输计划。

（10）工程财务管理。包括工程的预算、资金的使用概算、各种承包合同、施工定额、消耗定额等方面的管理。

（11）安全、质量与卫生管理（文明施工）。桥梁的施工技术与组织管理在内容上是有区别的，但在实际工作中的关系是密切的。施工技术是保证工程能按照设计进行施工，而只有严格的组织管理才能圆满地按照承包合同完成施工任务。

1.5.3 桥梁施工方法选择

选择桥梁的施工方法，应充分考虑桥位处的地形、环境，安装方法的安全性、经济件和施工速度。因此在进行桥梁设计时需对桥位现场条件进行详细调查，掌握现场的地理环境、地质、气象水文条件。施工现场的条件不仅为选择正确、合理的施工方法提供依据，同时还直接涉及到桥型方案的选择和布置。

在选择施工方法时，应根据以下条件综合考虑：

（1）使用条件。选择施工方法时应考虑桥梁的类型、跨径、桥梁高度、桥下净空要求、平面场地的限制、结构形式等。

（2）施工条件。主要考虑工期要求、起重能力和机具设备要求、施工期间是否封闭交通、临时设施选用、施工费用等。

（3）自然环境条件。主要考虑山区或平原、地质条件及软弱土层的状况、对河道和交通的影响。

（4）社会环境影响。对施工现场环境的影响包括公害、污染、景观影响，对现场的交通阻碍等。

各类桥梁施工方法的选择可参照表1.8。

1.5.4 桥梁施工的常备式结构

施工设备和机具是桥梁施工技术中的一个重要课题，施工设备和机具的优劣往往决定了桥梁施工技术的先进与否；反过来，桥梁施工技术的发展，也要求各种施工设备和机具不断更新和改造，以适应施工技术的发展。

现代大型桥梁施工设备和机具主要有：

（1）各种常备式结构，包括万能杆件、贝雷梁等。

（2）各种起重机具设备，包括千斤顶、吊机等。

（3）混凝土施工设备，包括拌和机、输送泵、振捣设备等。

（4）预应力锚具及张拉设备，包括张拉千斤顶、锚夹具、压浆设备等。

桥梁施工设备和机具种类繁多，在进行施工组织设计和规划时，应根据施工对象、工期要求、劳动力分布等情况，合理地选用和安排各种施工设备和机具，以期发挥其很大的功效和经济效益，确保高质量、高效率和安全如期完成施工任务。

此外，桥梁的施工实践证明，施工设备选用的正确与否，也是保证桥梁施工安全的一个重要条件，许多重大事故的发生，常常与施工设备陈旧或者使用不当有关。

1.钢板桩

钢板桩用于开挖深基坑和水中进行桥梁墩台的基础施工时，为了抵御坑壁的土压力和水压力，必须采用钢板桩，有时需做成钢板桩围堰。

2.钢管脚手架（支架）

常用的钢管脚手架有扣件式、螺栓式和承插式三种。扣件式钢管脚手架的特点是拆装方便，搭设灵活，能适应结构物平、立面的变化。螺栓式钢管脚手架的基本构造形式与扣件式钢管脚手架大致相同，所不同的是用螺栓连接代替扣件连接。承插式钢管脚手架是在立杆上承插短管，在横杆上焊以插栓，用承插方式组装而成。钢管脚手架一般用于安装桥梁施工用模板、支架和拱架等临时设施。

3.常备模板

拼装式钢模板、木模板和钢木组合模板的构造基本相同，整套模板均有底模、侧模和端模三部分组成。

整体式模板是预制工厂的常备结构，常用于桥梁预制厂进行标准定型构件的施工。特别是在中小跨径装配式简支梁（板）的预制施工中得到普遍应用。

4.万能杆件

钢制万能杆件用于拼装桁架、墩架、塔架和龙门架等，作为桥梁墩台、索塔的施工脚手架，或作为吊车主梁以安装各种预制构件。必要时可以作为临时的桥梁墩台和桁架。万能杆件具有拆装容易、运输方便、利用率高、构件标准化、适应性强的特点。

目前我国桥梁施工中使用的万能杆件类型包括：甲型（M型）、乙型（N型）和西乙型。万能杆件一般由长弦杆、短弦杆、斜杆、立杆、斜撑、角钢、节点板等组成。

用万能杆件拼装桁架时，其高度分为2m、4m、6m及以上。当高度为2m时，腹杆为三角形；当高度为4m时，腹杆为菱形；高度超过6m时，腹杆做成多斜杆形式，如图1.20所示。

5.贝雷梁

贝雷梁有进口和国产两种规格。国产贝雷梁其桁节用16锰钢，销子用铬锰钛钢，插销用钢制造，焊条用T505x型，桥面板和护轮用松木或杉木。

装配式公路钢桥为半穿式桥梁，其主梁用每节3m长的贝雷桁架用销子连接而成。两边主梁间用横梁联系，每节桁架的下弦杆上设置2根横梁，横梁上放置4组纵梁，靠边搁置的2组纵梁为有扣纵梁。纵梁上铺木质桥面板，用扣纵梁上的扣子固定桥面板的位置。桥面板的两端安设护轮木，用护木螺栓通过护轮木长方孔与纵梁扣子相连接，将桥面板压紧在纵梁上。

为增加贝雷桁架的强度，主梁可以数排并列或双层叠放，如图1.21所示。各种组合的贝雷桁架习惯先“排”后“层”称呼。

6.施工挂篮

施工挂篮是悬臂施工必需的施工设备。施工挂篮可采用万能杆件、贝雷梁等构件拼装而成。

挂篮设计应满足自重轻、充分利用常备构件、结构简单、受力明确、运行方便、坚固稳定、便于装拆、工艺操作安全、方便。

施工时应注意挂蓝在移动时及浇筑混凝土时的安全度。挂篮的移动和装拆是借助于卷扬机来进行的。卷扬机设于主桁架的后侧，如图1.22所示。辅助设备还包括锚固系、平衡重、台车系、张拉平台和模板梁等。

1.5.5 桥梁施工的主要机具设备

1.起重机具

（1）龙门架。龙门架是一种最常见的垂直起吊设备。在龙门架顶横梁上设行车时，可横向运输重物、构件；在龙门架两腿下缘设有滚轮并置于铁轨上时，可在轨道上纵向运输：如在两腿下设能转向的滚轮时，可在任何方向实现水平运输。龙门架通常设于构件预制场，进行构件的移运和施工材料、施工设备的运输；或设在桥墩顶、墩旁安装梁体。常见的龙门架种类有钢木混合龙门架、拐脚龙门架和装配式钢桁架（贝雷）拼装的龙门架。图1.23为公路装配式钢桁架（贝雷）拼装的龙门架示例。

（2）浮吊。在通航河流上修建桥梁，浮吊船是重要的工作船。常用的浮吊有铁驳轮船浮吊和用木船、型钢及人字扒杆等拼成的简易浮吊。

（3）缆索起重机。缆索起重机适用于高差较大的垂直吊装和架空纵向运输，吊运量从几吨到几十吨，纵向运距从几十米到几百米。

缆索起重机是由主索、天线滑车、起重索、牵引索、起重及牵引绞车、主索地锚、塔架、风缆、主索平衡滑轮、电动卷扬机、手摇绞车、链滑车及各种滑轮等部件组成。在吊装拱桥时，缆索吊装系统除了上述部件外，还有扣索、扣索排架、扣索地锚、扣索绞车等部件。

1）主索。主索亦称承重索或运输天线。它横跨桥墩，支承在两侧塔架的索鞍上，两端锚固于地锚。吊运构件的行车支承于主索上。

2）起重索。起重索主要用于控制吊装构件的升降（即垂直运输），端与卷扬机滚筒相连，另一端固定于对岸的地锚上。当行车在主索上沿桥跨往复运行时，可保持行车与吊钩间的起重索长度不随行车的移动而变化，如图1.24所示。

3）牵引索。为拉动行车沿桥跨方向在主索上移动（即水平运输），故需一对牵引索，分别连接两台卷扬机上，也可合拴在一台双滚筒卷扬机上，便于操作。

4）结索。结索用于悬挂分索器，使主索、起重索、牵引索不致相互干扰。它仅承受分索器重力及自重。

5）扣索。当拱箱（肋）分段吊装时，为了暂时固定分段拱箱（肋）所用的钢丝绳称为扣索。扣索的一端系在拱箱（肋）接头附近的扣环上，另一端通过扣索排架或过河天扣索固定于地锚上。为便于调整扣索的长度，可设置手摇绞车及张紧索，如图1.25所示。

6）缆风索。缆风索亦称浪风索，用来保证塔架的纵向稳定性及拱肋安装就位后的横向稳定性。

7）塔架及索鞍。塔架是用来提高主索的临空高度及支承各种受力钢索的结构物，塔架一般采用钢结构，塔架顶上设置索鞍，如图1.26所示，为放置主索、起重索、扣索用。

8）地锚。地锚亦称地垄或锚碇，用于锚固主索、扣索、起重索及绞车等。地锚的可靠性对缆索吊装的安全性有决定性影响，设计和施工都必须高度重视。按照承载能力的大小及地形、地质条件的不同，地锚的形式和构造可以是多种多样的。还可以利用桥梁墩、台做锚碇，这样能节约材料，否则需设置专门的地锚。如图1.27为片石混凝土构成的卧式地锚。在地锚中预留索槽，其尾锚碇板后锚梁用19根43号钢轨组成半圆形，轨面用20圆钢嵌实。

9）电动卷扬机及手摇绞车。该设备主要用于做牵引、起吊等的动力装置。电动卷扬机速度快，但不易控制，一般多用于起重索和牵引索。对于要求精细调整钢束的部位，多采用手摇绞车，以便于操纵。

10）其他附属设备。其他附属设备有在主索上行驶的行车（又称跑马车）、起重滑车组、各种倒链葫芦、法兰螺栓、钢丝卡子（钢丝轧头）、千斤绳、横移索等。

（4）架桥机。目前我国使用的架桥机类型很多，其构造和性能也各不相同。只常见的有单梁式架桥机和双梁式架桥机两种。图1.28为架桥机示意图。

采用架桥机架设桥梁，主要有以下特点：

1）架桥机支承在桥梁墩台上，并自行前移，施工机械化程度高，施工方便。

2）轴重小，能自动在桥上行驶并进行纵横向对位。

3）梁体直接通过运梁平车运输至架桥机处，不需中间换梁，减少起吊设备。

4）架桥施工速度快。

5）不受地形限制。

2.起重设备

（1）千斤顶。千斤顶用于起落高度不大的起重，例如顶升梁体。千斤顶按其构造不同可分为螺旋式千斤顶、油压式千斤顶和齿条式千斤顶三大类。

使用油压千斤顶时，可用几台同型千斤顶协同共顶一重物，使其同步上升。其办法是将各千斤顶的油路以耐高压管连通，使各千斤顶的工作压力相同，则各千斤顶均分起重。

（2）千斤绳。千斤绳用于捆绑重物起吊或固定滑车、绞车。

（3）卡环。卡环也称卸扣或开口销环，一般用圆钢锻制而成，用于连接钢丝绳与吊钩、环链条之间及用于千斤绳捆绑物体时固定绳套。卸扣装卸方便，较为安全可靠。卡环分螺旋式、销子式、半自动式三种。

（4）滑车。滑车又称滑轮或葫芦。

（5）滑车组。滑车组由定滑车和动滑车组成，它既能省力又可改变力的方向。滑车组种类如图1.29所示。

（6）钢丝绳。钢丝绳一般由几股钢丝子绳和一根绳芯拧成。绳芯用防腐、防锈润滑油搔透过的有机纤维芯或软钢丝芯组成，而每股钢丝绳是由许多根直径为0.4～3.0mm、强度为1.4～2.0GPa的高强度钢丝组成。

（7）卷扬机。卷扬机亦称绞车，分为手摇绞车和电动绞车。

3.混凝土施工设备

桥梁施工中，常用的混凝土施工设备有混凝土搅拌机、混凝土泵、振捣器等。

（1）混凝土搅拌机。混凝土搅拌机分为自落式和强制式两种。自落式一般用于拌制塑性混凝土和低流动性混凝土。其生产能力低，质量差，但具有机动灵活的特点，较多用于施工现场拌制小批量混凝土。强制式一般用于拌制干硬性、轻骨料混凝土或低流动性混凝土。其生产能力大，拌和质量好，一般用于大型混凝土拌和站。

（2）混凝土泵。混凝土泵是利用管道输送混凝土的机械设备。根据其工作原理分为机械式活塞泵、液压式活塞泵和挤压式泵三种。其特点是机动灵活，所需劳动力少，管道布置方便。

（3）振捣器。振捣器分为插入式、附着式和平板式三种。振捣器的种类、功率与配置，受混凝土稠度、梁的截面形状与尺寸大小、模板种类、振捣器的输出功率以及振捣频率等多种因素所影响，所以必须根据工作条件选择适宜的振捣器与相应的布置方法。

（4）混凝土运输机具。混凝土的运输机具设备应根据结构物特点、混凝土浇筑量、运距、现场道路情况以及现有机具设备等条件进行选择。

混凝土的水平运输机具包括手推车、翻斗车、自卸汽车、搅拌车、输送泵等。

混凝土的垂直运输机具包括升降机、卷扬机、塔式起重机、吊车、输送泵等。

4.预应力张拉和锚固设备

（1）锚具与连接器。锚具是保证预应力混凝土结构安全可靠的技术关键之一，尤其是后张法预应力的传递主要借助锚具传递和承受。因此，要求锚具必须有可靠的锚固性能，足够的刚度和强度，使用简便迅速。

锚具的形式繁多，按其所锚固的预应力筋不同分为粗钢筋锚具、钢丝束锚具以及钢绞线锚具。按其锚固受力原理不同可分为摩阻型锚具、承压型锚具和靠黏结力锚固的锚具。摩阻型锚具通常是由带圆模形内孔的锚圈和圆锥形的锚塞或圆锥形夹片组成，是借助张拉钢筋的回缩带动锚塞或夹片将钢筋模拉紧而锚固的。这类锚具应用较广，吨位较大，但这类锚具预应力损失较大，要重复张拉不方便。承压型锚具是利用钢筋的镦粗头或螺纹承压进行锚固的。这类锚具应力损失较小，连接较方便，在未灌浆之前可重复张拉，但它对顶应力钢材下料要求很精确。

（2）千斤顶。各种锚具需配置相应的张拉设备及各自适用的张拉千斤顶。目前国内常用的预应力用液压千斤顶有：拉杆式千斤顶、台座式千斤顶、穿心式千斤顶和锥锚式千斤顶等。预应力用液压千斤顶分类及代号，见表1.9。

1）台座式千斤顶。在先张法预应力台座上用来施加预应力或用于起重、顶推作业。该千斤顶结构合理，使用方便，安全可靠，使用范围较广。YSD型台座式千斤顶如图1.30所示。

2）穿心式千斤顶。千斤顶中轴线上有通长的穿心孔，可以穿入预应力筋或拉杆。主要适用于群锚及JM锚预应力张拉，还可配套拉杆、撑脚，用于镦头锚具等。如图1.31所示的YC60穿心式千斤顶。

3）锥锚式千斤顶。TD60型锥锚式千斤顶是一种具有张拉、顶压与退楔的三作用千斤顶，如图1.32所示。

（3）预应力施工其他设备。

1）制孔器。目前，国内桥梁预应力混凝土构件预留孔道所用的制孔器主要有两种：抽拔橡胶管与螺旋金属波纹管。

a.抽拔橡胶管。浇筑混凝土前，在钢丝网胶管内事先穿入钢筋（称芯棒），再将胶管连同芯棒一起放入模板内，与钢筋骨架绑扎成整体，待浇筑混凝土达到一定强度后，抽去芯棒，再拔出胶管，形成预留孔道。采用抽拔橡胶管形成预留孔道时，要选择合适的抽拔时间。一般抽拔时间要在混凝土初凝和终凝之间。若过早抽拔，混凝土容易塌陷而堵塞孔道，过迟则抽拔困难，甚至会拔断胶管。

b.螺旋金属波纹管。在浇混凝土之前，将波纹管按筋束设计位置，利用定位筋将波纹管与钢筋骨架绑扎牢固，再浇筑混凝土，混凝土结硬后即可形成孔道。这种金属波纹管，一般采用铝材经卷管机压波后卷成。具有质量轻、纵向弯曲性能好、径向刚度大、弯折方便、接头少、连接简单、与混凝土黏结性好等优点，它是后张预应力混凝土孔道成形用的理想材料。

2）穿索机。在桥梁悬臂施工和尺寸较大的构件中，一般都采用后穿法穿束。对于大跨桥梁有的筋束很长，人工穿束十分吃力，故采用穿索机穿束。

穿索机有两种类型：一是液压式，二是电动式，桥梁中多用前者。它一般采用单根钢绞线穿入，穿束时应在钢绞线前端套一子弹形帽子，以减小穿束阻力。穿束机由电动机带动用四个托轮支承的链板，钢绞线置于链板上，并用四个与托轮相对应的压紧轮压紧，则钢绞线就可借链板的转动向前穿入构件的预留孔中。最大推力为3kN，最大水平传递距离可达150m。

3）孔道压浆机。后张法预应力混凝土构件，预应力筋张拉锚固完成后，应尽早进行孔道压浆工作，以防预应力钢筋锈蚀，并使筋束与梁体混凝土结合为一整体。压浆机是由水泥浆搅拌桶、储浆桶和压送浆的泵及供水系统组成。压浆机的最大工作压力可达1.5MPa，可压送的最大水平距离为150m，最大竖直高度为40m。