桥梁墩台施工及检测定位方法的研究.docx
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桥梁墩台施工及检测定位方法的研究
摘要
桥梁墩台作为桥梁的重要组成部分,其质量的优劣直接关系到桥梁的上部结构。
随着交通建设迅速的发展,桥梁墩台的构建方法也有新的进展,本文以桥梁墩台的常见的型式为例,对桥梁墩台的施工步骤和施工方法进行了概括性的阐述,供相关施工技术人员参考,以期在提高工效的同时又能保证工程质量。
测设墩台中心位置的工作称为桥梁墩台定位，是墩台施工放样的基础。
桥梁墩台定位所依据的原始资料是桥轴线控制桩的里程和桥梁墩台的设计里程。
根据里程可以算出它们之间的距离，并按此距离标定出墩台的中心位置。
测设方法则视河宽、水深及墩位的情况，可采用直接测设或角度交会的方法。
墩、台中心位置定出以后，还要测设出墩、台的纵横轴线，以固定墩台方向。
关键词：
桥梁墩台检测定位施工方法
第1章绪论
1.1课题研究背景与意义
桥梁是人类文明的重要组成部分。
桥梁工程伴随社会生产技术的发展而发展的,既适应社会发展的需要,促进社会的进步,又反映一个社会的经济、文化、科技水平及其时代精神风貌。
19世纪是钢桥世纪,近代冶金工业提供的优质钢材使桥梁技术实现了一次飞跃,跨越能力由几十米扩大到了500米左右。
随着公路等级的提高,工程工期,质量安全要求越来越高,特别是公路桥梁往往受诸多因素的影响，本文讲述了墩台施工步骤及施工方法，对桥梁检测定位方法的几点研究以及桥梁墩、台中心定位及轴线测设，为保证桥梁的安全运营和提高使用年限有着十分重要的意义。
1.2桥梁墩台的定义与作用、分类
桥墩和桥台是支承桥跨结构并将恒载和车辆等活载传到地基的结构物。
通常设在桥梁两端的称为桥台，设在中间的称为桥墩，如图1所示。
桥墩除承受上部结构的荷重外,还要承受流水压力，水面以上的风力以及可能出现的冰荷载、船只、排筏或漂浮物的撞击力。
桥台除了是支承桥跨结构的结构物外，它又是衔接两岸接线路堤的构筑物,既要能承受上部结构的荷重，又要能挡土护岸、承受台背填土及填土上车辆荷载所产生的附加侧压力。
因此，桥梁墩、台不仅本身应具有足够的强度、刚度和稳定性,而且对地基的承载能力、沉降量、地基与基础之间的摩阻力等也都提出一定的要求，以避免在这些荷载作用下有过大的水平位移、转动或者沉降发生。
桥梁下部结构的发展趋势为向轻型合理的方向发展。
自上个世纪50年代以来，国内外出现了不少新型的桥梁墩台，尤其是在桥墩的表现形式上显得更为突出，把结构上的轻型合理与艺术造型上的美观有机地统一起来。
目前桥梁墩台种类繁多，本章的目的是从最基本和常见的墩台形式入手，掌握它们的基本构造、设计原则和一般的计算方法。
公路桥梁上常用的墩台按受力特点和构造特点大体可归纳为重力式墩台和轻型墩台两大类。
图1梁式桥桥墩、桥台位置示意图
重力式墩台由墩（台）帽、墩（台）身和基础三个部分组成（图2）。
这类墩、台的主要特点是靠自身重量来平衡外力而保持其稳定。
因此，墩、台身比较厚实，可以不用钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。
它适用于地基良好的大、中型桥梁或流冰、漂浮物较多的河流中。
在砂石料方便的地区，小桥也往往采用重力式墩、台。
重力式墩、台的主要缺点是圬工体积较大，因而其自重和阻水面积也较大。
轻型墩台的型式比较多，且有各自的使用特点和条件，具体选用何种型式还需要根据地质、环境、水质以及施工条件等综合因素考虑灵活使用，选用材料一般都为钢筋混凝土或者是配筋的钢筋混凝土，用石料砌筑的比较少，这就造成其自身的不足，刚度小且容易发生变形。
图2梁桥重力式墩台
第2章桥梁墩台施工工艺概述
2.1墩柱采用搭架立模
为了使承台与立柱接合面达到良好的效果，需要在承台上将立柱或肋柱部位凿去上面的浮浆，在承台上测量放样出立柱或肋柱中心点、纵横轴线。
弹出立柱模板位置线。
2.2盖梁及台帽
在立柱浇时之前需要先预埋直径120的通孔，且保证预埋的位置精准，只有当墩柱强度打到你一定的强度规范后才可以进行盖梁施工准备工作，立柱、台身中心点，盖梁台帽中心轴线需要测量放样出，墩柱顶面要凿毛。
2.3模板制作
墩柱模板采用定型钢模板；模板拼装必须保证足够的强度和刚度，并保证板央的平整度满足技术规范要求，对模板的固定要牢固可靠；盖梁底模采用在工字钢上先铺设一排方木（10×10cm），间距为80cm，上方利用木模加钢板，其中木模厚度不小于2.5cm，钢板厚度不小于3mm，边模采用大块组合钢模，背面加槽钢支撑，以提高边模的强度和刚度，拼装好后整体吊至施工现场，进行安装。
2.4钢筋制作与安装
2.4.1钢筋加工
钢筋一般在加工场地集中加工，经过抽查试验检测后，合格才可投入使用，其加工要严格按照图纸下料、加工成型好的钢筋规格，长短堆放整齐，且要防雨防锈，最后进行集中的绑扎、成型以及运输，同时在加工过程中特别注意一下几点：
1）钢筋表面应该清洁、没有油渍、漆皮等，保持干净；
2）在结构的最大应力处不要设置接头，在设置接头的地方要交错排列，错开的距离在50cm左右比较好；
3）焊接时留有的残渣要及时的清除。
2.4.2布筋
墩柱钢筋施工时，墩柱钢筋笼吊装时要对准位置，采用垂直法定位，中心点误差要在2cm之内，可以垫层来保证墩柱的边侧保护层。
台帽、盖梁钢筋施工时，钢筋的弯曲要符合要求，在接头处不要设置弯起钢筋，主筋、箍筋间距要依据图纸要求进行，同时预埋件的设置也要注意。
2.5立模
墩柱模板由于采用定型钢模板，用吊机吊装后，要检查其中定位垂直度，为控制其中心位置，可在立柱钢筋底部先对模板定位，垂直度用吊锤检查。
盖梁模板运至现场后，在现场先将底模吊至工字钢上，注意接缝及模板两边与中心轴线的距离，再安装边模板，吊装前涂刷脱模剂，然后用吊车按顺序将各边模板吊起进行整体拼装，为保证模板的整体稳定，模板整体拼装后，安装加劲和对拉螺杆，外用拉锚固定盖梁、台帽整体位置，拼装模板时还应注意保证拼缝的密封性和钢筋骨架的保护层，防止漏浆和露筋。
台帽背墙模板应特别注意纵向支撑或拉条的刚度，防止灌注混凝土时鼓肚，侵占梁端空隙。
2.6混凝土浇筑及养护
浇筑混凝土前，应对支架、模板、钢筋和预埋件进行检查，符合设计要求后，方可进行砼浇注。
模板内的杂物、积水和钢筋上的污垢应清理干净。
模板如有缝隙，应用海绵或泡沫填塞严密。
浇筑混凝土前，模板内面要涂刷脱模剂，砼浇注前检查混凝土的均匀性的坍落度，按设计要求控制坍落度。
混凝土应按一定的厚度、顺序、和方向分层浇筑。
应在下层混凝土初凝或能重塑前浇筑完上层混凝土，分层应水平，分层厚度不宜超过30cm。
墩柱浇筑时，砼自由下落高度一般不宜超过2m，以防发生离析。
否则应通过串筒、溜槽等设施卸浇混凝土。
在每层混凝土浇筑过程中，随混凝土的灌入及时采用插入式振动棒振捣。
振动棒振动移动间距不超过振动棒作用半径的1.5倍；振捣过程中，振动棒与模板间距保持5-10cm，并避免碰撞钢筋，不得直接或间接地通过钢筋施加振动。
振捣上层混凝土时，振动棒应插入下层混凝土出现较大的气泡。
对每一振动部位，必须振动到该部位混凝土密实为止。
密实的标志是混凝土停止下沉、不再冒出气泡、表面呈现平坦、泛浆。
浇筑混凝土过程中，设专人检查支架、模板、钢筋和预埋件，当发现有松动、变形、移位时，应及时处理。
浇筑完毕时，要进行收浆，并及时向表面洒水养护（水质与拌和用水相同），洒水养护时间一般为7d。
当承台与流动性地表水或地下水接触时，应采取防水措施，混凝土在浇筑后7d不受水的冲刷侵袭；混凝土强度达到2.5Mpa前，不得使其承受各种外加荷载。
2.7拆模
混凝土浇筑完成后，待其强度达到规范要求后，拆除模板，拆除的模板必须立即进行清理和修整，涂上脱模剂，转到下个结构物施工。
非承重侧模板在混凝土强度能保证拆模时不损坏表面及棱角，一般以混凝土强度达到2.5Mpa为准。
承台拆除模板后基坑还必须及时进行回填，回填时保证基底无渗漏无积水，回填土必须符合要求。
盖梁、台帽可先拆边模，底模须混凝土达到70%强度后方可拆除。
2.8空心墩台施工
空心墩台底部要分次单独的浇筑，每次浇筑要控制在5m之内，20cm~30cm的空心墩采用翻模施工。
混凝土的浇筑采用墩体实体段、墩身空心薄壁、墩顶实体段3个阶段进行。
混凝土由自动计量拌和站生产，输送车运输，泵送入模。
浇筑前需要做的工作就是将模板及材料进行检查，清除异物，保证模板缝隙严密，混凝土均匀，另外在浇筑的过程中要配备脚手架，以保证施工人员的安全。
浇筑的厚度不宜超过30cm，且要连续振捣，如有间断要控制在前层混凝土初凝前，如果间断时间过久就应按照工作缝进行处理。
在浇筑的过程中，要有专人时刻观察所设置的预埋螺栓、预留孔以及支座的位置是否移动或者发生变化，如有变化就要及时的校正。
当所有结构的混凝土浇筑完毕之后就可以裹膜洒水，进行养护。
第3章桥梁墩、台中心定位及轴线测设
桥梁墩台定位测量是桥梁施工测量中的关键性工作。
水中桥墩基础施工定位，采用方向交会法，这是由于水中桥墩基础一般采用浮运法施工，目标处于浮动中的不稳定状态，在其上无法使测量仪器稳定。
在桥梁施工测量中，最主要的工作是：
测设出墩、台的中心位置和它的纵横轴线。
其测设数据由控制点坐标和墩、台中心的设计位置计算,若是曲线桥还需桥梁偏角、偏距及墩距等原始资料。
测设方法则视河宽、水深及墩位的情况，可采用直接测设或角度交会的方法。
墩、台中心位置定出以后，还要测设出墩、台的纵横轴线，以固定墩台方向，同时它也是墩台施工中细部放样的依据。
3.1直线桥的墩、台中心定位
直线桥的墩，台中心都位于桥轴线的方向上。
已知墩、台中心的设计里程及桥轴线起点的里程，如图3所示，相邻两点的里程相减即可求得它们之间的距离。
测设墩、台中心的位置的方法：
直接测距法或交会法。
1.直接测距法
这种方法适用于无水或浅水河道。
如图4所示。
（1）用检定过的钢尺测设：
根据计算出的距离，从桥轴线的一个端点开始，逐个测设出墩、台中心，并附合于桥轴线的另一个端点上。
若在限差范围之内，则依各端距离的长短按比例调整已测设出的距离。
在调整好的位置上钉一小钉，即为测设的点位。
（2）用光电测距仪测设：
在桥轴线起点或终点架设仪器，并照准另一个端点。
在桥轴线方向上设置反光镜，并前后移动，直至测出的距离与设计距离相符，则该点即为要测设的墩、台中心位置。
为了减少移动反光镜的次数，在测出的距离与设计距离相差不多时，可用小钢尺测出其差数，以定出墩、台中心的位置。
随着工程的进展，需要经常进行交会定位。
为了工作方便，提高效率，通常都是在交会方向的延长线上设置标志，以后交会时可不再测设角度，而直接瞄准该标志即可。
当桥墩筑出水面以后，即可在墩上架设反光镜，利用光电测距仪，以直接测距法定出墩中心的位置。
图3墩、台中心的设计里程图4角度交会法
3.2曲线桥的墩、台中心定位
曲线桥墩、台中心定位的测量工作有：
曲线线路复测、桥轴线控制桩的测设、控制测量、墩台中心及墩台轴线的测设。
曲线桥上线路中线与每跨梁中心线的连线两者并不能完全吻合，如图5所示。
图5曲线桥上线路中线与每跨梁中心线
3.2.1曲线桥的几个术语
桥梁工作线：
各跨梁的中线联结起来的折线1-2-3-4…-K。
墩、台中心：
位于桥梁工作线转折角的顶点上（1、2、3…K），所谓墩台定位，就是测设这些转折角顶点的位置。
桥墩偏距：
墩、台中心与线路中心的距离E，（1-1’，2-2’，3-3’）等。
偏距E一般是以梁长为弦线的中矢值的一半，这是铁路桥梁的常用布置方法，称为平分中矢布置。
桥梁偏角
：
相邻两梁跨工作线构成的偏角。
桥墩交点距（中心距）Li：
桥梁工作线每段折线的长度L（如L1，L2，L3）。
跨梁间隙2a：
相邻两跨梁的端点在桥梁上（曲线内侧）要留一间隙（热胀冷缩）；2a>10cm。
曲线桥墩、台放样E、
、L在设计图中都已经给出，结合这些资料即可测设桥墩、台中心位置（1、2…K）。
曲线上的桥梁是线路组成的一部分，故要使桥梁与曲线正确的联结在一起，曲线桥测设的精度要求较高，需要用精确的方法重新测定曲线转向角，重新计算曲线综合要素，精密地测设曲线主点，需对线路进行复测。
由于桥轴线的精度要求较高，要设置桥轴线控制点（桩）。
曲线桥墩、台点位的测设精要求较高，距离和角度要精密测设，在测设过程中一定要多方检核。
3.2.2曲线桥墩、台中心定位的测设
1.曲线线路复测和桥轴线控制桩的测设
在桥轴线的两端测设出两个控制点，以作为墩、台测设和检核的依据。
两个控制点测设精度同样要满足估算出的精度要求。
在测设之前，首先要从线路平面图上弄清桥梁在曲线上的位置及墩台的里程。
A、复测：
对原线路上的曲线控制点以精密的方法进行测设。
检查切线上的线路控制点ZD.JD.ZH.HZ要位于相应的直线上；精测转向角，计算综合要素，精测切线距离T；（两控制桩从两条切线测设）；
注：
两控制桩从一条切线测设时，只精测一条切线不精测。
B、测设控制桩A、B：
据切线方向用切线支距法进行；在图上先设计好点位，把A、B两点在切线坐标系内的x、y算出；精确地将桥轴线上的控制桩A、B测设出来，打桩钉钉。
2.墩台中心的测设
根据控制桩A、B及给出的设计资料进行墩、台的定位。
根据条件，也是采用直接测距法或交会法。
A、直接测距法（适用于干旱河沟）
导线法：
由于墩中心距Li及桥梁偏角
i是已知的，可以从控制点A开始，逐个测设出角度（
i）及距离（Li），即直接定出各墩、台中心的位置，最后再附合到另外一个控制点B上，以检核测设精度。
（偏角应以J2经纬仪测设两测回）。
长弦偏角法（极坐标法）：
用测距仪测距较方便。
桥轴线控制桩A、B及各墩、台中心点1、2、3在切线坐标系内的坐标是可以求得的，故可反算出控制点A至墩、台中心的距离Di及其与切线方向间的夹角。
架仪器于控制点A，后视JD配盘0，拨出偏角，再在此方向上测设出Di，如图13-5所示，即得墩、台中心的位置该方法特点：
是独立测设，各点不受前一点测设误差的影响；但在某一点上发生错误或有粗差也难于发现。
所以一定要对各个墩台中心距进行检核测量，可检核相邻墩台中心间距，若误差在2cm以内时，则认为成果是可靠的。
B、角度交会法
当桥墩位于水中，无法架设仪器及反光镜时，宜采用交会法。
墩位坐标系：
与控制网的坐标系必须一致，才能进行交会数据的计算。
如果两者不一致时，则须先进行坐标转换。
x轴：
桥梁所在曲线的一条切线；原点：
以ZH（HZ）或位于直线上的控制点（如A点）。
墩中心位置：
在三方向交会时，当示误三角形的边长在容许范围内时，可取其重心作为墩中心位置。
交会数据的计算：
与直线桥时类似，根据控制点及墩位的坐标，通过坐标反算出相关方向的坐标方位角，再依此求出相应的交会角度。
3.3墩、台纵、横轴线的测设
为了进行墩、台施工的细部放样，需要测设其纵、横轴线。
纵轴线是指过墩、台中心平行于线路方向的轴线，横轴线是指过墩、台中心垂直于线路方向的轴线；桥台的横轴线是指桥台的胸墙线。
3.3.1直线桥的测设
墩台的纵轴线：
于线路的中线方向重合，不另测设。
墩台的横轴线：
在墩台中心置镜，自线路中线方向测设90°角。
直线桥的纵、横轴如图5所示。
图5直线桥的纵、横轴
3.3.2曲线桥的测设
墩台纵轴线：
位于桥梁偏角
的分角线上，纵轴线测设：
在墩、台中心架设仪器，照准相邻的墩、台中心，测设
/2角，即为纵轴线的方向。
横轴线测设：
自纵轴线方向测设90°角，即为横轴线方向。
曲线桥的纵、横轴如图6所示。
图6曲线桥的纵、横轴
3.3.2纵横轴线的护桩
墩、台中心的定位桩在在基础施工过程中要被挖掉，实际上，随着工程的进行，原定位桩常被覆盖或破坏，但又经常需要恢复以便于指导施工。
因而需在施工范围以外钉设护桩，以方便恢复墩台中心的位置。
在墩台每侧的纵、横轴线上，各钉设至少三个木桩。
在曲线桥上相近墩台的护桩纵横交错，使用时极易弄错，所以在桩上一定注意要注明墩台的编号。
第4章对桥梁检测定位工作的一些研究
4.1对引道及桥址周边环境进行检查量测
1.查看正桥与引桥、引遭（线）的衔接处是否正常，与竣工时的情况相比较，是否有变化。
2.桥址及其附近的水流河道是否改变，必要时还应测定主河槽的水流速度及其流向，桥下净宽有无改变，桥墩台处的局部冲刷与设计有关数据相比是否增大。
3.两岸的桥头填土石砌锥坡有无冲刷、滑移和损坏。
4.2测量垒桥的标高和线形
1.桥的标高和线形有联系关系，但又有区别。
前者是指某点的高程值，后者则是桥梁相关点的连线。
一座设计施工质量良好的桥梁，其标高和线形均应达到设计期望值。
2.量测的主要部位和项目有：
墩台的支承垫石（即支座垫板）顶面、承台顶面和梁底处的标高；墩台身在桥的纵、横向有无偏移倾斜。
（1）对斜拉桥和悬索桥，还应量测其主塔身在桥的纵、横向有无偏移倾斜，塔顶的变位。
（2）对悬索桥，还应量测主缆的线形；（3）对拱桥，还应量测拱肋轴线的线形。
4.3圬工粱拱检查量测
1.检查圬工有无风化、剥落、破损及裂逢，特别注意变截面处、加固修复处及防水层的情况。
对圬工剥落、裂缝处，应注意钢筋的锈蚀情况。
钢筋混凝土梁应重点检查宽度超过0.2mm的竖向裂缝，并注意检查有无斜向裂缝及顺方向的纵向裂缝。
预应力钢筋混梁要观测梁的上拱度变化，并注意检查有无不允许出现的垂直于主筋的竖向裂缝。
2.拱桥应量测实际拱轴线和拱圈（或拱肋）尺寸，并检查它们有无横向（垂直于路线方向）的裂缝发生。
4.4钢结构检查量测
1.检查钢结构构件油漆涂层的完好程度，有无起皮、剥落、锈斑等。
特别是容易积水积尘或不通风部位有无锈蚀。
锈蚀严重的，应量测钢板或构件的实际剩余厚度，以便考虑断面削弱的影响。
2.检查构件有无裂纹、穿孔、硬伤、硬弯、歪扭、爆皮及材料夹层等。
要特别注意以下部位有无疲劳裂纹发生：
承受拉力或反复应力的杆件与节点板连接处或杆（构）件接头处；由于损伤造成杆（构）件断面削弱及应力集中处；纵梁与横粱的连接角钢；无盖板的纵梁上翼缘角钢；主梁间的纵向联结系的连接处；单剪铆钉处。
焊缝端部及其附近的基材；U形肋与横隔板连接处焊缝等。
3.检查钢箱梁工地拼接的大环形焊缝（即同一截面的顶板一腹板一底板一腹板的周圈焊缝）和U形肋嵌补段焊缝有无异常。
4.检查杆件的平直度，当城市杆的弯曲矢大于杆件由长度1‰、拉杆的弯曲矢度大于杆件自由长度的1/500时，均应注意弯曲的影响。
5.检查铆钉头有无锈蚀，铆钉有无松动。
检查高强度螺栓是否完好，有无松动和延迟断裂等情况；有无因锈蚀或其它原因降低磨擦力现象；并应严密注意节点滑移的拱度的变化。
4.5砖石砌体的检查量测
砖石砌体不同于钢筋混凝土的一个特点是，抗拉强度更小，结构脆性大，开裂荷载比较接近或几乎等于破坏荷载。
因此，当砖石砌体出现由于荷载引起的裂缝时，往往是砌体破坏的特征或前兆。
4.6墩台及基础的检查量测
1.墩台的缺陷主要表现是：
裂缝、剥落、空洞、钢筋外露及锈蚀、老化、变形位移等。
2.检查时，应对裂缝及破损具体位置、宽度、长度、深度进行量测和描述，绘制成图。
4.7地基的检验
当发现墩台有沉降、倾斜、位移时，一定要对地基进行探测和商讨。
对已成桥的地其检测是比较困难和麻烦的。
可用触探和钻孔取样的方法，也可用荷载板试验。
但很难在原位进行，常常只能是接近基础原位。
对岩地基，可在基岩的露头地点进行检验。
4.8桥梁的检测定位方法简述
在结构损伤检测定位方面，目前可分为模型修正法和指纹分析法两类。
1.精确的有限元建模是大型桥梁风震响应预测的重要前提；也是结构安全监测，损伤检测以及实现最优振动控制的基础。
但是，尽管有限无法得到了高度的发展，实际复杂结构的有限元模型仍然是有误差的。
有限元建模为结构飞行提供完整的理论模态参数集，但这些参数常常与结构模态实验得到的参数不一致。
因此，必须对结构理论模型进行调整或修正，使得修正后的模态参数与实验相一致，这一过程即有限元模型修正。
模型修正法在桥梁监测中主要用于把实验结构的振动反应记录与原先的模型计算结果进行综合比较，利用直接或间接测知的模态参数，加速度时程记录，频响函数等，通过条件优化约束，不断地修正模型中的刚度和质量信息，从而得到结构变化的信息，实现结构的损伤判别与定位。
2.指纹分析方法，寻找与结构动力特性有关的动力指纹，通过这些指纹的变化来判断结构的真实状况。
在线监测中，频率是最易获得的模态参数，而且精度很高，因此通过监测频率的变化来识别结构破损是否发生是最为简单的。
此外，振型也可用于结构破损的发现，尽管振型的测试精度低于频率，但振型包含更多的破损信息。
第5章结语
桥梁墩台的使用是一项复杂的施工技术，其施工工艺是否准确严格直接关系到桥梁墩台的质量，进而影响到整个桥梁的使用，只有严格要求，精心施工，才能保证桥梁的耐久性和安全性。
而桥梁墩台定位测设对于桥梁施工的重要性更加不言而喻。
桥梁墩台的定位准确与否对于桥梁上墩柱有很大影响，应在墩台定位测设过程中严格要求、精确控制，确保桥梁施工顺利进行。
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致谢
首先感谢尊敬的杨爱武老师在繁忙的工作之余多次督促并指导我完成了这次毕业论文，提出了许多有意义的宝贵意见，使这篇论文更加完善和有实用价值。
在老师的热心指导帮助下，我在不知不觉中也增长了很多的知识，对我今后的工作起到了推动和提高作用。
感谢尊敬的各位老师，在他们的严格要求和教育帮助下，我顺利的完成了三年的进修学业，他们严谨的工作作风将一直影响着我以后的人生道路。
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