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土木工程施工技术演变史

/progress of civil engineering construction technology/
条目作者焦驰宇

焦驰宇

最后更新 2024-12-04
浏览 247
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2000多年来,人类在土木工程发展中积累丰富施工技术的历史。

英文名称
progress of civil engineering construction technology
所属学科
科学技术史

其中包括古代传统施工技术,如伐木技术、煅烧加工技术、夯土台基技术、土胎砌筑技术、支架砌筑技术等。随着工业革命的发展,科学技术逐步应用于施工技术中,这也使得近代施工技术逐步发展起来,其中包括气压沉箱技术、浮运架梁技术、钢桥栓接技术以及空中编缆技术等。现代较为成熟的施工技术有支架现浇、砌筑技术、预制安装技术、逐跨施工技术、悬臂施工技术、转体施工技术、顶推施工技术、横移施工技术以及提升施工技术等。

在古代,人们在进行土木工程建造时,往往采用就地取材的方法。木材成为古代较为常用的土木工程材料,因此伐木技术因用而生。随着伐木工具的发展,伐木技术也步步演变,古代伐木技术以手工伐木为主。原始人最早采用石质工具如石斧等砍伐木头,后来在自然界中发现了蚌锯、石锯、骨锯,随着青铜器、铁器等冶炼技术的发展,铜锯、铁锯出现,伐木技术呈现鼎盛时期。

煅烧工技术是指将矿物原料采用加热至高温,但不熔化,目的是使其产生有用的物理变化和化学变化,以便转化或除去所含不需要的某种物质。煅烧技术主要应用的领域有冶金、化工、钢铁等行业,其对矿物原材料的加工离不开煅烧。

夯土台基技术也就是夯实地基,是为了让基座更加严实紧密的。这项技术的发展也主要依赖夯实机具的发展,最初在没用重型机具作业的情况下,只能采取人工夯实的方式,而施工广泛采用重锤夯实地基的方法,其通过重物如夯锤等提升到一定高度,然后自由落下,重复夯实地基表面。使地基表面形成一层比较密实的硬壳层,从而使地基得到加固。

土胎砌筑技术是指采用地形与回填土作为支架进行砌筑的方法,这一主要应用于古代石拱桥的砌筑当中,由于地形所限制,一般先在桥下用土或砂、卵石填筑一个“土胎”,然后在上面砌筑拱圈,砌成之后再将填土清除即可,有时也称“土牛拱胎”施工方法。稍大一些跨径的桥梁,有时也采用所谓支架砌筑技术。支架由最初的木质支架,如《清官式石桥做法》记载的“材盘架子”“券子”“券仔”,其一般采用柱子、缯(即层)梁、桁条、顶梁、拉扯戗木、蝼蝈、撑头木组成,这是一种用顶桩支撑在河床海墁石的脚手架,无河底海墁石的拱桥,直接支撑在河底的桩头上。也有文献记载,采用骈瓮式拱架,即“骈瓮架木如瓮式,有过江梁(即缯梁的最下一根),梁有短柱,有顺水枋(即枋条),枋有弯桷(即撑头木)。既合龙,皆脱之”。

气压沉箱技术是在沉箱底部设置一个高气密性的钢筋混凝土结构的工作室,通过气压自动调节装置向工作室内注入压力与刃脚处地下水压力相等的压缩空气,防止地下水渗入,作业人员可以在工作室内的无水环境下挖土排土,箱体在自重、上部荷载以及控制用水重力的作用下下沉到指定的深度,最后在沉箱结构底部工作室内填充混凝土的一种施工方法。

浮运架梁技术是一种常见的桥梁施工的方法,其是将在陆上制作好的主梁构件,利用水的浮力,用滑道或船载使将主梁结构置于桥梁墩台上的施工方法。在深水区架梁,浮运架设以其经济、安全而为各国所采用,只要诸如水深、流速、潮汐和浮船注水升降幅度、施工限时等条件合适,浮运架梁应为各种架梁方法中应予优先考虑的方案。世界各国浮运架梁成功的例子不少,中国也不乏成功的先例:驰名中外的钱塘江桥、湘黔线湘潭桥,滨洲线松花江桥,广三线珠江东、西桥,广州市公路海珠桥等。随着钢桥的发展,钢桥栓接技术也成为钢桥施工过程中的关键技术。钢桥部件的连接方式主要由柳钉连接、螺栓连接和焊接三类。其中螺栓连接主要分为普通螺栓连接和高强螺栓连接。栓接技术安装方便,而且具备强度高、连接构件不容易发生滑动、刚度大等优点。

空中编缆技术是悬索桥主缆施工的一种方法,它将制索股的工作放在以猫道为工作平台的空中进行,在制索股的同时完成主缆的架设。在塔索、锚锭等施工完成后,沿主缆设计位置,在两岸锚锭之间布置环形牵引绳,在牵引绳上设置编丝轮,由编丝轮不停地带着卷筒上的钢丝从一岸到另一岸,直到形成丝股,将两端都扣接于锚杆上,并在主鞍座,散索鞍处正确固定。

支架现浇技术是一种常用的现代施工技术。指在结构各层间或桥梁跨间设置支架,在支架上安装模板、绑扎钢筋、现场浇筑桥体凝土,达到强度后拆除模板。就地浇筑施工无须预制场地,而且不需要大型起吊、运输设备,梁体的主筋可不中断,桥梁整体性好。

砌筑技术主要应用于砌体工程之中,是指建筑工程中使用普通黏土砖、承重黏土空心砖、蒸压灰砂砖、粉煤灰砖、各种中小型砌块和石材等材料进行砌筑的施工技术,包括砌砖、石、砌块及轻质墙板等内容。砌砖、砌石、砌块砖砌体对砌筑材料的要求、组砌工艺、质量要求以及质量通病的防治措施。

预制安装技术是指将结构所需的构件采取工厂预制的方式,待现场施工时将提前预制好的构件运输至施工现场进行现场拼接安装。由于是工场生产制作,预制构件质量好,有利于确保构件的质量和尺寸精度,并尽可能多地采用机械化施工,现场拼装大大提高了施工速度,降低污染。预制安装技术是倡导的一种施工技术。

逐跨施工技术是中等跨径预应力混凝土连续梁中的一种施工方技术,它使用一套设备从桥梁的一端逐孔施工,直到对岸。采用逐跨施工技术的主要特点在于施工能连续操作,桥越长,施工设备的周转次数愈多,其经济效益越高。逐孔施工法主要有用临时支承组拼预制节段的逐孔施工法、移动支架逐孔现浇施工法等。

悬臂施工技术是指从桥墩开始,两侧对称进行现浇梁段或将预制节段对称进行拼装。前者称悬臂浇筑施工,后者称悬臂拼装施工,有时也将两种方法结合使用。悬臂施工方法最早主要用于修建钢桥和预应力混凝土T构桥,随着悬臂施工技术的进步与完善,加上机械化程度及施工控制技术水平的不断提高,悬臂施工方法已成为现代大跨度桥梁建造的重要施工方法。

转体施工技术又称桥梁转体施工,是在河流的两岸或适当的位置,利用地形使用简便的支架先将半桥预制完成,之后以桥梁结构本身为转动体,使用一些机具设备,分别将两个半桥转体到桥位轴线位置合拢成桥。这种施工方式主要优点是施工不影响交通,施工设备少,装置简单,节省施工用料。它适合于桥下交通不能中断的单跨和三跨桥梁建造,可在深水、峡谷中建桥采用,同时也适应在平原区及城市跨线桥。

顶推施工技术是指在桥梁施工时,沿桥纵轴方向的台后设置预制场,分阶段预制梁体,纵向预应力筋张拉后,通过水平千斤顶施力,借助滑道、滑块,将梁逐段向前顶推,就位后落梁,最终完成桥梁建设的施工方法。世界各国采用顶推法施工的大桥已经超过200座。

横移施工技术是指在拟待修建桥梁位置的旁边预制梁体,之后横向移运该梁体,并将它安装在规定位置上的一种施工方法。这种方法对于预制梁体的损伤较小,而且施工周期短,经济合理,安全可靠度大。但由于混凝土桥具有较大的自重,横移施工技术常在钢桥上使用。横移施工技术多用于正常通车线路的桥梁工程的换梁。为了尽量减少交通的中断时间,可在原桥位旁预制并横移施工。

提升施工技术是将起重设备位于网架的上面,通过吊杆将网架提升至设计标高的一种垂直运输方法。由于提升法所采用的提升或顶升的设备较小,用小设备安装大型结构,故是结构吊装的一种有效施工方法。在桥梁工程中提升施工技术一般在桥梁净空不足的航道桥梁、跨线立交桥以及桥梁支座的更换中运用较多,提升法施工时对周围的干扰较小,不需要占用大量的施工现场,能有效地缩短施工周期,具有良好的社会和经济效益。

  • 叶志明.土木工程概论.北京:高等教育出版社,2008.
  • 邵旭东.桥梁工程.北京:人民交通出版社,2007.
  • 吴冲.现代钢桥.北京:人民交通出版社,2008.
  • 王修正,徐圣文,周继祖.工程机械施工手册 第四分册 架梁及水上机械施工.北京:中国铁道出版社,1987.
  • 茅以升.中国古桥技术史.北京:北京出版社,1986.

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