G104泰山大街立交橋現澆剛架拱的施工

趙立新 燕慶軍

(山東省泰安市公路局，山東泰安 271000)

1 工程概況

G104泰山大街立交橋位于104國道泰安市境內，舊橋于1988年建成，上部結構為1孔35 m鋼筋混凝土剛架拱橋，下部為U形組合式橋臺，擴大基礎。橋梁全長53.122 m，橋面總寬度為27 m。經多年運營，特別是近年來交通量迅速增長，超載超限車輛大量增加，致使該橋運營狀況日益惡化，橋梁主要承重結構剛架拱片出現大量裂縫、位移，已嚴重影響到該橋的正常使用，被綜合評定為干線四類橋梁。本次施工為剛架拱橋上部結構及對應下部臺帽、拱座改造設計。設計荷載：公路Ⅰ級;橋面凈空：橋梁總寬度42 m，行車道36 m，外側人行道護欄2×3 m;橋面橫坡：1.5%。

2 施工計劃

由于該工程工期較緊(其開竣工日期為2007年10月12日～2007年12月31日)，根據工期安排，冬季施工期間采用搭棚采暖的方法保證混凝土按規范要求達到的溫度，以確保工程進度。2007年11月15日前完成立墻及臺帽混凝土澆筑和腹孔板的預制;同時完成自左向右(曲阜方向)12架拱片滿堂支架搭設和預壓及臺背回填;2007年11月17日開始澆筑拱片混凝土及搭板混凝土;2007年12月5日前完成18架拱片及弦桿、斜撐混凝土澆筑;根據拱片施工進度安排橫系梁及橋面板施工同步進行，橫系梁于2007年12月10日完成澆筑，橋面板及橋面鋪裝于2007年12月15日完成澆筑;2007年12月20日前完成伸縮縫、護欄施工。

3 現澆拱片的施工

該橋重點和難點工程為現澆拱片的施工，其施工方案、方法和措施如下。

3.1 地基處理

現澆剛架拱投影輪廓每側加寬2 m范圍為泰山大街瀝青路面，為保證支架更好地整體受力，在地基上鋪設25 cm×5 cm的木板作為支墊，在木板上搭設支架。

3.2 支架搭設

根據資源配置情況及施工方便，現澆剛架拱橋支架均采用滿堂碗扣支架。

拱片支架受力計算。

3.2.1 支架模板預壓荷載計算

1)素混凝土：W1=1.308×0.4×3.0×2.5=3.924 t·m。

2)鋼筋：W2=0.768 t·m。

3)底模板：W3=0.2 t·m。

4)邊鋼模：W4=0.3 t·m。

鋼筋混凝土自重：∑W=3.924+0.768+0.2+0.3= 5.192 t·m。

偏安全考慮，以全部重量作用于底板上計算單位面積壓力：q1=5.192/(0.4×3)=4.33 t/m2。

5)除去鋼模，作用于底板上計算單位面積壓力：q1=4.892/ (0.4×3)=4.077 t/m2。

6)施工荷載取0.25 t/m2。

7)振搗混凝土產生荷載取0.2 t/m2。

8)實際荷載q=4.33+0.25+0.2=4.78 t/m2。

9)(除去鋼模)實際荷載q'=4.077+0.25+0.2=4.527 t/m2。

10)預壓荷載q2=1.0×4.55=4.527 t/m2。

則底板預壓高度h2=q2/1.4=4.527/1.4=3.23 m。

3.2.2 模板、方木、支架基礎強度、剛度計算

模板計算簡圖見圖1。

圖1 模板計算簡圖（單位：m）

1)竹膠板強度計算(計算荷載q=4.527 t/m2)：

面板抗彎截面系數：方木間距按50 cm×40 cm排列。

Wxo=bh2/6=0.5×0.0122/6=1.2×10-5m3。

其中，b為板寬;h為厚度。

慣性矩：Ixo=bh3/12=0.5×0.0123/12=0.72×10-7m3。

板跨中彎矩：q=4.527×0.5=2.264 t/m。

Mmax=qL2/8=2.264×0.362/8=0.036 7 t·m。

2)抗拉應力：

δ=Mmax/Wxo=0.036 7/(100×1.2×10-5)=30.564 MPa。

小于廠家力學性能報告中提供的66.9 MPa。

E=7.9×104MPa=7.9×106t/m2。

3)fmax=5qL4/384EI=5×2.264×0.364/(384×7.9×106× 0.72×10-7)=0.000 87 m=0.34/400＜0.36/400。

滿足施工要求。

3.2.3 橫梁方木強度、撓度計算

橫梁計算簡圖見圖2。

取方木為0.06 m×0.08 m斷面。

1)橫向小方木計算(方木間距為30 cm)。

E=7.9×104MPa=7.9×106t/m2。

q=4.527×0.4=1.811 t/m。

抗彎截面系數：

Wxo=bh2/6=0.06×0.082/6=6.4×10-5m3。

其中，b為板寬;h為厚度。

圖2 橫梁橫斷面（單位：m）

2)慣性矩：

Ixo=bh3/12=0.06×0.083/12=2.56×10-6m3。

3)跨中彎矩：

Mmax=qL2/8=1.811×0.242/8=0.013 t·m。

抗拉應力：

δ=Mmax/Wxo=0.013/(100×6.4×10-5)=2.04 MPa＜1.2［δ］= 1.2×14.5 MPa。

4)縱向撓度計算：

E=1.1×104MPa=1.1×106t/m2。

fmax=5qL4/384EI=5×1.811×0.244/(384×1.1×106×2.56× 10-6)=0.000 028 m=0.01/400＜0.34/400。

滿足施工要求。

5)縱向小方木計算：

q=4.527×0.3=1.36 t/m。

抗彎截面系數：

Wxo=bh2/6=0.06×0.082/6=6.4×10-5m3。

其中，b為板寬;h為厚度。

6)慣性矩：

Ixo=bh3/12=0.06×0.083/12=2.56×10-6m3。

7)跨中彎矩：

Mmax=qL2/8=1.36×0.362/8=0.022 t·m。

8)抗拉應力：

δ=Mmax/Wxo=0.022/(100×6.4×10-5)=3.44 MPa＜1.2［δ］= 1.2×14.5 MPa。

3.2.4 支架強度計算

1)小橫桿計算。

鋼管立柱的縱向間距為0.9 m，因此小橫桿的計算跨徑l1= 0.90 m(見圖3)，忽略模板自重，橫向間距為0.6 m，橫橋向作用在小橫桿上的均布荷載為：

2)橫桿剪力為：3.077×0.9=2.77 t＞［t］=1.48 t，不滿足施工要求，需增加剪力桿。

3)彎曲強度：σ=gl2/10w=3.077×0.92/(10×5.078×10-4)= 490.8 MPa＞［δ］=215 MPa。

不滿足施工要求，需增加間距內方木，在中間增加一道。

4)彎曲強度：σ=gl2/10w=3.077×0.4×0.92/(10×5.078× 10-4)=196.3 MPa＜［δ］=215 MPa。

5)抗彎剛度：f=gl4/150EI=3.077×0.4×0.94/(10-10×150× 2.1×105×1.215×105)=2.11 mm＜3 mm。

滿足施工要求。

6)大橫桿計算。

a.立柱縱向間距為0.6 m，橫向間距為0.45 m(見圖4)，現按三跨連續梁進行計算：由小橫桿傳遞的集中力F=5.128×0.45= 2.31 t·m。

b.橫桿剪力為：2.31×0.6=1.386 t＜［t］=1.48 t，滿足施工要求。

c.最大彎矩：Mmax=0.267FL=0.267×2.31×0.45=0.277 t·m。

d.彎曲強度：

σ=Mmax/W=0.277/(5.078×103×10-7)=546 MPa＞215 MPa。

不滿足施工要求，需要用剪力桿斜加于橫桿鉸接，加強受力分散。

e.撓度：f=1.883FL2/100EI=1.883×1.385×0.452/(100× 2.1×105×1.215×105×10-10)=2.07 mm＜3 mm。

滿足施工要求。

f.立柱縱向間距為0.6 m，因此大橫桿的計算跨徑l2=0.6 m，現按三跨連續梁進行計算：

由小橫桿傳遞的集中力F=4.615×0.6=2.769 t·m。

g.最大彎距：Mmax=0.267FL=0.267×2.769×0.9=0.665 t·m。

彎曲強度：σ=Mmax/W=0.665/(5.078×103×10-7)=1 310 MPa＞215 MPa。

不滿足施工要求，需要用剪力桿斜加于橫桿鉸接，加強受力分散。

h.撓度：f=1.883FL2/100EI=1.883×2.769×0.92/(100× 2.1×105×1.215×105×10-10)=16.6 m＞3 mm。

不滿足施工要求，需要用剪力桿斜加于橫桿鉸接，加強受力分散。

圖3 小橫桿計算簡圖（單位：m）

圖4 大橫桿計算簡圖（單位：m）

7)立桿計算。

a.每根鋼桿承受重W1=2.769 t。

b.由于大橫桿步距為1.2 m，長細比λ=l/i=1 200/15.78= 76，查表得φ=0.71;［N］=φ［σ］=0.71×489×215=74.6 kN= 7.46 t＞W1。

滿足施工要求。

3.2.5 支架安設

施工放樣時，在拱片的正下方的地基上用全站儀精確放出拱軸線的位置，以便搭設的支架不會偏離軸線位置。支架安設時，從橋的中心線向橋兩側搭設，架設間距拱片底橫向60 cm，縱向90 cm。支架立桿縱向用腳手架作為剪力撐，每隔5 m設一道。

3.3 模板制作

1)共制作拱片竹膠底模板18套，拱片鋼制側模板6套，腹孔蓋板鋼模板6套，通過計算每延米拱片的混凝土最大方量是在拱腿、斜撐和弦桿的縱向斷面上，根據碗扣支架的承載力，可利用同一趟立桿來支撐拱腿、斜撐和弦桿模板支立和混凝土澆筑。底模擱置于支架頂托的方木或架桿上，側模采用幫包底的形式現場安裝，用槽鋼及鋼支撐加固。

2)拱片底模標高的控制：在標高計算中，考慮到架桿與地面、方木與鋼模板的沉落值以及拱圈的預拱度;在不同架桿位置上測出相應底模的標高，并標注清楚;用全站儀在底模上放出拱片的軸線，并把底模固定好。

3)底模固定好后，根據從兩端向中央合龍的混凝土澆筑順序，用砂袋按與混凝土同等重量對支架和拱片底模板進行預壓，同時做好底模和支架觀察測量工作，并做好記錄，對記錄做好統計分析，及時調整拱片的線形和標高滿足設計要求。預壓材料采用袋裝中粗砂。

3.4 鋼筋制作及安裝

鋼筋骨架都在制作平臺上焊接，在模內連接、綁扎。對較長骨架采用分段焊接，然后運至安裝部位連接。

3.5 混凝土拌和、運輸及澆筑

1)在配制拱片混凝土配合比時，要求混凝土終凝時間長，早期強度高。根據混凝土澆筑部位鋼筋的疏密程度，40號混凝土骨料其最大粒徑不超過26.5 mm，30號混凝土骨料其最大粒徑不超過31.5 mm。2)澆筑時采用兩輛汽車吊進行對稱澆筑，先澆拱腿和實腹段，再澆斜撐和弦桿，澆筑斜撐和拱腿時要對模板進行封頂，并進行二次振搗，以保證混凝土的密實性，同時要求在澆筑拱片時，合龍溫度控制在15℃～20℃，多片裸肋澆筑完成后再現澆橫系梁，其順序為先現澆拱腿和實腹段的橫系梁，再澆筑斜撐和弦桿的橫系梁。

3.6 混凝土養護

混凝土初凝后即覆蓋草簾或捆綁棉氈保溫并灑水養護，養護期不少于7 d。

3.7 模板、支架拆除

1)側模拆除須在混凝土強度達到2.5 MPa后方可拆除。

2)底模和支架拆除須在拱片混凝土強度達到設計混凝土強度的90%以上方可拆除。拆除時，應按對稱、緩慢、均勻、分級的原則進行，同時遵循先拆實腹段、弦桿，后拆斜撐、拱腿的順序。

3.8 現澆拱片從兩端向中央合龍

拱腿支座采用“先鉸接后固接”的方法;為了保證整體受力，弦桿及實腹段頂部4.4 cm預留，預留部分同橋面板一起現澆，弦桿及實腹段混凝土在達到強度以前，鑿去浮漿層。

4 現澆橋面連續板施工

4.1 橋面連續板施工

橋面板支架的搭設、預壓及拆除基本同現澆拱片的施工，橋面板鋼筋根據圖紙要求進行下料，將上弦桿及實腹拱頂面鑿毛并清理干凈后，按圖紙尺寸就地綁扎成型;然后每隔1 m測出橋面板高程控制點，并根據每點高程固定好鋼筋頭，以控制橋面標高，同時縱向每隔2 m的鋼筋頭控制點要高出橋面10 cm，并在其縱向20 cm處固定同樣的鋼筋，以支撐踏板。

4.2 橋面連續板混凝土的澆筑

橋面板混凝土由拌合站集中拌合，攪拌車水平運輸，混凝土半幅澆筑，采用振搗棒、平板振搗器、振動梁等設備進行振搗;兩根3 m尺沿縱橫向找平，以控制橋面平整度;橋面連續板養生采用棉氈覆蓋灑水養生，并保持濕潤。

5 結語

鋼筋混凝土剛架拱橋是在雙曲拱橋、桁架拱橋和斜腿剛架拱橋的基礎上發展起來的，由主拱腿、實腹段、腹孔弦桿、斜撐和橫系梁等組成梁肋，然后在其上通過現澆混凝土橋面與梁肋結成整體組合結構。該橋型具有自重輕、材料省、整體性能好、外形美觀等優點。這種結構一般采用預制裝配方法施工，但有時在工期緊、現場施工條件有利時也可采用現澆施工方法，可增強橋梁整體穩定性并有效縮短施工工期，提高社會效益和經濟效益。通過以上對該橋施工過程的介紹，希望能對相關同類橋梁的施工有所指導和借鑒。