試論鋼筋混凝土下承式桁架拱橋施工

【摘 要】本文結(jié)合工程施工實(shí)際，分析了鋼筋混凝土下承式桁架拱橋施工中的承載力、拱橋防開(kāi)裂、預(yù)壓材料選擇等方面問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】臨時(shí)樁；拱橋開(kāi)裂；配合比；預(yù)壓材料；拱軸線；濕接頭

某橋主橋上部結(jié)構(gòu)為下承式預(yù)應(yīng)力混凝土桁架梁，標(biāo)準(zhǔn)跨徑為82米，細(xì)桿軸線為 R=2400米的圓凸曲線，上弦桿軸線拋物線方程：y=0.8x-o0.01x2，計(jì)算矢跨比1/5，上弦桿高度為100cm，寬為160cm，下弦桿跨中高度為220cm，寬為140cm；下弦桿支點(diǎn)處高度為240cm，寬為160cm；吊桿采用每節(jié)點(diǎn)兩根，每根截面為80*25cm預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

1.臨時(shí)樁基確定

在施工過(guò)程中，首先解決的便是承載的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究及計(jì)算，決定采用Φ1.5m鉆孔灌注樁的形式進(jìn)行承載。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)詳細(xì)計(jì)算，并采用MIDS 進(jìn)行驗(yàn)算，得出每根臨時(shí)樁的承載力，再由此計(jì)算出樁長(zhǎng)，詳細(xì)計(jì)算如下：該臨時(shí)樁為摩擦樁，根據(jù)支座反力及地質(zhì)情況，可使用下列公式進(jìn)行計(jì)算臨時(shí)樁樁長(zhǎng)：?jiǎn)螛遁S向受壓容許承載力計(jì)算，根據(jù)公式

[P]=1/2（UΣliτi）+λm0A{[σ0]+K2γ2（h-3）}

式中：[P]—單樁軸向受壓容許承載力（KN）；U—樁的周長(zhǎng)（m）；li—承臺(tái)底面或局部沖刷線以下各土層的厚度（m），陸域從天然地表起算；τi—與li對(duì)應(yīng)的各土層與樁壁的極限摩阻力（KPa），按各橋建議設(shè)計(jì)值采用；A—樁底橫截面面積（m2）；[σ0]—樁尖處土的容許承載力（KPa），按各橋建議設(shè)計(jì)值采用；h—樁尖的埋置深度（m），由一般沖刷線起算，當(dāng)h>40m時(shí)，按40m計(jì)算；m0—清底系數(shù)；λ—修正系數(shù)；K2—地基土容許承載力隨深度的修正系數(shù)，據(jù)樁尖處持力層土類(lèi)而定；γ2—樁尖以上土的容重（KN/m3），當(dāng)樁尖持力層為砂土、碎石土?xí)r，取浮容重（γ2為不同土層的厚度加權(quán)平均值）。當(dāng)樁尖持力層為基巖時(shí)，應(yīng)一律采用飽和容重。

由樁基承載力不同可分為三種情況，即有三種樁長(zhǎng)，具體如下:

1.1當(dāng)承載力小于1000KN時(shí)，按1000KN考慮，即有：

a.樁尖處為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，故[σ0]=100KPa；樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高為-19.5m。

m0=0.8；λ=0.7；K2=1.5；γ2=18.55908kN/m3。

b.樁直徑為1.5m，故樁周長(zhǎng)U=4.712m，樁面積A=1.767m2。

c.根據(jù)上表樁周土極限摩阻力及各地層厚度數(shù)值計(jì)算得：Σliτi=475.8。

故：[P]=1/2（UΣliτi）+λm0A{[σ0]+K2γ2（h-3）}

=0.5*4.712*475.8+0.7*0.8*1.767*（100+1.5*18.55908*14.3）

=1683.92>1382KN

故滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2當(dāng)承載力小于2000KN 時(shí)，按2000KN考慮，即有：

同理可計(jì)算出樁底標(biāo)高為-34.6m時(shí)的臨時(shí)樁的容許承載力

（1）樁尖處為粉質(zhì)粘土，故[σ0]=95KPa；樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高為-34.6m。

m0=1.0；λ=0.7；K2=1.5；γ2=18.65842kN/m3；

（2）樁直徑為1.5m，故樁周長(zhǎng)U=4.712m，樁面積A=1.767m2。

（3）根據(jù)下表樁周土極限摩阻力及各地層厚度數(shù)值計(jì)算得：Σliτi=870.6958。

故：[P]=1/2（UΣliτi）+λm0A{[σ0]+K2γ2（h-3）}

=0.5*4.712*870.6958+0.7*0.8*1.767*（95+1.5*18.65842*29.4）

=3076.64>2910KN

故滿足設(shè)計(jì)要求。

2.預(yù)壓材料的選擇

支架搭設(shè)完畢，根據(jù)設(shè)計(jì)上要求全橋預(yù)壓，故在選擇預(yù)壓材料上，考慮了采用水箱、砂袋、鋼筋等預(yù)壓。由于桁架片比較窄，支架水箱試壓考慮到搭設(shè)過(guò)程中不方便，而且因?yàn)橐蟪瑝?，水箱高度將?huì)達(dá)10米左右，迎風(fēng)面積過(guò)大，對(duì)全橋穩(wěn)定性有太大影響，所以不適合本橋試壓；采用砂袋預(yù)壓，要進(jìn)行 125%的重量，將會(huì)達(dá)1300t，而每袋砂按 30kg 來(lái)計(jì)算的話，光單側(cè)預(yù)壓也將會(huì)裝 43333袋，由此可以看出材料用量太大，占用施工場(chǎng)地，而且從人工上講，不經(jīng)濟(jì)，故也不使用；采用鋼筋預(yù)壓，材料就地取用，堆載重量按 160KN/m 來(lái)計(jì)算，鋼筋高度只有1.6米左右，這樣也可以節(jié)省開(kāi)支，而且吊裝也比較方便。根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理安全各方面比較，采用鋼筋進(jìn)行預(yù)壓是比較客觀的。

3.線形控制（拱軸線的控制）

拱橋的線形控制也是一個(gè)很重要的問(wèn)題，拱軸線的形狀直接影響主拱截面內(nèi)力分布與大小，控制拱軸線，也就是盡可能降低由于荷載產(chǎn)生的彎矩值。最理想的拱軸線是與拱上各種荷載的壓力線相吻合，這時(shí)主拱截面上只有軸向壓力，而無(wú)彎矩及剪力作用，應(yīng)力均勻，能充分利用材料強(qiáng)度和圬工材料的良好抗壓性能，這就是合理的拱軸線，但事實(shí)上不可能獲得這樣的拱軸線，因?yàn)橹鞴笆艿胶爿d、活載、溫度變化和材料收縮等作用，當(dāng)恒載壓力線與拱軸線吻合時(shí)，在活載作用下其壓力線與拱軸線就不再吻合了，又因?yàn)橄鄳?yīng)于活載的各種不同布置，壓力線也是不相同的。根據(jù)混凝土拱恒載比重達(dá)的特點(diǎn)，實(shí)際上一般采用恒載壓力線作為拱軸線。開(kāi)豐橋主體的線形為二次拋物線方程：y=0.8x-0.01x2，該拱軸線除了考慮主拱受力有利以外，還考慮了外形美觀、施工簡(jiǎn)便等因素。

4.混凝土防開(kāi)裂

在拱橋施工中，一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題就是混凝土開(kāi)裂，在預(yù)防上要考慮三個(gè)方面：

首先，要對(duì)混凝土配合比進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，混凝土要和易性好（泌水性小、流動(dòng)性好）；硬化后孔隙率低，滲透性??；具有一定的膨脹性，確?？椎捞畛涿軐?shí)；較高的抗壓強(qiáng)度和粘接強(qiáng)度。為了防止混凝土在灌注過(guò)程中產(chǎn)生析水以及硬化后開(kāi)裂，并保證其在模板中的流動(dòng)性，同時(shí)使砼在凝固后密實(shí)，可摻加少量的減水劑和膨脹劑。經(jīng)過(guò)多年經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)室多次試驗(yàn)，開(kāi)豐橋主體將采用如下配合比進(jìn)行操作：

4.1材料技術(shù)指標(biāo)

水泥：海螺 P.042.5水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量146ml；3天抗折強(qiáng)度5.5MPa，抗 壓 強(qiáng) 度32.3MPa，28天抗折強(qiáng)度8.8MPa；抗壓強(qiáng)度51.0MPa；砂子：閩江河砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量0.2%；碎石：余姚5-25mm，采用大小兩種碎石按照6：4摻配，含泥量0.4%，壓碎值8.9%，針片狀10.0%；粉煤灰：鎮(zhèn)海電廠II級(jí)灰；減水劑：鐵科院“鐵科”復(fù)合外加劑；膨脹劑：安徽滁州華力建材化工有限公司“PYC-II”；

4.2混凝土配合比

水泥：砂子：石子：粉煤灰：外加劑：膨脹劑：水=1：1.753：2.230：0.116：0.076：0.093：0.407每方混凝土材料用量（kg/m3）：水泥-430；砂子-754；石子-959；粉煤灰-50；外加劑-32.5；膨脹劑-40；水-175。

4.3拌合物性能試驗(yàn)

（1）塌落度及塌落度經(jīng)時(shí)損失：

初始塌落度：230mm；1 小時(shí)后：220mm；2小時(shí)后：205mm；3小時(shí)后：195mm。

（2）混凝土初終凝時(shí)間：初凝9小時(shí)35分；終凝時(shí)間12小時(shí)20分。

【參考文獻(xiàn)】

［１］鄧小忠.鋼筋混凝土桁架拱橋主拱圈鋼筋的布置[J].中小企業(yè)管理與科技(上旬刊)，2010，(10).

［２］陳代海，郭文華.大跨度鋼桁架拱橋的空間地震響應(yīng)分析[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，(04).