G104泰山大街立交橋現(xiàn)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(nèi)，舊橋于1988年建成，上部結(jié)構(gòu)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(chǔ)。橋梁全長53.122 m，橋面總寬度為27 m。經(jīng)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(jié)構(gòu)剛架拱片出現(xiàn)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(jié)構(gòu)及對應(yīng)下部臺帽、拱座改造設(shè)計。設(shè)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(cè)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(jù)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(guī)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(yù)制;同時完成自左向右(曲阜方向)12架拱片滿堂支架搭設(shè)和預(yù)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(jù)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(xiàn)澆拱片的施工

該橋重點和難點工程為現(xiàn)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(xiàn)澆剛架拱投影輪廓每側(cè)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(shè)25 cm×5 cm的木板作為支墊，在木板上搭設(shè)支架。

3.2 支架搭設(shè)

根據(jù)資源配置情況及施工方便，現(xiàn)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(yù)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(chǎn)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(yù)壓荷載q2=1.0×4.55=4.527 t/m2。

則底板預(yù)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(chǔ)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(shù)：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(yīng)力：

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

小于廠家力學(xué)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(shù)：

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(yīng)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(shù)：

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(yīng)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(nèi)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(xiàn)按三跨連續(xù)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(xiàn)按三跨連續(xù)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＞W(wǎng)1。

滿足施工要求。

3.2.5 支架安設(shè)

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(shè)的支架不會偏離軸線位置。支架安設(shè)時，從橋的中心線向橋兩側(cè)搭設(shè)，架設(shè)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(shè)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(cè)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(jù)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(cè)模采用幫包底的形式現(xiàn)場安裝，用槽鋼及鋼支撐加固。

2)拱片底模標(biāo)高的控制：在標(biāo)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(yù)拱度;在不同架桿位置上測出相應(yīng)底模的標(biāo)高，并標(biāo)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(jù)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(yù)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(tǒng)計分析，及時調(diào)整拱片的線形和標(biāo)高滿足設(shè)計要求。預(yù)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(nèi)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(jù)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(xiàn)澆橫系梁，其順序為先現(xiàn)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(yǎng)護

混凝土初凝后即覆蓋草簾或捆綁棉氈保溫并灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護期不少于7 d。

3.7 模板、支架拆除

1)側(cè)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(shè)計混凝土強度的90%以上方可拆除。拆除時，應(yīng)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(xiàn)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(yù)留，預(yù)留部分同橋面板一起現(xiàn)澆，弦桿及實腹段混凝土在達到強度以前，鑿去浮漿層。

4 現(xiàn)澆橋面連續(xù)板施工

4.1 橋面連續(xù)板施工

橋面板支架的搭設(shè)、預(yù)壓及拆除基本同現(xiàn)澆拱片的施工，橋面板鋼筋根據(jù)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(jù)每點高程固定好鋼筋頭，以控制橋面標(biāo)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(xù)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(shè)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(xù)板養(yǎng)生采用棉氈覆蓋灑水養(yǎng)生，并保持濕潤。

5 結(jié)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(chǔ)上發(fā)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(xiàn)澆混凝土橋面與梁肋結(jié)成整體組合結(jié)構(gòu)。該橋型具有自重輕、材料省、整體性能好、外形美觀等優(yōu)點。這種結(jié)構(gòu)一般采用預(yù)制裝配方法施工，但有時在工期緊、現(xiàn)場施工條件有利時也可采用現(xiàn)澆施工方法，可增強橋梁整體穩(wěn)定性并有效縮短施工工期，提高社會效益和經(jīng)濟效益。通過以上對該橋施工過程的介紹，希望能對相關(guān)同類橋梁的施工有所指導(dǎo)和借鑒。