试论钢筋混凝土下承式桁架拱桥施工技术

【摘 要】本文结合工程施工实际，分析了钢筋混凝土下承式桁架拱桥施工中的承载力、拱桥防开裂、预压材料选择等方面问题。

【关键词】临时桩；拱桥开裂；配合比；预压材料；拱轴线；湿接头

某桥主桥上部结构为下承式预应力混凝土桁架梁，标准跨径为82米，细杆轴线为 R=2400米的圆凸曲线，上弦杆轴线抛物线方程：y=0.8x-0.01x2，计算矢跨比1/5，上弦杆高度为100cm，宽为160cm，下弦杆跨中高度为220cm，宽为140cm；下弦杆支点处高度为240cm，宽为160cm；吊杆采用每节点两根，每根截面为80*25cm预应力混凝土结构。

1.临时桩基

在施工过程中，首先解决的便是承载的问题。经过仔细研究及计算，决定采用Φ1.5m钻孔灌注桩的形式进行承载。根据地质报告，结合现场实际情况，经过详细计算，并采用MIDS 进行验算，得出每根临时桩的承载力，再由此计算出桩长，详细计算如下：该临时桩为摩擦桩，根据支座反力及地质情况，可使用下列公式进行计算临时桩桩长：单桩轴向受压容许承载力计算，根据公式

[P]=1/2（UΣliτi）+λm0A{[σ0]+K2γ2（h-3）}

式中：[P]—单桩轴向受压容许承载力（KN）；U—桩的周长（m）；li—承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度（m），陆域从天然地表起算；τi—与li对应的各土层与桩壁的极限摩阻力（KPa），按各桥建议设计值采用；A—桩底横截面面积（m2）；[σ0]—桩尖处土的容许承载力（KPa），按各桥建议设计值采用；h—桩尖的埋置深度（m），由一般冲刷线起算，当h>40m时，按40m计算；m0—清底系数；λ—修正系数；K2—地基土容许承载力随深度的修正系数，据桩尖处持力层土类而定；γ2—桩尖以上土的容重（KN/m3），当桩尖持力层为砂土、碎石土时，取浮容重（γ2为不同土层的厚度加权平均值）。当桩尖持力层为基岩时，应一律采用饱和容重。

由桩基承载力不同可分两种情况，即有两种桩长，具体如下：

（1）当承载力小于1000KN时，按1000KN考虑，即有：

a.桩尖处为淤泥质粉质粘土，故[σ0]=100KPa；桩底设计标高为-19.5m；m0=0.8；λ=0.7；K2=1.5；γ2=18.55908kN/m3。

b.桩直径为1.5m，故桩周长U=4.712m，桩面积A=1.767m2。

c. 根据上表桩周土极限摩阻力及各地层厚度数值计算得：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

故满足设计要求。

（2）当承载力小于2000KN 时，按2000KN考虑，即有：

同理可计算出桩底标高为-34.6m时的临时桩的容许承载力：

1）桩尖处为粉质粘土，故[σ0]=95KPa；桩底设计标高为-34.6m；

m0=1.0；λ=0.7；K2=1.5；γ2=18.65842kN/m3。

2）桩直径为1.5m，故桩周长U=4.712m，桩面积A=1.767m2。

3）根据下表桩周土极限摩阻力及各地层厚度数值计算得：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

故满足设计要求。

2.预压材料的选择

支架搭设完毕，根据设计上要求全桥预压，故在选择预压材料上，考虑了采用水箱、砂袋、钢筋等预压。由于桁架片比较窄，支架水箱试压考虑到搭设过程中不方便，而且因为要求超压，水箱高度将会达10米左右，迎风面积过大，对全桥稳定性有太大影响，所以不适合本桥试压；采用砂袋预压，要进行125%的重量，将会达1300t，而每袋砂按30kg来计算的话，光单侧预压也将会装43333袋，由此可以看出材料用量太大，占用施工场地，而且从人工上讲，不经济，故也不使用；采用钢筋预压，材料就地取用，堆载重量按160KN/m来计算，钢筋高度只有1.6米左右，可以节省开支，而且吊装也比较方便。根据经济合理安全各方面比较，采用钢筋进行预压。

3.拱轴线的控制

拱轴线的形状直接影响主拱截面内力分布与大小，控制拱轴线，也就是尽可能降低由于荷载产生的弯矩值。最理想的拱轴线是与拱上各种荷载的压力线相吻合，这时主拱截面上只有轴向压力，而无弯矩及剪力作用，应力均匀，能充分利用材料强度和圬工材料的良好抗压性能，这就是合理的拱轴线，但事实上不可能获得这样的拱轴线，因为主拱受到恒载、活载、温度变化和材料收缩等作用，当恒载压力线与拱轴线吻合时，在活载作用下其压力线与拱轴线就不再吻合了，又因为相应于活载的各种不同布置，压力线也是不相同的。

4.混凝土防开裂

在拱桥施工中，预防混凝土开裂主要考虑三个方面：

首先，要对混凝土配合比进行严格计算，混凝土要和易性好（泌水性小、流动性好）；硬化后孔隙率低，渗透性小；具有一定的膨胀性，确保孔道填充密实；较高的抗压强度和粘接强度。为了防止混凝土在灌注过程中产生析水以及硬化后开裂，并保证其在模板中的流动性，同时使砼在凝固后密实，可掺加少量的减水剂和膨胀剂。经过多年经验及试验室多次试验，开丰桥主体将采用如下配合比进行操作：

4.1材料技术指标

水泥：海螺 P.042.5水泥，标准稠度用水量146ml；3天抗折强度5.5MPa，抗 压 强 度32.3MPa，28天抗折强度8.8MPa；抗压强度51.0MPa；砂子：闽江河砂，细度模数2.7，含泥量0.2%；碎石：余姚5-25mm，采用大小两种碎石按照6：4掺配，含泥量0.4%，压碎值8.9%，针片状10.0%；粉煤灰：镇海电厂II级灰；减水剂：铁科院“铁科”复合外加剂；膨胀剂：安徽滁州华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：外加剂：膨胀剂：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；外加剂-32.5；膨胀剂-40；水-175。

4.3拌合物性能试验

（1）塌落度及塌落度经时损失：

初始塌落度：230mm；1 小时后：220mm；2小时后：205mm；3小时后：195mm。

（2）混凝土初终凝时间：初凝9小时35分；终凝时间12小时20分。

4.4混凝土灌注的注意事项

（1）灌注时间尽可能缩短，如有可能控制在4小时内。

（2）混凝土要保证充分搅拌，一般应控制在两分钟左右。

（3）减水剂和膨胀剂均为粉剂，需要安排人员人工投放，但一定要保证计量精确。也可事先分好小包装备用。

（4）混凝土在运输过程中不得私自加水，如果出现混凝土坍损大的情况，可采用二次加水搅拌的办法，即在搅拌站并不把水和外加剂一次加够，而留部分水和外加剂于现场，加在搅拌车内的办法。 [科]

【参考文献】

[1]邓小忠.钢筋混凝土桁架拱桥主拱圈钢筋的布置[J].中小企业管理与科技（上旬刊）， 2010，（10）.