G104泰山大街立交桥现浇刚架拱的施工

赵立新 燕庆军

(山东省泰安市公路局，山东泰安 271000)

1 工程概况

G104泰山大街立交桥位于104国道泰安市境内，旧桥于1988年建成，上部结构为1孔35 m钢筋混凝土刚架拱桥，下部为U形组合式桥台，扩大基础。桥梁全长53.122 m，桥面总宽度为27 m。经多年运营，特别是近年来交通量迅速增长，超载超限车辆大量增加，致使该桥运营状况日益恶化，桥梁主要承重结构刚架拱片出现大量裂缝、位移，已严重影响到该桥的正常使用，被综合评定为干线四类桥梁。本次施工为刚架拱桥上部结构及对应下部台帽、拱座改造设计。设计荷载：公路Ⅰ级;桥面净空：桥梁总宽度42 m，行车道36 m，外侧人行道护栏2×3 m;桥面横坡：1.5%。

2 施工计划

由于该工程工期较紧(其开竣工日期为2007年10月12日～2007年12月31日)，根据工期安排，冬季施工期间采用搭棚采暖的方法保证混凝土按规范要求达到的温度，以确保工程进度。2007年11月15日前完成立墙及台帽混凝土浇筑和腹孔板的预制;同时完成自左向右(曲阜方向)12架拱片满堂支架搭设和预压及台背回填;2007年11月17日开始浇筑拱片混凝土及搭板混凝土;2007年12月5日前完成18架拱片及弦杆、斜撑混凝土浇筑;根据拱片施工进度安排横系梁及桥面板施工同步进行，横系梁于2007年12月10日完成浇筑，桥面板及桥面铺装于2007年12月15日完成浇筑;2007年12月20日前完成伸缩缝、护栏施工。

3 现浇拱片的施工

该桥重点和难点工程为现浇拱片的施工，其施工方案、方法和措施如下。

3.1 地基处理

现浇刚架拱投影轮廓每侧加宽2 m范围为泰山大街沥青路面，为保证支架更好地整体受力，在地基上铺设25 cm×5 cm的木板作为支垫，在木板上搭设支架。

3.2 支架搭设

根据资源配置情况及施工方便，现浇刚架拱桥支架均采用满堂碗扣支架。

拱片支架受力计算。

3.2.1 支架模板预压荷载计算

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

2)钢筋：W2=0.768 t·m。

3)底模板：W3=0.2 t·m。

4)边钢模：W4=0.3 t·m。

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

偏安全考虑，以全部重量作用于底板上计算单位面积压力：q1=5.192/(0.4×3)=4.33 t/m2。

5)除去钢模，作用于底板上计算单位面积压力：q1=4.892/ (0.4×3)=4.077 t/m2。

6)施工荷载取0.25 t/m2。

7)振捣混凝土产生荷载取0.2 t/m2。

8)实际荷载q=4.33+0.25+0.2=4.78 t/m2。

9)(除去钢模)实际荷载q'=4.077+0.25+0.2=4.527 t/m2。

10)预压荷载q2=1.0×4.55=4.527 t/m2。

则底板预压高度h2=q2/1.4=4.527/1.4=3.23 m。

3.2.2 模板、方木、支架基础强度、刚度计算

模板计算简图见图1。

图1 模板计算简图（单位：m）

1)竹胶板强度计算(计算荷载q=4.527 t/m2)：

面板抗弯截面系数：方木间距按50 cm×40 cm排列。

Wxo=bh2/6=0.5×0.0122/6=1.2×10-5m3。

其中，b为板宽;h为厚度。

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

板跨中弯矩：q=4.527×0.5=2.264 t/m。

Mmax=qL2/8=2.264×0.362/8=0.036 7 t·m。

2)抗拉应力：

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

小于厂家力学性能报告中提供的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。

满足施工要求。

3.2.3 横梁方木强度、挠度计算

横梁计算简图见图2。

取方木为0.06 m×0.08 m断面。

1)横向小方木计算(方木间距为30 cm)。

E=7.9×104MPa=7.9×106t/m2。

q=4.527×0.4=1.811 t/m。

抗弯截面系数：

Wxo=bh2/6=0.06×0.082/6=6.4×10-5m3。

其中，b为板宽;h为厚度。

图2 横梁横断面（单位：m）

2)惯性矩：

Ixo=bh3/12=0.06×0.083/12=2.56×10-6m3。

3)跨中弯矩：

Mmax=qL2/8=1.811×0.242/8=0.013 t·m。

抗拉应力：

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

4)纵向挠度计算：

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。

满足施工要求。

5)纵向小方木计算：

q=4.527×0.3=1.36 t/m。

抗弯截面系数：

Wxo=bh2/6=0.06×0.082/6=6.4×10-5m3。

其中，b为板宽;h为厚度。

6)惯性矩：

Ixo=bh3/12=0.06×0.083/12=2.56×10-6m3。

7)跨中弯矩：

Mmax=qL2/8=1.36×0.362/8=0.022 t·m。

8)抗拉应力：

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

3.2.4 支架强度计算

1)小横杆计算。

钢管立柱的纵向间距为0.9 m，因此小横杆的计算跨径l1= 0.90 m(见图3)，忽略模板自重，横向间距为0.6 m，横桥向作用在小横杆上的均布荷载为：

2)横杆剪力为：3.077×0.9=2.77 t＞［t］=1.48 t，不满足施工要求，需增加剪力杆。

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

不满足施工要求，需增加间距内方木，在中间增加一道。

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

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

满足施工要求。

6)大横杆计算。

a.立柱纵向间距为0.6 m，横向间距为0.45 m(见图4)，现按三跨连续梁进行计算：由小横杆传递的集中力F=5.128×0.45= 2.31 t·m。

b.横杆剪力为：2.31×0.6=1.386 t＜［t］=1.48 t，满足施工要求。

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

d.弯曲强度：

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

不满足施工要求，需要用剪力杆斜加于横杆铰接，加强受力分散。

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

满足施工要求。

f.立柱纵向间距为0.6 m，因此大横杆的计算跨径l2=0.6 m，现按三跨连续梁进行计算：

由小横杆传递的集中力F=4.615×0.6=2.769 t·m。

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

弯曲强度：σ=Mmax/W=0.665/(5.078×103×10-7)=1 310 MPa＞215 MPa。

不满足施工要求，需要用剪力杆斜加于横杆铰接，加强受力分散。

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

不满足施工要求，需要用剪力杆斜加于横杆铰接，加强受力分散。

图3 小横杆计算简图（单位：m）

图4 大横杆计算简图（单位：m）

7)立杆计算。

a.每根钢杆承受重W1=2.769 t。

b.由于大横杆步距为1.2 m，长细比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。

满足施工要求。

3.2.5 支架安设

施工放样时，在拱片的正下方的地基上用全站仪精确放出拱轴线的位置，以便搭设的支架不会偏离轴线位置。支架安设时，从桥的中心线向桥两侧搭设，架设间距拱片底横向60 cm，纵向90 cm。支架立杆纵向用脚手架作为剪力撑，每隔5 m设一道。

3.3 模板制作

1)共制作拱片竹胶底模板18套，拱片钢制侧模板6套，腹孔盖板钢模板6套，通过计算每延米拱片的混凝土最大方量是在拱腿、斜撑和弦杆的纵向断面上，根据碗扣支架的承载力，可利用同一趟立杆来支撑拱腿、斜撑和弦杆模板支立和混凝土浇筑。底模搁置于支架顶托的方木或架杆上，侧模采用帮包底的形式现场安装，用槽钢及钢支撑加固。

2)拱片底模标高的控制：在标高计算中，考虑到架杆与地面、方木与钢模板的沉落值以及拱圈的预拱度;在不同架杆位置上测出相应底模的标高，并标注清楚;用全站仪在底模上放出拱片的轴线，并把底模固定好。

3)底模固定好后，根据从两端向中央合龙的混凝土浇筑顺序，用砂袋按与混凝土同等重量对支架和拱片底模板进行预压，同时做好底模和支架观察测量工作，并做好记录，对记录做好统计分析，及时调整拱片的线形和标高满足设计要求。预压材料采用袋装中粗砂。

3.4 钢筋制作及安装

钢筋骨架都在制作平台上焊接，在模内连接、绑扎。对较长骨架采用分段焊接，然后运至安装部位连接。

3.5 混凝土拌和、运输及浇筑

1)在配制拱片混凝土配合比时，要求混凝土终凝时间长，早期强度高。根据混凝土浇筑部位钢筋的疏密程度，40号混凝土骨料其最大粒径不超过26.5 mm，30号混凝土骨料其最大粒径不超过31.5 mm。2)浇筑时采用两辆汽车吊进行对称浇筑，先浇拱腿和实腹段，再浇斜撑和弦杆，浇筑斜撑和拱腿时要对模板进行封顶，并进行二次振捣，以保证混凝土的密实性，同时要求在浇筑拱片时，合龙温度控制在15℃～20℃，多片裸肋浇筑完成后再现浇横系梁，其顺序为先现浇拱腿和实腹段的横系梁，再浇筑斜撑和弦杆的横系梁。

3.6 混凝土养护

混凝土初凝后即覆盖草帘或捆绑棉毡保温并洒水养护，养护期不少于7 d。

3.7 模板、支架拆除

1)侧模拆除须在混凝土强度达到2.5 MPa后方可拆除。

2)底模和支架拆除须在拱片混凝土强度达到设计混凝土强度的90%以上方可拆除。拆除时，应按对称、缓慢、均匀、分级的原则进行，同时遵循先拆实腹段、弦杆，后拆斜撑、拱腿的顺序。

3.8 现浇拱片从两端向中央合龙

拱腿支座采用“先铰接后固接”的方法;为了保证整体受力，弦杆及实腹段顶部4.4 cm预留，预留部分同桥面板一起现浇，弦杆及实腹段混凝土在达到强度以前，凿去浮浆层。

4 现浇桥面连续板施工

4.1 桥面连续板施工

桥面板支架的搭设、预压及拆除基本同现浇拱片的施工，桥面板钢筋根据图纸要求进行下料，将上弦杆及实腹拱顶面凿毛并清理干净后，按图纸尺寸就地绑扎成型;然后每隔1 m测出桥面板高程控制点，并根据每点高程固定好钢筋头，以控制桥面标高，同时纵向每隔2 m的钢筋头控制点要高出桥面10 cm，并在其纵向20 cm处固定同样的钢筋，以支撑踏板。

4.2 桥面连续板混凝土的浇筑

桥面板混凝土由拌合站集中拌合，搅拌车水平运输，混凝土半幅浇筑，采用振捣棒、平板振捣器、振动梁等设备进行振捣;两根3 m尺沿纵横向找平，以控制桥面平整度;桥面连续板养生采用棉毡覆盖洒水养生，并保持湿润。

5 结语

钢筋混凝土刚架拱桥是在双曲拱桥、桁架拱桥和斜腿刚架拱桥的基础上发展起来的，由主拱腿、实腹段、腹孔弦杆、斜撑和横系梁等组成梁肋，然后在其上通过现浇混凝土桥面与梁肋结成整体组合结构。该桥型具有自重轻、材料省、整体性能好、外形美观等优点。这种结构一般采用预制装配方法施工，但有时在工期紧、现场施工条件有利时也可采用现浇施工方法，可增强桥梁整体稳定性并有效缩短施工工期，提高社会效益和经济效益。通过以上对该桥施工过程的介绍，希望能对相关同类桥梁的施工有所指导和借鉴。