钢筋混凝土双圆弧拱人行天桥设计

■殷桂芳 王 健

(苏交科集团股份有限公司，南京 210019)

1 项目概况

1.1 工程背景

钢筋混凝土双圆弧拱人行天桥在重庆江津至贵州习水高速公路设计中得到广泛应用。该工程起于渝泸高速刁家互通附近，止于渝黔界东胜镇附近与贵州相接。钢筋混凝土双圆弧拱人行天桥与山区景色融为一体，方便了高速公路两侧居民的日常通行。

图1 双圆弧拱人行天桥照片

1.2 技术标准

(1)设计荷载：人群荷载3.5kN/m2。

(2)结构设计基准期：100年。

(3)地震设防：本地区场地地震动加速度峰值为0.05g，桥梁抗震设防类别为B类，抗震设防烈度为6度，抗震设防措施等级为7级。

(4)桥涵所处环境类别：Ⅰ类。

(5)桥面宽度：桥面净宽3.0m，桥梁全宽3.5m。

(6)通行净空；高速公路≥5.5m。

(7)结构设计安全等级：一级。

(8)高程系统：采用1985国家高程基准。

(9)坐标系统：采用1980西安坐标系，中央子午线106°10′，投影抵偿高 350m。

1.3 桥型布置

人行天桥上跨主线，采用净跨径1-40m钢筋混凝土双圆弧拱，桥梁全长为47.26m，桥宽3.5m。桥台采用钢筋混凝土拱座、C25片石混凝土扩大基础。

图2 桥型图立面（cm）

图3 桥型图平面(cm)

2 结构选择

2.1 上部结构

主拱圈采用双圆弧钢筋混凝土拱，上拱圈拱顶采用半径为103.10m的钢筋混凝土拱，拱圈为3.5m宽的C40钢筋混凝土实心截面，下拱圈拱底采用半径为42.50m的钢筋混凝土拱，拱圈为2.0m宽的C40钢筋混凝土实心矩形截面。

2.2 下部结构

桥台采用钢筋混凝土拱座、扩大基础，必须嵌入边坡中风化岩体内，要求岩层基本容许承载力 [σ0]不小于600kPa，且台身必须与岩体抵紧以平衡拱脚水平推力。桥台为重力式台、扩大基础。拱座采用C30混凝土，桥台基础采用C25片石混凝土。

工程场地地震动加速度峰值为≤0.05g，对应地震基本烈度为VI度，桥梁抗震设防类别为B类，抗震设防措施等级为7级，桥台尺寸满足《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02-01-2008)第11.2条要求。

图4 上部结构横断面(cm)

图5 主拱圈立面图(cm)

图6 拱座、基础立面图（cm）

图7 拱座、基础侧面图（cm）

2.3 附属

桥台拱座后塞2cm厚轻质泡沫板，并回填C25片石混凝土，挖方梯步两侧设置M5浆砌片石护面墙。基础开挖施工时，应注意防排水，墩台处开挖形成的人工边坡应采取必要的支护措施。

图8 桥台开挖示意图

图9 挖方梯步立面图

图10 挖方梯步断面图

主线行车道正上方40m范围的人行道设置栏杆网，其余部分设栏杆，防落物网高度1.8m，栏杆高度1m。桥面铺装采用C50防水混凝土，厚度为10cm。

3 结构计算

3.1 计算软件

采用桥梁结构分析软件 “桥梁博士系统 V3.2”进行静力计算分析。钢筋混凝土拱圈按钢筋混凝土构件设计，计算中考虑了各个施工阶段和最终运营阶段的最不利组合，计入了收缩徐变产生的内力重分布。

3.2 计算参数选取

(1)一期恒载 q1：拱圈重力密度取 γ=26kN/m3。

(2)二期恒载 q2：

100mmC50混凝土，重力密度取γ=26kN/m3，栏杆网8.06kN/m。

q2=3×0.1×1×26+8.06=15.9kN/m

(3)人群荷载：人群集度3.5kN/m2。

(4)地基及基础不均匀沉降：3mm。

(5)拱圈升温、降温及温度梯度均按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2015)4.3.12取值。

(6)最大裂缝宽度不应超过0.2mm。

3.3 计算结果分析

(1)模型建立

拱肋、拱座和基础采用梁单元模拟，基础底边界条件通过输入弹性系数进行模拟。桥博模型如下图11所示：

图11 桥博三维模型图

(2)计算结果分析

①正截面抗弯强度验算

图12～13分别为基本组合下拱圈最大弯矩及其对应的抗力，最小弯矩及其对应的抗力。

图12 拱圈最大抗力及抗力对应内力图

图13 拱圈最小抗力及抗力对应内力图

由上图可见，承载能力极限状态下拱圈的正截面抗弯强度满足要求。

②拱圈上下缘裂缝宽度验算

图14～15分别为拱圈上下缘裂缝宽度计算结果：

图14 拱圈上缘裂缝图

图15 拱圈下缘裂缝图

图16 基础抗倾覆验算图

拱圈上下缘裂缝宽度不超过0.2mm，满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》表6.4.2要求。

③扩大基础抗倾覆验算

利用桥梁博士基础计算模块，对桥台扩大基础进行抗倾覆验算。

基础抗倾覆稳定系数＞1.3，基础抗滑动稳定系数＞1.2，满足《公路桥涵地基与基础设计规范》4.4.3要求。

4 施工工艺

从施工角度看，山区的交通不发达，大型起吊设备进出场费用过高或进场困难，采用缆索吊装施工有一定的难度，所以满堂支架现场浇注施工成为一个较好的施工手段。

4.1 主拱圈施工

(1)主拱圈采用满堂支架现场浇注施工，浇注混凝土前对支架进行等载预压，以消除支架的非弹性变形，预压期不小于7d，连续3d沉降观测累计不大于3mm。支架基础必须进行加固以减小施工过程中的沉降量，满足施工规范要求。拱肋外模板采用大块钢模板。钢模板初次使用时应将与混凝土接触面上的锈迹清除干净。不得采用对混凝土表面有污染、对混凝土有腐蚀的材料代替脱模剂。应严格控制各梁段断面尺寸。

(2)主拱圈施工采用整体一次现浇、一次落架的施工方法。

图17 主拱圈满堂支架现场施工图

(3)拱上结构施工应在主拱圈达到设计强度的90%后方能进行，并要求对称浇筑。等主拱圈和拱上建筑混凝土强度达到设计强度后方能拆除支架。支架拆除严格遵照施工规范要求。

(4)每阶段均要进行施工观测，控制主拱圈的变形。

4.2 基础和拱座施工

(1)基础施工

桥台采用C25片石混凝土扩大基础，基础持力层为中风化泥岩，基础具体施工工艺如下：

①桥位及基础放样，用全站仪测量桥位定位，并对基坑放样，根据设计图所示，基坑边坡按1∶1放坡定开挖边线。

②基坑开挖，土层采用人工开挖，石方采用风镐和浅眼爆破施工。当基坑开挖距基底设计标高30cm时，采用风镐开挖，人工凿除清底至设计高程。

③当基坑开挖至设计标高后，进行基础定位放样，放样尺寸比基础尺寸宽50cm，保证基础立模位置，放样后如发现开挖尺寸不到位，用人工修整到基坑放样尺寸。

④立基础模板，模板采用组合钢模板，外支撑加固模板。

⑤浇注基础片石混凝土，混凝土由混凝土拌和站生产，混凝土运输车运送到基坑上方，用滑槽将混凝土滑入基础模内浇注。

(2)拱座施工

拱座主要承受拱桥的拱圈传递来的水平推力和拱桥传递的压力，拱座具体施工工艺如下：

①拱座砌筑前先进行施工放样，砌筑时应先两面立杆挂线或样板挂线，外面线应顺直整齐，逐层收坡；砌筑过程中经常校正线杆，以保证砌体各部尺寸符合图纸要求。

②砌体应分层坐浆砌筑，砌筑上层时，不振动下层，不在已砌好的砌体上抛掷滚动，翻转和敲击石块。

③桥台拱座后塞2cm厚轻质泡沫板，并回填C25片石混凝土。

④拱座采用组合钢模立模，混凝土由混凝土拌和站生产，混凝土运输车运送，汽车吊配吊斗浇注。

图18 桥台现场施工图

5 结语

(1)钢筋混凝土双圆弧拱构造优美，与周边景色相互辉映。拱桥一孔跨越主线，无需在高速公路中分带设置桥墩，既满足了净空要求，也方便了附近居民的日常出行。

(2)桥博计算结果表明：承载能力极限状态下拱圈的正截面抗弯强度和裂缝宽度均满足规范要求；桥台扩大基础的抗倾覆稳定系数和抗滑动稳定系数同样满足规范要求。

(3)考虑到山区地形的复杂性，钢筋混凝土双圆弧拱人行天桥的施工工艺相对简单，且造价较低，既方便了施工又有较好的经济效益。