针对下承式预应力混凝土桁架拱桥常出现的问题,结合本工程施工情况,从承载力、拱桥防开裂、预压材料选择等四方面进行浅析。

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-o0.01x2,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 临时桩基确定

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,(如下表)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

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;

?子i—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);

[?滓0]—桩尖处土的容许承载力(KP a),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;

?姿—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;

?酌2—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(?酌2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为三种情况,即有三种桩长,具体如下:

1.1 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[?滓0]=100KPa;桩底设计标高为-19.5m;

m0=0.8;?姿=0.7;K2=1.5;?酌2=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

故满足设计要求。

1.2 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

1.2.1桩尖处为粉质粘土,故[?滓0]=95KPa;桩底设计标高为-34.6m;

m0=1.0;?姿=0.7;K2=1.5;?酌2=18.65842kN/m3;

1.2.2 桩直径为1.5m,故桩周长U=4.712m,桩面积A=1.767m2;

1.2.3 根据下表桩周土极限摩阻力及各地层厚度数值计算(见附表一)

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,这样也可以节省开支,而且吊装也比较方便。根据经济合理安全各方面比较,采用钢筋进行预压是比较客观的。

3 线形控制(拱轴线的控制)

拱桥的线形控制也是一个很重要的问题,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。根据混凝土拱恒载比重达的特点,实际上一般采用恒载压力线作为拱轴线。开丰桥主体的线形为二次抛物线方程:y=0.8x-0.01x2,该拱轴线除了考虑主拱受力有利以外,还考虑了外形美观、施工简便等因素。

4 混凝土防开裂

在拱桥施工中,一个常见问题就是混凝土开裂,在预防上要考虑三个方面:

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:www.tmgc8.com

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

4.3.1 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.

4.3.2 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

4.4.1 灌注时间尽可能缩短,如有可能控制在4小时内;

4.4.2 混凝土要保证充分搅拌,一般应控制在两分钟左右;

4.4.3 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。

4.4.4 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。

4.4.5 采用工作性能良好的混凝土泵,并安排有备用泵。

4.4.6 混凝土灌注完成后要稍微多灌一点混凝土,以确保混凝土填充密实。

4.4.7 在浇注过程中,一定要注意振捣。要分段分区分层振捣,每隔20cm一层,在钢筋较密集区,要采用口径小的振动棒,切勿紧贴模板,而导致跑模,振捣一定要密实。

4.4.8 养护也是相当重要的,特别是在冬季,一定要注意防寒,要按规范要求严格执行,要派专人进行养护。

4.4.9 要分节段立模浇注混凝土,两节段之间节点处留出100cm宽作为湿接头,每片桁架两端各预留出20cm的湿接头和30cm钢筋的焊接长度(钢筋采用双面焊,焊接长度≥10d)。在浇注湿接头过程中务必要保证预应力管道的畅通,严防堵塞。混凝土料应均匀,和易性好,振捣密实。养护应特别重视,因节点处体积小,水分易蒸发,更要重视。接头内的端面要彻底凿毛。

5 结语

以上问题是在施工中常见的现象,特别是防开裂的问题上一定要重视。开丰桥项目是余姚市的重点工程,由于主桥结构较复杂,技术含量高,施工难度大。

参考文献

[1]袁小兵.下承式预应力混凝土系杆拱桥的安装施工要点,城市道桥与防洪,2010,2.

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