论文部分内容阅读
摘要：小跨径刚架桥具有跨度灵活、造价低廉、施工方便等优点，在工程中得到了普遍应用。文章结合路网中某项目刚架桥的实际情况，分别从设计和施工的角度，对刚架桥进行结构分析和施工应用探讨，对类似工程可具有参考意义。
关键词：小跨径；刚架桥；结构分析；施工应用
前言
随着我国经济的发展，城市规模的扩大，道路路网越来越密集，道路上桥涵的结构形式也越来越多样化。当道路跨越沟渠时，一般可有以下三种结构形式可以选择：方案一采用简支梁桥，简支梁桥梁部一般采用标准跨，有16m、20m、25m、30m等，如果跨越的沟渠宽度较小，且净高受限时，采用简支梁桥方案造价较高，不经济；方案二采用盖板涵或者框架涵，盖板涵或者框架涵有基础或者底板，施工基础时挖方较大，对于过水沟渠需要进行临时改沟；盖板涵或者框架涵跨径较小，一般不大于5m，不能满足更大跨度的要求。方案三采用刚架桥，小跨径刚架桥一般采用单跨或者多跨，单跨跨度一般不超过16m，基础根据地质情况采用明挖扩大基础或桩基础。小跨径刚架桥具有跨径灵活，造价低廉，施工方便等优点，基底无底板，施工基础时不需要大挖方和沟渠临时改移等措施，因此具有较高的工程应用价值。文章以某项目道路上的刚架桥为例，对小跨径刚架桥设计和施工应用进行探讨。
1 工程概况
本工程邻近工业园区，有沟渠穿越，周边燃气、石油管线错综复杂，工程设计及施工干扰因素多。本项目为变更设计，原设计为一座双孔5×4m的盖板涵，基础为整体式基础，施工过程中，发现一根燃气管线从涵位处穿过，因燃气管线无法改移，导致原设计盖板涵基础无法实施，故需要进行变更设计。经过研究，方案变更为一孔9.0×3.8m刚架桥，桥位处沟渠宽度8.2m，且上下游沟渠已采用混凝土護面，刚架桥孔径采用9m，桥两端与既有沟渠顺接，保证了水流的平顺性，刚架桥基础采用桩基础，避免了大方挖和燃气管线的迁改。
刚架桥轴线与线路中心线正交，主要技术标准如下：
（1）道路等级：城市次干路；
（2）设计荷载：汽车荷载：城-A级，人群荷载：3.5KN/m2；
（3）行车速度：40km/h；
（4）标准路幅组成：0.5m栏杆+3.5m人行道+15m车行道+3.5m人行道+0.5m栏杆；
（5）地震动峰值加速度：0.05g，地震特征周期0.35秒；
2 刚架桥设计及结构分析
2.1刚架桥设计
刚架桥箱体采用C40钢筋混凝土，抗渗等级为P8。刚架桥跨径为9m，净高3.8m，顶板厚0.7m，边墙厚0.7m，顶板与边墙处设置1.5×0.5m梗斜，边墙底设置1.5m厚承台，每侧边墙承台以下采用6根直径为1m的钻孔灌注桩。为防止结构不均匀沉降，在道路中心线处设置3cm的沉降缝。人行道以下顶板采用1m宽悬臂，以减少基础尺寸。
桥位场地内地层自上而下为第四系全新统人工填土、淤泥层、粉砂土和侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）粉砂质泥岩组成，中分化粉砂质泥岩基本承载力容许值σ0=600kpa，基础按嵌岩桩设计，桩底嵌入中风化泥岩不小于3m。
为防止冲刷，刚架桥箱内及出入口范围采用C20混凝土进行河床铺砌，铺砌两端设置垂裙，刚架桥桥面人行道外侧设置栏杆。
2.2结构分析
采用Midas Civil 2019按板单元建立三维实体模型，对刚架桥箱体的强度和裂缝进行检算。模型中，为了较为准确的模拟出桩基础的边界条件，桩土作用参考类似工程设计经验，将桩基与土体连接边界条件用等效土弹簧进行模拟，土弹簧的刚度根据土层特性按“m”法进行计算确定。
通过实体模型分析，在承载能力极限状态下，最大正弯矩处位于顶板跨中，最大弯矩为419KN·m，结构抗力为642KN·m，最大负弯矩位于顶板与边墙梗斜处，最大弯矩为377 KN·m，结构抗力为1948 KN·m，截面强度满足规范要求；在正常使用极限状态下，顶板跨中最大裂缝为0.11mm，顶板与边墙的梗斜处，最大裂缝为0.08mm，裂缝宽度均满足规范要求。
3 刚架桥施工应用
3.1桩基础施工
桩基施工中常用的成孔方法有人工挖孔和机械钻孔，人工挖孔桩适用于地下水位较深或无地下水、桩径直径不小于1.2m的桩。机械钻孔常用有冲击钻和旋挖钻成孔，冲击钻适用于各种地质，但施工噪音大，震动大，需要有泥浆护壁，对周边环境影响较大；旋挖钻适用于软质岩层及各种土层，施工速度快，噪音小，震动小，对周边环境影响较小。本项目在村镇附近，周边厂房林立，且燃气、给水管线错综复杂，采用旋挖钻机成孔。
桩基成孔以后，应及时下钢筋笼，浇筑桩基水下混凝土。水下混凝土采用导管法灌注，浇筑前应对导管进行密闭性实验。水下混凝土应连续浇筑，中途不宜停顿，并应尽量缩短拆除导管的间断时间，保证每根桩在配合比设定的初凝时间内浇筑完成。浇筑过程中，应勤量测，勤拆管，始终保证导管埋深在混凝土面一下2～6m范围，同时应采取措施，防止钢筋笼上浮。
3.2箱体施工
桩基承台施工完毕后，再施工刚架桥边墙及顶板，边墙钢筋绑扎和混凝土浇筑可以和现浇支架搭设同步进行。刚架桥箱体顶板应选择在枯水期，基底硬化后搭设满堂支架，现浇施工。河道清淤后，换填30cm厚碎石垫层，然后顺着沟渠方向浇筑30（宽）×20cm（高）的C20混凝土条形基础，条形基础之间间距1.5m，方便水从条形基础之间通过，条形基础作为支架的基础。支架搭设完毕后，对支架进行预压，应满足相关要求。
浇注箱身混凝土一般可分两阶段施工，先浇注两边墙至下梗肋顶部，当边墙混凝土强度达到70%后，再绑扎上部钢筋，浇注顶板混凝土，边墙与顶板砼接榫处必须凿毛，清洗干净，先涂纯水泥浆，再浇上部混凝土。注意顶板混凝土必须一次浇注，各边墙的施工缝适当错开，避免在同一水平面上。
3.3施工质量控制
刚架桥施工，应加强对施工质量的控制，可以从以下几个方面着手：
（1）加强对燃气管线的物探工作，应探明燃气管线的走向及标高，调查清楚管线的产权单位，施工过程中，应采取措施，确保施工安全，避免事故发生。
（2）施工钻孔桩时，应采取必要的措施，防止涌砂和坍孔现象。钻孔至设计高程经检查后，即进行清孔灌注，并确保清底及成桩质量。
（3）桥体浇注应严格按相关规程、规范及标准图要求。施工用水及混凝土粗细骨料均应按要求做理化检验，不得采用侵蚀性水及具有侵蚀性的骨料。
（4）浇注混凝土前要检查所有预埋件是否齐全，位置是否正确，如有移动应及时校正，接长主钢筋时，接头采用闪光对焊，并须进行纵向打磨加工。
4 结语
在道路路网建设过程中，线路穿越的地形、河道、障碍物是复杂的、多样的，当道路跨越沟渠或者其他障碍物的宽度在6～16m之间时，采用刚架桥的结构形式是可行的。小跨径刚架桥具有跨径灵活，造价低廉，施工简单，不需要特殊设备等优点，基底无底板，施工基础时不需要大挖方和沟渠临时改移等措施，在工程建设中可积极推广应用。
参考文献
[1]欧阳平，林云，张晓宇.预应力混凝土单跨门式刚架桥设计研究[J].西部交通科技，2016（5）：71-74.
[2]陈中治，王敏.山区中小跨径桥梁设计要点[J].中外公路，2013（2）：180-184.
[3]JTG 3362-2018 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
[4]JTG D63-2007 公路桥涵地基与基础设计规范[S].
（作者单位：中铁二院（成都）建设发展有限责任公司）
关键词：小跨径；刚架桥；结构分析；施工应用
前言
随着我国经济的发展，城市规模的扩大，道路路网越来越密集，道路上桥涵的结构形式也越来越多样化。当道路跨越沟渠时，一般可有以下三种结构形式可以选择：方案一采用简支梁桥，简支梁桥梁部一般采用标准跨，有16m、20m、25m、30m等，如果跨越的沟渠宽度较小，且净高受限时，采用简支梁桥方案造价较高，不经济；方案二采用盖板涵或者框架涵，盖板涵或者框架涵有基础或者底板，施工基础时挖方较大，对于过水沟渠需要进行临时改沟；盖板涵或者框架涵跨径较小，一般不大于5m，不能满足更大跨度的要求。方案三采用刚架桥，小跨径刚架桥一般采用单跨或者多跨，单跨跨度一般不超过16m，基础根据地质情况采用明挖扩大基础或桩基础。小跨径刚架桥具有跨径灵活，造价低廉，施工方便等优点，基底无底板，施工基础时不需要大挖方和沟渠临时改移等措施，因此具有较高的工程应用价值。文章以某项目道路上的刚架桥为例，对小跨径刚架桥设计和施工应用进行探讨。
1 工程概况
本工程邻近工业园区，有沟渠穿越，周边燃气、石油管线错综复杂，工程设计及施工干扰因素多。本项目为变更设计，原设计为一座双孔5×4m的盖板涵，基础为整体式基础，施工过程中，发现一根燃气管线从涵位处穿过，因燃气管线无法改移，导致原设计盖板涵基础无法实施，故需要进行变更设计。经过研究，方案变更为一孔9.0×3.8m刚架桥，桥位处沟渠宽度8.2m，且上下游沟渠已采用混凝土護面，刚架桥孔径采用9m，桥两端与既有沟渠顺接，保证了水流的平顺性，刚架桥基础采用桩基础，避免了大方挖和燃气管线的迁改。
刚架桥轴线与线路中心线正交，主要技术标准如下：
（1）道路等级：城市次干路；
（2）设计荷载：汽车荷载：城-A级，人群荷载：3.5KN/m2；
（3）行车速度：40km/h；
（4）标准路幅组成：0.5m栏杆+3.5m人行道+15m车行道+3.5m人行道+0.5m栏杆；
（5）地震动峰值加速度：0.05g，地震特征周期0.35秒；
2 刚架桥设计及结构分析
2.1刚架桥设计
刚架桥箱体采用C40钢筋混凝土，抗渗等级为P8。刚架桥跨径为9m，净高3.8m，顶板厚0.7m，边墙厚0.7m，顶板与边墙处设置1.5×0.5m梗斜，边墙底设置1.5m厚承台，每侧边墙承台以下采用6根直径为1m的钻孔灌注桩。为防止结构不均匀沉降，在道路中心线处设置3cm的沉降缝。人行道以下顶板采用1m宽悬臂，以减少基础尺寸。
桥位场地内地层自上而下为第四系全新统人工填土、淤泥层、粉砂土和侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）粉砂质泥岩组成，中分化粉砂质泥岩基本承载力容许值σ0=600kpa，基础按嵌岩桩设计，桩底嵌入中风化泥岩不小于3m。
为防止冲刷，刚架桥箱内及出入口范围采用C20混凝土进行河床铺砌，铺砌两端设置垂裙，刚架桥桥面人行道外侧设置栏杆。
2.2结构分析
采用Midas Civil 2019按板单元建立三维实体模型，对刚架桥箱体的强度和裂缝进行检算。模型中，为了较为准确的模拟出桩基础的边界条件，桩土作用参考类似工程设计经验，将桩基与土体连接边界条件用等效土弹簧进行模拟，土弹簧的刚度根据土层特性按“m”法进行计算确定。
通过实体模型分析，在承载能力极限状态下，最大正弯矩处位于顶板跨中，最大弯矩为419KN·m，结构抗力为642KN·m，最大负弯矩位于顶板与边墙梗斜处，最大弯矩为377 KN·m，结构抗力为1948 KN·m，截面强度满足规范要求；在正常使用极限状态下，顶板跨中最大裂缝为0.11mm，顶板与边墙的梗斜处，最大裂缝为0.08mm，裂缝宽度均满足规范要求。
3 刚架桥施工应用
3.1桩基础施工
桩基施工中常用的成孔方法有人工挖孔和机械钻孔，人工挖孔桩适用于地下水位较深或无地下水、桩径直径不小于1.2m的桩。机械钻孔常用有冲击钻和旋挖钻成孔，冲击钻适用于各种地质，但施工噪音大，震动大，需要有泥浆护壁，对周边环境影响较大；旋挖钻适用于软质岩层及各种土层，施工速度快，噪音小，震动小，对周边环境影响较小。本项目在村镇附近，周边厂房林立，且燃气、给水管线错综复杂，采用旋挖钻机成孔。
桩基成孔以后，应及时下钢筋笼，浇筑桩基水下混凝土。水下混凝土采用导管法灌注，浇筑前应对导管进行密闭性实验。水下混凝土应连续浇筑，中途不宜停顿，并应尽量缩短拆除导管的间断时间，保证每根桩在配合比设定的初凝时间内浇筑完成。浇筑过程中，应勤量测，勤拆管，始终保证导管埋深在混凝土面一下2～6m范围，同时应采取措施，防止钢筋笼上浮。
3.2箱体施工
桩基承台施工完毕后，再施工刚架桥边墙及顶板，边墙钢筋绑扎和混凝土浇筑可以和现浇支架搭设同步进行。刚架桥箱体顶板应选择在枯水期，基底硬化后搭设满堂支架，现浇施工。河道清淤后，换填30cm厚碎石垫层，然后顺着沟渠方向浇筑30（宽）×20cm（高）的C20混凝土条形基础，条形基础之间间距1.5m，方便水从条形基础之间通过，条形基础作为支架的基础。支架搭设完毕后，对支架进行预压，应满足相关要求。
浇注箱身混凝土一般可分两阶段施工，先浇注两边墙至下梗肋顶部，当边墙混凝土强度达到70%后，再绑扎上部钢筋，浇注顶板混凝土，边墙与顶板砼接榫处必须凿毛，清洗干净，先涂纯水泥浆，再浇上部混凝土。注意顶板混凝土必须一次浇注，各边墙的施工缝适当错开，避免在同一水平面上。
3.3施工质量控制
刚架桥施工，应加强对施工质量的控制，可以从以下几个方面着手：
（1）加强对燃气管线的物探工作，应探明燃气管线的走向及标高，调查清楚管线的产权单位，施工过程中，应采取措施，确保施工安全，避免事故发生。
（2）施工钻孔桩时，应采取必要的措施，防止涌砂和坍孔现象。钻孔至设计高程经检查后，即进行清孔灌注，并确保清底及成桩质量。
（3）桥体浇注应严格按相关规程、规范及标准图要求。施工用水及混凝土粗细骨料均应按要求做理化检验，不得采用侵蚀性水及具有侵蚀性的骨料。
（4）浇注混凝土前要检查所有预埋件是否齐全，位置是否正确，如有移动应及时校正，接长主钢筋时，接头采用闪光对焊，并须进行纵向打磨加工。
4 结语
在道路路网建设过程中，线路穿越的地形、河道、障碍物是复杂的、多样的，当道路跨越沟渠或者其他障碍物的宽度在6～16m之间时，采用刚架桥的结构形式是可行的。小跨径刚架桥具有跨径灵活，造价低廉，施工简单，不需要特殊设备等优点，基底无底板，施工基础时不需要大挖方和沟渠临时改移等措施，在工程建设中可积极推广应用。
参考文献
[1]欧阳平，林云，张晓宇.预应力混凝土单跨门式刚架桥设计研究[J].西部交通科技，2016（5）：71-74.
[2]陈中治，王敏.山区中小跨径桥梁设计要点[J].中外公路，2013（2）：180-184.
[3]JTG 3362-2018 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
[4]JTG D63-2007 公路桥涵地基与基础设计规范[S].
（作者单位：中铁二院（成都）建设发展有限责任公司）