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下承式预应力混凝土桁架拱桥常见问题浅析

作者：蔡力昭

来源：《中国新技术新产品》2010年第18期

摘要: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;

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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

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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: 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;