小跨徑剛架橋設計及施工應用探討

謝軍輝

摘要：小跨徑剛架橋具有跨度靈活、造價低廉、施工方便等優點，在工程中得到了普遍應用。文章結合路網中某項目剛架橋的實際情況，分別從設計和施工的角度，對剛架橋進行結構分析和施工應用探討，對類似工程可具有參考意義。

關鍵詞：小跨徑；剛架橋；結構分析；施工應用

前言

隨著我國經濟的發展，城市規模的擴大，道路路網越來越密集，道路上橋涵的結構形式也越來越多樣化。當道路跨越溝渠時，一般可有以下三種結構形式可以選擇：方案一采用簡支梁橋，簡支梁橋梁部一般采用標準跨，有16m、20m、25m、30m等，如果跨越的溝渠寬度較小，且凈高受限時，采用簡支梁橋方案造價較高，不經濟；方案二采用蓋板涵或者框架涵，蓋板涵或者框架涵有基礎或者底板，施工基礎時挖方較大，對于過水溝渠需要進行臨時改溝；蓋板涵或者框架涵跨徑較小，一般不大于5m，不能滿足更大跨度的要求。方案三采用剛架橋，小跨徑剛架橋一般采用單跨或者多跨，單跨跨度一般不超過16m，基礎根據地質情況采用明挖擴大基礎或樁基礎。小跨徑剛架橋具有跨徑靈活，造價低廉，施工方便等優點，基底無底板，施工基礎時不需要大挖方和溝渠臨時改移等措施，因此具有較高的工程應用價值。文章以某項目道路上的剛架橋為例，對小跨徑剛架橋設計和施工應用進行探討。

1 工程概況

本工程鄰近工業園區，有溝渠穿越，周邊燃氣、石油管線錯綜復雜，工程設計及施工干擾因素多。本項目為變更設計，原設計為一座雙孔5×4m的蓋板涵，基礎為整體式基礎，施工過程中，發現一根燃氣管線從涵位處穿過，因燃氣管線無法改移，導致原設計蓋板涵基礎無法實施，故需要進行變更設計。經過研究，方案變更為一孔9.0×3.8m剛架橋，橋位處溝渠寬度8.2m，且上下游溝渠已采用混凝土護面，剛架橋孔徑采用9m，橋兩端與既有溝渠順接，保證了水流的平順性，剛架橋基礎采用樁基礎，避免了大方挖和燃氣管線的遷改。

剛架橋軸線與線路中心線正交，主要技術標準如下：

（1）道路等級：城市次干路；

（2）設計荷載：汽車荷載：城-A級，人群荷載：3.5KN/m2；

（3）行車速度：40km/h；

（4）標準路幅組成：0.5m欄桿+3.5m人行道+15m車行道+3.5m人行道+0.5m欄桿；

（5）地震動峰值加速度：0.05g，地震特征周期0.35秒；

2 剛架橋設計及結構分析

2.1剛架橋設計

剛架橋箱體采用C40鋼筋混凝土，抗滲等級為P8。剛架橋跨徑為9m，凈高3.8m，頂板厚0.7m，邊墻厚0.7m，頂板與邊墻處設置1.5×0.5m梗斜，邊墻底設置1.5m厚承臺，每側邊墻承臺以下采用6根直徑為1m的鉆孔灌注樁。為防止結構不均勻沉降，在道路中心線處設置3cm的沉降縫。人行道以下頂板采用1m寬懸臂，以減少基礎尺寸。

橋位場地內地層自上而下為第四系全新統人工填土、淤泥層、粉砂土和侏羅系上統蓬萊鎮組（J3p）粉砂質泥巖組成，中分化粉砂質泥巖基本承載力容許值σ0=600kpa，基礎按嵌巖樁設計，樁底嵌入中風化泥巖不小于3m。

為防止沖刷，剛架橋箱內及出入口范圍采用C20混凝土進行河床鋪砌，鋪砌兩端設置垂裙，剛架橋橋面人行道外側設置欄桿。

2.2結構分析

采用Midas Civil 2019按板單元建立三維實體模型，對剛架橋箱體的強度和裂縫進行檢算。模型中，為了較為準確的模擬出樁基礎的邊界條件，樁土作用參考類似工程設計經驗，將樁基與土體連接邊界條件用等效土彈簧進行模擬，土彈簧的剛度根據土層特性按“m”法進行計算確定。

通過實體模型分析，在承載能力極限狀態下，最大正彎矩處位于頂板跨中，最大彎矩為419KN·m，結構抗力為642KN·m，最大負彎矩位于頂板與邊墻梗斜處，最大彎矩為377 KN·m，結構抗力為1948 KN·m，截面強度滿足規范要求；在正常使用極限狀態下，頂板跨中最大裂縫為0.11mm，頂板與邊墻的梗斜處，最大裂縫為0.08mm，裂縫寬度均滿足規范要求。

3 剛架橋施工應用

3.1樁基礎施工

樁基施工中常用的成孔方法有人工挖孔和機械鉆孔，人工挖孔樁適用于地下水位較深或無地下水、樁徑直徑不小于1.2m的樁。機械鉆孔常用有沖擊鉆和旋挖鉆成孔，沖擊鉆適用于各種地質，但施工噪音大，震動大，需要有泥漿護壁，對周邊環境影響較大；旋挖鉆適用于軟質巖層及各種土層，施工速度快，噪音小，震動小，對周邊環境影響較小。本項目在村鎮附近，周邊廠房林立，且燃氣、給水管線錯綜復雜，采用旋挖鉆機成孔。

樁基成孔以后，應及時下鋼筋籠，澆筑樁基水下混凝土。水下混凝土采用導管法灌注，澆筑前應對導管進行密閉性實驗。水下混凝土應連續澆筑，中途不宜停頓，并應盡量縮短拆除導管的間斷時間，保證每根樁在配合比設定的初凝時間內澆筑完成。澆筑過程中，應勤量測，勤拆管，始終保證導管埋深在混凝土面一下2～6m范圍，同時應采取措施，防止鋼筋籠上浮。

3.2箱體施工

樁基承臺施工完畢后，再施工剛架橋邊墻及頂板，邊墻鋼筋綁扎和混凝土澆筑可以和現澆支架搭設同步進行。剛架橋箱體頂板應選擇在枯水期，基底硬化后搭設滿堂支架，現澆施工。河道清淤后，換填30cm厚碎石墊層，然后順著溝渠方向澆筑30（寬）×20cm（高）的C20混凝土條形基礎，條形基礎之間間距1.5m，方便水從條形基礎之間通過，條形基礎作為支架的基礎。支架搭設完畢后，對支架進行預壓，應滿足相關要求。

澆注箱身混凝土一般可分兩階段施工，先澆注兩邊墻至下梗肋頂部，當邊墻混凝土強度達到70%后，再綁扎上部鋼筋，澆注頂板混凝土，邊墻與頂板砼接榫處必須鑿毛，清洗干凈，先涂純水泥漿，再澆上部混凝土。注意頂板混凝土必須一次澆注，各邊墻的施工縫適當錯開，避免在同一水平面上。

3.3施工質量控制

剛架橋施工，應加強對施工質量的控制，可以從以下幾個方面著手：

（1）加強對燃氣管線的物探工作，應探明燃氣管線的走向及標高，調查清楚管線的產權單位，施工過程中，應采取措施，確保施工安全，避免事故發生。

（2）施工鉆孔樁時，應采取必要的措施，防止涌砂和坍孔現象。鉆孔至設計高程經檢查后，即進行清孔灌注，并確保清底及成樁質量。

（3）橋體澆注應嚴格按相關規程、規范及標準圖要求。施工用水及混凝土粗細骨料均應按要求做理化檢驗，不得采用侵蝕性水及具有侵蝕性的骨料。

（4）澆注混凝土前要檢查所有預埋件是否齊全，位置是否正確，如有移動應及時校正，接長主鋼筋時，接頭采用閃光對焊，并須進行縱向打磨加工。

4 結語

在道路路網建設過程中，線路穿越的地形、河道、障礙物是復雜的、多樣的，當道路跨越溝渠或者其他障礙物的寬度在6～16m之間時，采用剛架橋的結構形式是可行的。小跨徑剛架橋具有跨徑靈活，造價低廉，施工簡單，不需要特殊設備等優點，基底無底板，施工基礎時不需要大挖方和溝渠臨時改移等措施，在工程建設中可積極推廣應用。

參考文獻

[1]歐陽平，林云，張曉宇.預應力混凝土單跨門式剛架橋設計研究[J].西部交通科技，2016（5）：71-74.

[2]陳中治，王敏.山區中小跨徑橋梁設計要點[J].中外公路，2013（2）：180-184.

[3]JTG 3362-2018 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[4]JTG D63-2007 公路橋涵地基與基礎設計規范[S].

（作者單位：中鐵二院（成都）建設發展有限責任公司）