漢北河竟陵大橋主橋連續(xù)梁設計

嚴少波

（湖北省交通規(guī)劃設計院，武漢 430051）

漢北河竟陵大橋是湖北省重要的南北向干線公路——皂（市）毛（嘴）公路上的控制性工程，已納入湖北省公路水路“十二五”規(guī)劃重點項目庫。該橋跨越漢北河，位于天門市區(qū)陸羽大道以北，漢北河老龍堤下游1.5km處。大橋的建設，對于優(yōu)化區(qū)域公路網(wǎng)布局，充分發(fā)揮干線公路的作用和功能，緩解中心城區(qū)交通壓力，促進地方經(jīng)濟社會發(fā)展，加快天門融入武漢城市圈等方面具有重大意義［1］。

竟陵大橋橋跨布置為：4×20m預應力混凝土先簡支后結構連續(xù)空心板＋（40m＋5×70m＋40m）預應力混凝土變高度連續(xù)箱梁＋4×20m預應力混凝土先簡支后結構連續(xù)空心板，全橋總長594.62m。大橋主橋為（40m＋5×70m＋40m）7跨預應力混凝土連續(xù)箱梁橋（如圖1所示）。大橋總體設計綜合考慮地形、通航、水文、地質(zhì)、防洪等因素，在滿足大橋使用功能的前提下，力求達到景觀協(xié)調(diào)、結構經(jīng)濟安全、方便施工。

1 主要技術標準

設計車速：80km／h。

橋面布置：按雙向6車道標準建設，橋梁寬度為24.5m，布置形式為0.5m（防撞墻）＋11m（行車道）＋0.5m（防撞墻）＋0.5m（分隔帶）＋0.5m（防撞墻）＋11m（行車道）＋0.5m（防撞墻）。

設計荷載基本參數(shù)：公路－Ⅰ級汽車荷載。

船舶撞擊力：主通航孔順水流方向450kN，橫水流方向550kN。

設計洪水頻率：1／100，最高通航水位27.951m，最低通航水位21.201m，設計水位29.225m。

橋下通航等級：按Ⅳ－（3）航道考慮，凈寬45m，凈高8.0m。

橋面平、縱、橫設計：平面位于R＝1400m圓曲線接直線段上，縱面位于i＝2.2%上坡接R＝7000的凸型豎曲線接i＝2.2%下坡上。橋面采用雙向橫坡2%。

2 結構設計

2.1 主梁設計

竟陵大橋主橋上部結構為七跨預應力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁采用單箱單室截面（如圖2所示），箱梁頂寬12.24m，箱梁底寬6.5m，兩側懸臂長度2.87m。箱梁混凝土標號為C50。

箱梁支點截面根部梁高4m，跨中及端部梁高2m。箱梁根部底板厚65cm，跨中底板厚30cm。箱梁梁高、底板厚度從支點截面根部至跨中按1.8次拋物線變化，其中梁高的變化方程為：y＝0.003798 7x1.8＋2，底板厚的變化方程為：y＝0.000664 78x1.8＋0.3，式中x表示相對變化起點的距離，y表示相對變化起點的高差。

腹板在主墩墩頂0號梁段及左右三個梁段均為70cm，中跨跨中及邊跨現(xiàn)澆梁段為50cm，其它之間梁段腹板厚度由70cm變到50cm，腹板厚度在兩個箱梁節(jié)段內(nèi)直線變化。箱梁頂板厚度28cm。箱梁頂設有2%的單向橫坡。沿橋設計線，墩頂0號梁段長10m，梁段長度從根部至跨中各為：5×3.0m、4×3.5m，邊、中跨合攏段長2m。邊跨現(xiàn)澆段長3.65m。

竟陵大橋主橋上部結構按預應力混凝土全預應力構件設計，采用三向預應力，縱、橫向預應力采用《預應力混凝土用鋼絞線》（GB／T 5224—2003）標準270級高強度低松馳鋼絞線，標準強度1860MPa，設計錨下張拉控制應力1395MPa。箱梁縱向鋼束每股直徑15.2mm，采用大噸位群錨體系，最多每束達15根鋼絞線，最大控制張拉力2929.5kN。箱梁橫向預應力鋼束每股直徑15.2mm，采用BM15－3扁錨體系，采用一端單根張拉方式，控制張拉力為585.9kN。豎向預應力采用JL32精軋螺紋粗鋼筋及軋絲錨，JLM錨具。豎向鋼束張拉方式按單端張拉，精軋螺紋粗鋼筋控制張拉力為542kN?？v向預應力束管道采用預埋金屬波紋管成孔，橫、豎向預應力束（筋）管道采用預埋金屬波紋管成孔，常規(guī)預應力孔道壓漿工藝。

2.2 橋墩及基礎設計

主橋主墩采用圓端形薄壁墩，墩身厚3.0m，橫橋向?qū)?.75m。承臺順橋向長10.1m，橫橋向?qū)?.0m，高2.5m。承臺下接6根直徑1.5m的鉆孔樁，順橋向兩排、橫橋向3排布置。

主橋邊墩采用薄壁墩，蓋梁寬1.1m，長11.94m，高1.5m，墩身厚2.5m，橫橋向?qū)?.5m。承臺順橋向長6.3m，橫橋向?qū)?.5m，高2.0m。承臺下接4根直徑1.5m的鉆孔樁，順橋向兩排、橫橋向兩排布置。

為避免或減少因船舶碰撞橋墩帶來的墩身結構局部破損、船體破損及相應的損失，可在通航孔兩側橋墩四周采取用橡膠碰墊等浮式吸能設施圍護措施等。

2.3 結構計算

竟陵大橋主橋整體計算采用桿系理論，以主梁橋軸線為基準劃分結構離散圖。采用Dr.Bridge3.2軟件建立有限元模型，主橋上部結構共劃分176個單元，其中一個中支座采用水平及豎向約束，其余支座均采用豎向約束。計算模型及單元劃分如圖3所示。

竟陵大橋主橋采用懸臂澆筑法，計算模型按照施工方案共劃分了46個計算階段，其中前45個階段為施工階段，最后一個階段為正常使用階段。每個懸臂施工階段包括掛籃就位、梁段澆筑、張拉預應力束（筋）及掛籃前移等四個主要工況［2］。成橋運營計算包括恒載、活載、支點沉降、溫度等工況［3］。

通過對結構整體分析驗算，綜合考慮了短暫狀況與持久狀況時的各種工況，包括自重、施工荷載、預應力、預應力二次力、收縮徐變次內(nèi)力、非線性溫差、活載、基礎變位等作用；對箱梁施工、使用階段各截面的內(nèi)力、應力，以及使用階段的強度等均進行了計算分析，各種最不利荷載組合下結構強度均滿足規(guī)范要求。表1為承載能力極限狀態(tài)組合下結構控制斷面正截面彎矩值與最大抗力比較，圖4給出了結構各單元正截面彎矩值與最大抗力比較圖，從圖中可以看出各截面內(nèi)力值均小于最大抗力，滿足設計要求。

表1 承載能力極限狀態(tài)組合單元內(nèi)力與最大抗力比較表

2.4 耐久性設計及主要施工方法

1）嚴格控制混凝土原材料中骨料、水泥、粉煤灰等礦物摻合料、水、外加劑的質(zhì)量和混凝土配合比技術指標，選擇合理的施工工藝［4］。

2）預應力筋過于集中及預應力噸位過大易導致混凝土開裂，設計合適可靠的豎向預應力的同時，適當增設腹板縱向預應力下彎束，減小箱梁腹板主拉應力。

3）箱梁0號梁段（墩頂）的橫隔板的厚度不宜太厚，應盡可能與頂板、腹板的剛度匹配，設置足夠的底板鋼筋；在箱梁0號梁段的內(nèi)、外主筋的表面設置防裂鋼筋網(wǎng)片，同時箱梁0號梁段的混凝土中可加入抗混凝土開裂的杜拉纖維或鋼纖維，以提高結構的抗裂性能。

4）為提高預應力筋的耐久性，預應力孔道管采用水泥基漿體填充，采用真空吸（壓）漿工藝施工［5］。采用不低于結構混凝土強度80%的細石混凝土封錨，封錨混凝土應適當添加膨脹劑，減少收縮影響；封錨混凝土厚度（錨具外緣至封錨面）不小于5cm。

竟陵大橋主橋多個主墩位于河道內(nèi)，主墩基礎施工必須趕在枯水期內(nèi)完成，可采用鋼管樁圍堰施工主墩承臺。墩身采用爬?；蚍，F(xiàn)澆，基樁采用鉆孔施工。主橋上部結構施工工藝流程為：下部結構施工完成后，在墩旁托架上澆筑0號塊，其余塊件（除合攏段及邊跨現(xiàn)澆段外）均以掛籃懸臂對稱澆筑，并張拉各階段預應力鋼束，直至最大懸臂；然后按先邊跨后中跨的順序依次合攏；最后進行橋面系施工。

3 結 語

作為湖北省公路水路“十二五”規(guī)劃重點項目，漢北河竟陵大橋的建成對改善天門市交通和武漢市城市圈的建設均有重要意義。結合該橋的設計過程，對橋梁的技術標準、主梁設計和橋墩和基礎設計、結構計算、耐久性設計和主要施工方法等進行了詳細介紹，從材料、構造措施、施工工藝等方面進行了設計，以保障大橋的長效使用壽命，希望能為同類橋梁的設計提供借鑒和參考。

［1］湖北省交通規(guī)劃設計院.省道皂毛公路天門市竟陵至岳口段改建工程（第03合同段）施工圖設計［Z］.武漢：湖北省交通規(guī)劃設計院，2013.

［2］袁任重，姜友生，丁望星，等.荊岳長江公路大橋南邊跨主梁施工技術［J］.交通科技，2013（5）：46.

［3］牛遠志.拉薩河特大橋引橋32m連續(xù)梁設計［J］.橋梁建設，2005（5）：3133.

［4］蘇 偉，王俊杰.秦沈客運專線剛構連續(xù)梁橋設計［J］.鐵道標準設計，2001（11）：12－14.

［5］劉云飛，李 明.預應力混凝土剛構—連續(xù)組合梁橋設計［J］.城市道橋與防洪，2004（4）：46－50.