天門市水陸李大橋主橋連續(xù)梁設(shè)計(jì)

嚴(yán)少波

(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,武漢 430051)

天門市水陸李大橋主橋連續(xù)梁設(shè)計(jì)

嚴(yán)少波

(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,武漢 430051)

天門市水陸李大橋主橋是一座為3跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋,橋跨布置為65 m+110 m+65 m。結(jié)合該橋的設(shè)計(jì)過程,探討了該橋的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算、主要施工方法,從材料、構(gòu)造措施和施工工藝等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)以保證大橋的使用壽命。

連續(xù)梁; 主橋; 預(yù)應(yīng)力混凝土; 設(shè)計(jì)

1 工程概況

天門市皂仙公路水陸李大橋是湖北省重要的南北向干線公路——皂仙公路上的組成部分,是皂仙公路胡市至凈潭段改擴(kuò)建工程跨越漢北河的一座配套橋梁。水陸李大橋上跨漢北河以及兩岸大堤,橋跨布置為4×30 m+4×30 m+4×30 m+4×30 m+(65+110+65)m+5×30 m,橋梁全長(zhǎng)877 m,寬度12 m。引橋上構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力砼先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)小箱梁跨越漢北河左岸河堤,主橋采用65+110+65 m變截面懸澆連續(xù)箱梁上跨漢北河主通航河道及漢北河右岸堤防[1](如圖1所示)。主橋箱梁為全預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu),引橋小箱梁為A類預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)。引橋下構(gòu)為柱式橋墩配樁基,主橋?yàn)榫匦味张涑信_(tái)樁基;橋臺(tái)為肋板臺(tái)配樁基礎(chǔ)。大橋總體設(shè)計(jì)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(dá)到景觀協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)安全、方便施工的目標(biāo)[2]。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期:100年。

設(shè)計(jì)車速:60 km/h。

橋面布置:按雙向2車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),橋梁寬度為12 m,布置形式為0.5 m(防撞墻)+11 m(行車道)+ 0.5 m(防撞墻)。

設(shè)計(jì)荷載基本參數(shù):公路-Ⅱ級(jí)汽車荷載。

船舶撞擊力:主通航孔順?biāo)鞣较?50 k N,橫水流方向550 k N。

設(shè)計(jì)洪水頻率:1/100,最高通航水位27.34 m,最低通航水位20.540 m,設(shè)計(jì)水位28.644 m。

橋下通航等級(jí):按Ⅳ-(3)航道考慮,凈寬94.632 m,凈高8.0 m。

橋面平、縱、橫設(shè)計(jì):平面線型為直線,橫坡為雙向2%路拱?？v斷面位于R=10 000 m的凸形豎曲線上,縱坡1%～-2.95%。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 主梁設(shè)計(jì)

水陸李大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為3跨預(yù)應(yīng)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 m,箱梁底寬6.5 m,兩側(cè)懸臂長(zhǎng)度2.75 m。箱梁混凝土標(biāo)號(hào)為C55。

箱梁支點(diǎn)截面根部梁高6.7 m,跨中及端部梁高2.9 m。箱梁根部底板厚70 cm,跨中底板厚28 cm。箱梁梁高、底板厚度從支點(diǎn)截面根部至跨中按2次拋物線變化,其中梁高的變化方程為:y=0.001 405 3x2+2.9,式中,x表示相對(duì)變化起點(diǎn)的距離,y表示相對(duì)變化起點(diǎn)的高差。

腹板在主墩墩頂0號(hào)梁段為65 cm,中跨跨中及邊跨現(xiàn)澆梁段為45 cm,其它之間梁段腹板厚度由65 cm變到45 cm,腹板厚度在兩個(gè)箱梁節(jié)段內(nèi)直線變化。箱梁頂板厚度28 cm。箱梁頂設(shè)有2%的單向橫坡。沿橋設(shè)計(jì)線,墩頂0號(hào)梁段長(zhǎng)12 m,梁段長(zhǎng)度從根部至跨中各為:6×3.5 m、6×4.5 m,邊、中跨合攏段長(zhǎng)2 m。邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)4 m。

水陸李大橋主橋上部結(jié)構(gòu)按預(yù)應(yīng)力混凝土全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì),采用三向預(yù)應(yīng)力?？v向預(yù)應(yīng)力束分為腹板下彎束、頂板束和底板連續(xù)束,采用平、豎、彎相結(jié)合的空間曲線,分別錨固在箱梁的腹板、頂板、頂?shù)装宄型谢螨X板上[3]?？v向束采用12?s15.2 m、15?s15.2 m、19?s15.2 m,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa,縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線孔道采用內(nèi)徑100 mm、90 mm的金屬波紋管成孔。豎向預(yù)應(yīng)力采用?32 mm的冷拉Ⅳ級(jí)精軋螺紋粗鋼筋,管道采用內(nèi)徑42 mm的金屬波紋管,上端張拉,錨在頂板頂面,控制張拉力635.7 k N,豎向預(yù)應(yīng)力筋順橋向間距平均50 cm。橫向預(yù)應(yīng)筋采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa的2～?s15.2 mm鋼絞線,扁錨,用內(nèi)徑50 mm的金屬波紋管成孔。控制張拉力377.5 k N,為方便施工,采用一端張拉。橫向預(yù)應(yīng)力筋順橋向間距50 cm。

管道灌漿建議采用真空灌漿工藝。預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)定位鋼筋,間距50 cm,彎道處間距加密到30 cm。

3.2 橋墩及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

主橋主墩均采用鋼筋混凝土矩形墩,墩高分別為11.326 m、11.188 m,墩身截面采用b(橫橋向)×h(順橋向)=6.5×3.5 m。主墩承臺(tái)厚度為3.5 m,基礎(chǔ)為4?2.5 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ),設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為52 m和55 m (按摩擦樁設(shè)計(jì))。

過渡墩也采用鋼筋混凝土矩形墩,左右幅過渡墩高(不含墩帽)14.09 m、9.282 m。主橋過渡墩承臺(tái)厚2.5 m,基礎(chǔ)為4?1.5 m鉆孔灌注樁,設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)35 m(按摩擦樁設(shè)計(jì))。

為避免或減少因船舶碰撞橋墩帶來的墩身結(jié)構(gòu)局部破損、船體破損及相應(yīng)的損失,在通航孔兩側(cè)橋墩四周采取用橡膠碰墊或防撞鋼套箱等吸能圍護(hù)措施等。

3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

水陸李大橋主橋整體計(jì)算采用桿系理論,以主梁橋軸線為基準(zhǔn)劃分結(jié)構(gòu)離散圖。采用midas Civil 2011軟件建立有限元模型,主橋上部結(jié)構(gòu)共劃分72個(gè)單元。計(jì)算模型及單元?jiǎng)澐秩鐖D3所示。

水陸李大橋主橋采用懸臂澆筑法,計(jì)算模型按照施工方案共劃分了15個(gè)計(jì)算階段,其中前14個(gè)階段為施工階段,最后一個(gè)階段為正常使用階段。每個(gè)懸臂施工階段包括掛籃就位、梁段澆筑、張拉預(yù)應(yīng)力束(筋)及掛籃前移等四個(gè)主要工況。成橋運(yùn)營(yíng)計(jì)算包括恒載、活載、支點(diǎn)沉降、溫度等工況[4]。

通過對(duì)結(jié)構(gòu)整體分析驗(yàn)算,綜合考慮了短暫狀況與持久狀況時(shí)的各種工況,包括自重、施工荷載、預(yù)應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力二次力、收縮徐變次內(nèi)力、非線性溫差、活載、基礎(chǔ)變位等作用;對(duì)箱梁施工、使用階段各截面的內(nèi)力、應(yīng)力,以及使用階段的強(qiáng)度等均進(jìn)行了計(jì)算分析,各種最不利荷載組合下結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(jié)構(gòu)控制斷面正截面彎矩值與最大抗力比較。

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

3.4 主要施工方法

3.4.1 上部結(jié)構(gòu)施工

水陸李大橋箱梁施工方案為:先施工基礎(chǔ)、橋墩;在主墩兩側(cè)承臺(tái)上搭設(shè)臨時(shí)支架澆筑0#塊砼;然后分塊懸臂對(duì)稱澆注梁段,形成最大T構(gòu)狀態(tài),同時(shí)在邊跨直線段和邊跨合攏段搭支架,并用110%自重進(jìn)行預(yù)壓,待基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定后,分段拆除壓重并澆筑該段砼,直至完成邊跨合攏,形成兩個(gè)單懸臂的超靜定梁;最后利用剛性吊架合攏跨中段;最后成橋形成3跨連續(xù)梁橋[5]。

主墩0#塊長(zhǎng)12 m,兩側(cè)1～6#塊長(zhǎng)3.5 m,7～12#塊長(zhǎng)4.5 m;最大節(jié)段重量為131.1 t,掛籃設(shè)計(jì)重按79 t設(shè)計(jì)。掛籃施工應(yīng)嚴(yán)防掛籃跌落,尤其應(yīng)防止在最大懸臂施工狀態(tài)下出現(xiàn),因此掛籃在施工過程中對(duì)后錨固點(diǎn)必須具備雙保護(hù)方案。對(duì)稱塊段砼澆注速度偏差應(yīng)小于30%,各塊段施工誤差控制在5%以內(nèi)。

由于水陸李大橋設(shè)有縱坡,所以在同一“T”的對(duì)稱節(jié)段標(biāo)高不等,施工中應(yīng)嚴(yán)格控制。箱梁內(nèi)管道與鋼筋如發(fā)生沖突,以縱向鋼束受力為主,可適當(dāng)調(diào)整其它鋼筋的位置。

3.4.2 下部結(jié)構(gòu)施工

水陸李大橋箱梁主橋墩采用滑模施工方案,樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。樁基鉆孔應(yīng)嚴(yán)格控制孔的中心位置,其偏差不得大于5 cm,孔徑不得小于樁徑,且鉆孔樁傾斜度應(yīng)小于1%?？咨畋仨殗?yán)格按設(shè)計(jì)標(biāo)高控制,相鄰樁底高差不得大于10 cm,并不得高于設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高,樁底清孔必須徹底。

由于水陸李大橋箱梁主橋墩采用C40混凝土,混凝土收縮量較大,施工過程中須密切注意混凝土的收縮裂縫。對(duì)混凝土的材料應(yīng)反復(fù)優(yōu)化配合比,增加必要的降低收縮量的添加劑;從工藝上應(yīng)盡量努力降低骨料溫度,縮短節(jié)段之間的混凝土齡期差,并加強(qiáng)養(yǎng)生。為防止剛度突變,墩身第一個(gè)施工接縫設(shè)在墩身底以上5 m左右,其余施工接縫的設(shè)置按照相應(yīng)的施工規(guī)范參照?qǐng)?zhí)行。

水陸李大橋橋臺(tái)處于大于1%的縱坡上,出現(xiàn)橋臺(tái)背墻與梁端干擾的問題,即梁端侵入終點(diǎn)橋臺(tái)伸縮縫,導(dǎo)致伸縮縫空隙縮小,無法滿足伸縮縫安裝所需空間,因此必須對(duì)橋臺(tái)背墻前緣進(jìn)行處理。具體處理措施采取以背墻前緣與帽梁頂?shù)慕稽c(diǎn)(不動(dòng)點(diǎn))為原點(diǎn),對(duì)背墻前緣線采取與路線縱坡同方向的轉(zhuǎn)動(dòng),使其坡度與路線縱坡一致,其它部位均不動(dòng)的處理措施,調(diào)整示意圖如圖4所示。

4 結(jié) 語

結(jié)合水陸李大橋的設(shè)計(jì)過程,對(duì)主橋的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、主梁設(shè)計(jì)和橋墩和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算、上下部結(jié)構(gòu)的主要施工方法等進(jìn)行了詳細(xì)介紹,從材料、構(gòu)造措施、施工工藝等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì),以保障大橋的長(zhǎng)效使用壽命,希望能為同類橋梁的設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

[1] 湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)[Z].武漢:湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,2013.

[2] 嚴(yán)少波.漢北河竟陵大橋主橋連續(xù)梁設(shè)計(jì)[J].建材世界,2014(3):52-54.

[3] 郭風(fēng)澤.鐵路大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)[J].四川建筑,2007(9):117-121.

[4] 王玲麗,蔡 建.淺談?lì)A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)體會(huì)[J].中國(guó)科技信息,2011(15):38.

[5] 鮑衛(wèi)剛,周泳濤.預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋梁設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南[M].北京:人民交通出版社,2009.

Design of Main Bridge of Tianmen Shuiluli Bridge

YAN Shao-bo
(Hubei Provincial Transport Planning and Design Institute,Wuhan 430051,China)

Tianmen Shuiluli Bridge is a three span prestressed concrete continuous box girder bridge with the bridge spans arrangement of 65 m+110 m+65 m.In accordance with the process of the design of the bridge,this paper discusses the technical standards,structure design,structure calculation,and the main construction method.The durability of the bridge is appropriately designed by the rational utilization of materials and structural formation so as to eventually ensure the long-term service life of the bridge.

continuous beam; main beam; prestressed concrete; design

2014-06-22.

嚴(yán)少波(1973-),高級(jí)工程師.E-mail:1750987@qq.com

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.05.020