拱形連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計與施工

范佐銀

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引 言

西寧市是中國夏都旅游城市，近年來，隨著城市的發(fā)展，需在海湖新區(qū)火燒溝上架設(shè)多座橋梁，以滿足整個新區(qū)的總體路網(wǎng)規(guī)劃和景觀要求，海晏路跨火燒溝橋梁是其中一座。該橋東接西寧市舊城區(qū)，西接新城區(qū)，上跨火燒溝景觀帶，北臨湟水河景觀帶，要求建設(shè)成為一座融生態(tài)型、觀光型和藝術(shù)性為一體的景觀交通橋梁。本著適明、經(jīng)濟(jì)、安全和美觀的原則，在設(shè)計時經(jīng)過認(rèn)真方案比選，確定了帶有變化的拱形連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)，滿足了功能與景觀的要求，該橋?qū)蔀楹：聟^(qū)旅游、觀光的景點(diǎn)之一。本文簡要介紹了該橋梁設(shè)計與施工的情況。

1 工程概況

海晏路橋位于西寧市海湖新區(qū)，橫跨火燒溝條，它東與文亭路相交，西與文博路相接，是該新區(qū)路網(wǎng)連接的重要工程。橋梁所跨的火燒溝為景觀帶，為了結(jié)合景觀效果，經(jīng)過多方案比較分析，決定采用主跨21m+30 m+21m拱形連續(xù)剛構(gòu)橋方案，橋梁全長78.16 m，橋?qū)?0 m，分左右幅設(shè)計，橋型布置如圖1所示。

1.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級：城市次干道；

（2）設(shè)計荷載：城-A級；人群3.5 kN/m2；

（3）橋面布置：6.0m（人行道）+9.0m（行車道）+9.0m（行車道）+6.0m（人行道）=30.0m；

（4）溫度：整體升降溫±35℃；

（5）地震基本烈度：地震基本烈度為Ⅶ度，地震動峰值加速度系數(shù)0.10g。

1.2 地質(zhì)概況

擬建場地位于西寧盆地中部，西寧盆地是在前元古界基底上發(fā)育的中一新生代陸相斷陷盆地，受北部大板山南坡及南部拉雞山北緣大斷裂控制，盆地內(nèi)沉積了巨厚的中一新生代陸相碎屑巖，地層產(chǎn)狀平緩，褶皺開闊，地表斷裂跡象極少，存在的僅為基底小斷裂。在勘探的控制深度內(nèi)地層由第四系松散堆積物及第三系泥巖組成，自上而下依次為雜填土（Q4ml）、黃土狀土（Q4al）、卵石（Q4al+pl）、泥巖（N1x）。

2 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計

2.1 上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主梁斷面采用變截面單箱多室結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)高度較小的情況下獲得較大的結(jié)構(gòu)剛度。截面高度按圓曲線方程變化，跨中設(shè)4m長等高度梁段。主梁V形墩頂梁高170 cm，跨中梁高120 cm。頂板寬15m，底板寬10.6m，懸臂2.2m。箱梁頂板厚20 cm，底板厚20 cm，腹板寬40 cm。在梁端處頂、底板厚度均由20 cm漸變?yōu)?0 cm，腹板由40 cm漸變到80 cm。全橋共設(shè)4道100 cm厚橫隔梁，以便上、下部結(jié)構(gòu)傳力。邊跨長21m，中跨30m，邊中跨比為0.7。邊跨較大主要是考慮利用長邊跨來平衡樁頂水平力，同時減少中跨跨中正彎矩，橫斷面布置圖如圖2所示。

2.2 下部結(jié)構(gòu)

2.2.1 橋墩設(shè)計

海晏橋橋墩為V形墩，兩側(cè)V撐采用變截面矩形板，變化曲線采用圓弧線，板厚為0.6~0.8m，

圖1 橋型布置圖（單位：cm）

圖2 橫斷面布置圖（單位：cm）

板寬為10.6m。V形墩兩側(cè)V撐均與梁體和承臺固結(jié)，采用C50鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。承臺為12m×1.8m×1.5m矩形斷面，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，樁徑1.2m。

2.2.2 橋臺設(shè)計

該橋橋臺柱式耳臺，兩岸橋臺高度分別為4.5m和3.5m，臺帽高1.2m。橋臺兩側(cè)護(hù)坡與火燒溝景觀順接，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，樁徑1.2m。

2.2.3 其他

橋面鋪裝為等厚8 cm現(xiàn)澆混凝土+9 cm瀝青混凝土鋪裝，伸縮縫為D-80型伸縮縫。

3 結(jié)構(gòu)計算分析

海晏路橋采用高次超靜定的剛梁柔墩的墩梁固接體系，區(qū)別于普通連續(xù)剛構(gòu)橋所采用的薄壁墩或柱式墩去適應(yīng)不同工況下的內(nèi)力變化的普通做法。采用柔性基礎(chǔ)以適應(yīng)預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力和溫度變化對梁體內(nèi)力影響，使得主梁受力趨向連續(xù)梁受力性質(zhì)。通過調(diào)整邊、中跨的比例來平衡樁頂位移和水平力。

3.1 結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析計算

該結(jié)構(gòu)為墩梁固接的剛構(gòu)體系，從體系形成到結(jié)構(gòu)受力按3個施工階段和使用階段劃分，施工階段分別為橋墩、邊跨及中跨箱梁（未包含中跨2m合攏段）澆筑階段、張拉主梁預(yù)應(yīng)力階段（含支架支撐）、主梁2m合攏段澆筑階段并張拉合攏預(yù)應(yīng)力階段、主梁和橋墩支架拆除進(jìn)行體系轉(zhuǎn)化的階段。使用階段考慮了恒載、預(yù)應(yīng)力、汽車荷載、整體溫升35℃、整體溫降35℃、溫度梯度效應(yīng)、混凝土收縮與徐變和基礎(chǔ)變位。計算縱橫向內(nèi)力采用平面桿系假定，利用北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司MIDAS 2006程序進(jìn)行內(nèi)力分析計算。根據(jù)各階段工況組合內(nèi)力和應(yīng)力的情況，調(diào)整斷面尺寸和預(yù)應(yīng)力鋼束，將各階段受力和應(yīng)力控制在安全范圍內(nèi)。使用階段主要應(yīng)力值如圖3~圖6所示。

圖3 主梁上緣拉應(yīng)力（單位：MPa）

圖4 主梁下緣拉應(yīng)力（單位：MPa）

圖5 主梁上緣壓應(yīng)力（單位：MPa）

圖6 主梁下緣壓應(yīng)力（單位：MPa）

3.2 預(yù)應(yīng)力鋼束布置

按計算結(jié)果，主梁按預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件設(shè)計，V形墩按普通鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計。在主梁布置預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼束采用單根直徑s15.2mm，鋼絞線面積A=139mm2，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度fpk=1 860MPa，張拉控制應(yīng)力采用0.75fpk，彈性模量EP=1.95×105MPa。

為了減小預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力的影響，主梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布置方式為：邊跨、V形墩頂、中跨底板布設(shè)短的正彎矩束，單端張拉，錨于橫隔梁內(nèi)；腹板束為分段布置，兩端張拉，鋼束布置如圖7所示。

圖7 鋼束布置圖（單位：cm）

4 施工方法

作為高次超靜定體系，如何有效減小次內(nèi)力是整個施工順序設(shè)計的重點(diǎn)。主體結(jié)構(gòu)均采用滿堂支架現(xiàn)澆施工，施工順序為：（1）鉆孔灌注樁及承臺施工；（2）澆筑V形墩兩側(cè)V撐至主梁連接處；（3）澆筑邊跨、V墩頂及跨中箱梁，其中預(yù)留1m的V墩頂后澆段和2m的中跨跨中合龍段；（4）澆筑V形墩1m后澆段；（5）張拉腹板鋼束、邊跨底板束、V墩頂?shù)装迨唬?）澆筑中跨跨中合攏段；（7）張拉合攏鋼束；（8） 澆筑左右兩幅橋的50 cm后澆帶，使其橋面形成整體；（9）施工橋面系及附屬。施工過程中將V墩頂設(shè)置1m后澆帶、及張拉完鋼束后澆筑合攏段的原因在于：將以上階段分離出來后，可以有效的減少收縮、徐變和預(yù)應(yīng)力引起的次內(nèi)力，使結(jié)構(gòu)受力更合理，能有效的利用預(yù)應(yīng)力。

該橋已竣工驗收，2010年10月份正式通車運(yùn)營，成橋運(yùn)營照片如圖8所示。

圖8 成橋運(yùn)營照片

5 結(jié) 語

現(xiàn)代橋梁建設(shè)不僅要滿足通行的功能要求，造型的美觀亦是各方追求的目標(biāo)，尤其是在景觀新區(qū)，優(yōu)美的環(huán)境需要人們駐足欣賞。本橋設(shè)置拱形梁，線形流暢，線條簡潔，造型猶如大雁展翅預(yù)飛，實現(xiàn)了功能與景觀的完美結(jié)合。在橋施工中，較多考慮用定型模板，保證整體外觀造新，確保了施工質(zhì)量。文中介紹的拱形連續(xù)剛構(gòu)橋是中小跨徑景觀橋梁的較好選擇，可為同類橋梁設(shè)計提供參考。