(108+195+108)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)

何明權(quán)

(宜賓市敘州區(qū)農(nóng)村公路建設(shè)管理所，四川 宜賓 644601)

1 工程概況

項目位于四川省宜賓市敘州區(qū)泥溪鎮(zhèn)，起于岷江左岸泥溪鎮(zhèn)華順店，與擬建省道310孔灘至泥溪段公路相接，新建龍頭山大橋跨山溝后，通過新建泥溪特大橋跨越岷江，止于岷江右岸泥南鄉(xiāng)老房溝附近順接規(guī)劃省道310線、省道215線共線段。

上部結(jié)構(gòu)主橋采用(108+195+108)m預(yù)應(yīng)力混凝土三跨連續(xù)剛構(gòu)，掛籃懸臂施工；主梁采用單箱單室截面，橫向按雙幅分離、對稱布置；主墩為雙肢薄壁墩、承臺接群樁基礎(chǔ)，墩身采用滑升模板施工。橋梁效果見圖1。

圖1 橋梁效果圖

2 技術(shù)標準

公路等級：一級公路。

設(shè)計速度：60 km/h。

荷載等級：公路-Ⅰ級；人群荷載：主橋2.875 kN/m2、引橋3.45 kN/m2。

橋面寬度：26.5 m=2.25 m人行道+2.5 m非機動車道+2×3.5 m行車道+0.5 m路緣帶+2 m中央分隔帶+0.5 m路緣帶+2×3.5 m行車道+2.5 m非機動車道+2.25 m人行道。

橋梁抗震設(shè)防類別：A類；地震動峰值加速度：0.10 g，地震動反應(yīng)譜特征周期：0.45 s，基本地震烈度：Ⅶ度，抗震設(shè)防措施等級：8級。

設(shè)計洪水頻率：特大橋1/300、大橋1/100。

通航標準：內(nèi)河Ⅲ-(3)級。

船舶撞擊力：主墩橫橋向800 kN，主墩順橋向650 kN。

設(shè)計安全等級：一級。

設(shè)計基準期：100年。

環(huán)境類別：I類。

場地類別：Ⅱ類。

環(huán)境的年平均相對濕度：80%。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計概況

3.1 總體設(shè)計思路

主孔跨徑的大小對河道防洪、通航和橋梁建設(shè)投資均影響較大。根據(jù)《四川省內(nèi)河水運發(fā)展規(guī)劃》(2010年9月)，岷江樂山～宜賓段規(guī)劃為Ⅲ級航道，橋位處河段按Ⅲ級航道標準考慮，當(dāng)水上過河建筑物軸線的法線方向與水流流向的交角≤5°且橫向流速<0.3 m/s時，天然河流Ⅲ級航道通航凈空尺度要求：雙向通航孔凈寬110 m，上底寬96 m，凈高10 m，側(cè)高6 m；當(dāng)交角>5°且橫向流速>50.3 m/s時，通航凈寬必須在上述基礎(chǔ)上按規(guī)定加大；當(dāng)水流橫向流速>0.8 m/s時，應(yīng)一跨過河或在通航水域中不得設(shè)置墩柱。

通過多種方案對比，綜合考慮橋梁施工難度及風(fēng)險、后期養(yǎng)護成本、岷江珍稀魚類保護等諸多因素，確定主橋采用(108+195+108)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。

3.2 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

主橋箱梁為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，采用單箱單室截面，左右分幅設(shè)計。單幅箱梁頂板寬13.1 m，底板寬7.5 m，外翼板懸臂長2.8 m，箱梁頂板設(shè)置成2%單向橫坡。箱梁跨中及邊跨支架現(xiàn)澆段梁高4.1 m，箱梁根部斷面和墩頂0號梁段高為12.5 m；箱梁高均以邊腹板外側(cè)為準。從距離中跨跨中1.0 m至箱梁根部，箱高以1.6次拋物線變化。箱梁腹板在墩頂范圍內(nèi)厚120 cm，剛構(gòu)腹板有75、65、55 cm三種厚度。箱梁底板厚0號梁段為180 cm，其余梁段底板從箱梁根部截面的150 cm厚以1.6次拋物線漸變至32 cm厚。箱梁0號段長15.0 m，懸臂施工節(jié)段長度為11×3.0 m+14×4.0 m，全橋兩幅共設(shè)6個合龍段，其長度均為2.0 m，邊跨現(xiàn)澆段長度為9.3 m。1號～25號梁段采用掛籃懸臂澆筑施工，懸臂澆筑節(jié)段最大控制重量為2 594.8 kN(1#梁段)，掛籃設(shè)計自重1 300 kN(含施工荷載)。

縱向預(yù)應(yīng)力束采用15φs15.2～24φs15.2高強低松弛鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力束采用3φs15.2高強低松弛鋼絞線，箱梁頂板內(nèi)沿縱向每隔50 cm左右交錯設(shè)一道橫向預(yù)應(yīng)力束，采用2φs15.2高強低松弛鋼絞線。主橋體外束作為后期運營中預(yù)應(yīng)力儲備，體外預(yù)應(yīng)力采用27φs15.2、19φs15.2環(huán)氧涂層鋼鉸線無粘結(jié)成品索，熱擠HDPE防護；邊跨、中跨均布置4束體外束，10#、19#梁段橫隔板也作為運營期間體外束的轉(zhuǎn)向隔板，轉(zhuǎn)向隔板內(nèi)預(yù)埋體外束轉(zhuǎn)向器，箱梁內(nèi)預(yù)埋固定體外束減震器的鋼板。

主墩采用分幅設(shè)計，墩身高度分別為36、35 m，采用鋼筋混凝土雙肢薄壁墩身，承臺接鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；每個墩身雙肢間凈距5.6 m，每肢縱向厚度2.2 m，橫向?qū)挾?.5 m，兩側(cè)為圓端型；承臺采用分離式，單個承臺順橋向長16 m，橫橋向?qū)?4.74 m，厚5.5 m；樁基礎(chǔ)按端承樁設(shè)計，一個承臺采用9根直徑2.5 m鉆孔灌注樁。

3.3 橋梁施工順序

1)下部結(jié)構(gòu)施工。泥溪岷江特大橋1#、2#主墩水中基礎(chǔ)采用鋼管樁鉆孔平臺及雙壁鋼圍堰施工，在橋梁上游適當(dāng)位置設(shè)置鋼棧橋，作為材料運輸通道；3#交界墩基礎(chǔ)采用筑島圍堰施工。主墩樁基、承臺、墩身施工方案：搭設(shè)鋼棧橋及鋼管樁鉆孔平臺→分批分組鉆孔或沖孔→分批分組澆筑樁基混凝土→制作及下放鋼圍堰、澆筑承臺封底混凝土→破樁，分區(qū)、分層施工承臺→承臺混凝土體積較大，設(shè)計采用冷卻水管或低水化熱水泥施工，減少水化熱，防止混凝土開裂→采用翻模法或爬模法施工主墩墩身→繼續(xù)向上施工墩身。每個主墩處至少應(yīng)配置1部高塔吊與1部施工電梯，其余所需則為常規(guī)的施工設(shè)備，混凝土均采用輸送泵運送澆筑。

2)上部結(jié)構(gòu)施工。

(1)主梁節(jié)段施工。主梁采用掛籃懸臂澆筑。主橋墩完成后，用萬能桿件組拼托架澆筑零號塊件,掛籃依次懸臂澆筑其余梁段，設(shè)計掛籃懸澆節(jié)段最大重量為2 594.8 kN，掛籃設(shè)計自重1 300 kN(包括施工荷載)。

(2)主梁邊跨現(xiàn)澆段。主橋邊跨現(xiàn)澆段(27#梁段)在落地支架上立模一次連續(xù)澆筑完成，支架設(shè)置完成后，須對現(xiàn)澆支架進行預(yù)壓，且預(yù)壓重量≥1.2倍箱梁自重，同時對墩頂偏位進行觀測；支架在梁體澆筑前必須檢驗支架及地基的強度及穩(wěn)定性，消除支架的非彈性變形。邊跨底板束張拉時和邊跨合龍后，為保證梁體和支架間水平向自由變形，需在現(xiàn)澆段底模與支架支承面處墊四氟滑板。現(xiàn)澆段底模安裝時應(yīng)按要求在交接墩位置安設(shè)支座。

(3)主梁合龍段施工。全橋分三個合龍階段，第一、二階段合龍兩岸邊跨：支架上澆筑箱梁的邊跨現(xiàn)澆段，將邊跨掛籃改裝為合龍吊架，進行水箱壓重，中跨跨中則進行相應(yīng)配重，完成岸邊邊跨合龍及混凝土澆筑，待滿足要求后張拉邊跨頂、底板鋼束。第三階段合龍中跨：在中跨兩懸臂端將掛籃改裝為吊架，并在懸臂端設(shè)水箱作平衡重。為改善墩身受力，用千斤頂在中跨合龍段同步施加水平力頂推，在滿足設(shè)計合龍溫度情況下，焊好合龍骨架，澆筑合龍段混凝土，邊澆混凝土邊同步等重量放水，待滿足要求后張拉邊跨頂、底板鋼束。

4 主要計算分析

主橋箱梁按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計，按梁單元進行主梁施工及成橋階段的結(jié)構(gòu)靜力計算，材料按線彈性計。計算中考慮的荷載及作用包括：結(jié)構(gòu)自重、基礎(chǔ)變位、預(yù)應(yīng)力荷載、均勻升降溫、溫度梯度正反溫差、掛籃荷載、施工荷載、活載、汽車制動力、二期恒載、過橋管線。

4.1 計算荷載

恒載：主梁重量按設(shè)計尺寸計算，橫隔板按集中荷載加在對應(yīng)位置，混凝土容重取26 kN/m3，二期恒載按橋面系實際荷載取值。

汽車活載：公路-Ⅰ級；人群荷載：主橋2.875 kN/m2；考慮縱向折減系數(shù)0.97、橫向車道系數(shù)0.78和偏載系數(shù)1.2等確定汽車荷載的橫向分布系數(shù)；非機動車道按《城市橋梁設(shè)計規(guī)范(2019年版)》(CJJ 11—2011)[3]10.0.6條規(guī)定，按人群荷載考慮(最不利情況)。

整體升降溫25℃，混凝土的溫度線脹系數(shù)αc=1.0×10-5，鋼的溫度線脹系數(shù)αs=1.2×10-5。梯度溫度按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)[4]中第4.3.10條執(zhí)行。橋面板收縮徐變按實際加載齡期由程序自動計算，支座不均勻沉降主墩按2 cm、交界墩按1 cm考慮。

4.2 結(jié)構(gòu)整體分析

主橋整體分析采用橋梁博士V3.6.0建立平面模型進行計算；主橋梁體共劃分為135個節(jié)點，134個單元；橋墩每1 m劃分1個單元；承臺底約束剛度按m法計算考慮。計算模型如圖2所示。

圖2 計算模型圖

1)主梁承載力極限狀態(tài)計算(基本組合γ0S≤R)。

(1)抗彎強度。見圖3～4。

圖3 最大內(nèi)力及抗力圖

圖4 最小內(nèi)力及抗力圖

(2)抗剪強度。見圖5。

圖5 最大最小剪力包絡(luò)圖

2)主梁抗裂驗算。

按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG 3362—2018)[5]，全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用(或荷載)短期效應(yīng)組合下應(yīng)滿足：σst-0.80σpc≥0；全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用(或荷載)短期效應(yīng)組合下，現(xiàn)場澆筑構(gòu)件，主拉應(yīng)力應(yīng)滿足：σtp0.4ftk=1.14MPa。主梁頻遇組合抗裂驗算表見表1。

表1 主梁頻遇組合抗裂驗算表 單位：MPa

主梁頻遇組合抗裂驗算滿足規(guī)范要求。

3)主梁混凝土應(yīng)力驗算。

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG 3362—2018)，混凝土的最大法向壓應(yīng)力應(yīng)滿足：σkc+σpt0.5fck=19.3MPa，再按照上述設(shè)計規(guī)范，按標準值組合的混凝土主壓應(yīng)力應(yīng)滿足：σcp0.6fck=23.1MPa。主梁標準組合應(yīng)力驗算表見表2。

表2 主梁標準組合應(yīng)力驗算表 單位：MPa

主梁標準組合應(yīng)力驗算滿足規(guī)范要求。

5 關(guān)鍵技術(shù)特點

本項目主橋為(108+195+108)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，屬國內(nèi)同類連續(xù)剛構(gòu)跨度較大情況，主要技術(shù)特點如下。

1)采用兩個對稱懸澆T構(gòu)合龍而成的連續(xù)剛構(gòu)，懸臂施工技術(shù)成熟，橋梁跨越能力較大，應(yīng)用前景廣泛。

2)施工時應(yīng)注意控制好合龍溫度、頂推力及合龍鋼束張拉情況，同時控制好體外預(yù)應(yīng)力施工，以獲取更為有利的受力狀態(tài)。

3)設(shè)計施工時應(yīng)充分考慮大跨連續(xù)剛構(gòu)后期可能出現(xiàn)的腹板開裂及跨中下?lián)系木唧w措施。

6 結(jié)束語

對于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，特別是跨度較大時應(yīng)根據(jù)地形地貌等因素合理控制邊中跨比，控制好施工合龍溫度、頂推力及合龍鋼束及體外預(yù)應(yīng)力的張拉情況，充分考慮后期可能出現(xiàn)的腹板開裂及跨中下?lián)系木唧w措施，以獲取更為有利的受力狀態(tài)，以發(fā)揮連續(xù)剛構(gòu)在跨越山區(qū)溝谷地形帶來的經(jīng)濟效果。

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