內(nèi)荊河特大橋主橋設(shè)計(jì)分析

陳樂元

（湖北省工業(yè)建筑集團(tuán)有限公司，湖北 武漢430000）

1 橋梁概況

內(nèi)荊河特大橋是洪湖市環(huán)湖綠道PPP項(xiàng)目中的一座特大橋，全長(zhǎng)1118.0m，跨徑組合（3×40+3×40+4×40）m+（70+130+70）m+（4×40+4×40+3×40）m。橋面寬度為0.5m（SA級(jí)防撞護(hù)欄）+9m（行車道)+4.5m（非機(jī)動(dòng)車道）+0.5m（SA級(jí)防撞護(hù)欄）=14.5m。本橋?yàn)榭缭胶槌切潞?、?nèi)荊河而設(shè)，內(nèi)荊河規(guī)劃為限制性Ⅳ級(jí)航道，通航凈空為55m（凈寬）×8m（凈高），最高通航水位為25.16m。路線與內(nèi)荊河交角132度，橋梁與路線正交，則橋下凈寬不小于90m。并考慮到河堤防護(hù)、墩身寬度、安全距離、結(jié)構(gòu)下弦最小距離等因素，主橋采用70m+130m+70m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁。主橋立面布置如圖1所示。

2 自然地理?xiàng)l件

2.1 氣象和水文

場(chǎng)區(qū)氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，其特點(diǎn)是冬夏長(zhǎng)，春秋短，降水充沛，溫暖濕潤(rùn)，日照充足，無(wú)霜期長(zhǎng)。氣溫一月最低，平均氣溫3.7℃,七月最高,平均氣溫28.9℃,年平均降水量1320mm,四至六月是全年降水集中期，全年一、二、三、十一、十二月為地下水枯水期，其余月份為豐水期。

2.2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

洪湖地區(qū)屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)兩湖段坳，為新華夏第二沉降帶南延部分。東西分布為江漢斷陷和華容斷隆兩個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元，其中又以洪湖市為界分別為陳沱口地塹和沔陽(yáng)凹陷兩個(gè)四級(jí)構(gòu)造單元。華容斷隆約包括白螺鎮(zhèn)至螺山鎮(zhèn)段，區(qū)內(nèi)被第四紀(jì)沉積層覆蓋，零星出露前寒武紀(jì)淺變質(zhì)巖系和燕山期玄武巖。陳沱口地塹包括螺山鎮(zhèn)至洪湖市段，地塹呈北西西向，地塹內(nèi)二疊系，侏羅系，白堊系和第三系均有發(fā)育。沔陽(yáng)凹陷包括洪湖市到新灘鎮(zhèn)段，凹陷東西兩側(cè)分別受沙湖—湘陰斷裂控制，凹陷及其內(nèi)部主要構(gòu)造線呈北東方向，凹陷內(nèi)地層以白堊系和下第三系沙市組、新溝咀組為主，厚度變化較小。

2.3 地形、地貌

建設(shè)場(chǎng)地位于洪湖市小港管理區(qū)，上跨內(nèi)荊河?？辈焓┕r(shí)地面高程為23.425～25.78m；內(nèi)荊河河床高程為19.12～19.56m。場(chǎng)地屬長(zhǎng)江中下游沖積平原地貌單元，系長(zhǎng)江北岸一級(jí)階地。

3 主橋箱梁構(gòu)造

主橋上部采用（70+130+70）m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁，邊中跨比為0.538。

主梁采用C55混凝土，單箱單室直腹板箱形斷面，支點(diǎn)處梁高8m，高跨比為1/16.25，跨中梁高3m，高跨比為1/43.3，箱梁高度按1.8次拋物線變化。箱梁頂寬為14.5m，底板寬度為7m，翼緣懸臂長(zhǎng)度為3.75m。

在滿足結(jié)構(gòu)安全的前提下，應(yīng)使底板、頂板、腹板、加腋、齒板等細(xì)部尺寸輕型化。

箱梁頂板厚度：0號(hào)塊為50cm，其余梁段為28cm。

箱梁底板厚度：0號(hào)塊為150cm，其余各梁段從距墩中心3.5m處至合龍段處由100cm按1.8次拋物線漸變至32cm。

箱梁腹板厚度：0號(hào)塊為90cm，1～9號(hào)梁段為90cm，12～16號(hào)梁段為60cm，10～11號(hào)梁段由90cm按線形變化至60cm。

箱梁0號(hào)塊橫隔梁寬4m，跨中橫隔板厚度為0.4m；端橫梁厚1.5m。0號(hào)段長(zhǎng)11m，1～16號(hào)段長(zhǎng)度分別為4×3m＋3×3.5m＋9×4m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)3.84m，中邊跨合龍段長(zhǎng)均為2m。箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖2所示。

4 預(yù)應(yīng)力體系

主橋箱梁預(yù)應(yīng)力布置采用三向預(yù)應(yīng)力體系，應(yīng)根據(jù)受力需要，合理設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力，并與縱向、豎向預(yù)應(yīng)力構(gòu)造布置相協(xié)調(diào)[1]。

主橋縱向預(yù)應(yīng)力鋼束：采用按《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224—2014）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，規(guī)格為Φs15.2。T0、T1～T16、T14'、T15'頂板懸澆鋼束采用15-22；PT頂板懸澆預(yù)備鋼束采用15-22；W1～W4節(jié)段腹板懸澆鋼束采用15-22；W5～W14節(jié)段腹板懸澆鋼束采用15-19；CT中跨頂板連續(xù)鋼束采用15-17；CB1～CB8、CB5'、CB6'中跨底板連續(xù)鋼束采用15-22；PCB中跨底板預(yù)備鋼束采用15-22；ST1～ST4邊跨頂板連續(xù)鋼束采用15-19；SB1～SB5邊跨底板連續(xù)鋼束采用15-17；PSB邊跨底板預(yù)備鋼束采用15-19?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束均采用兩端張拉，張拉控制應(yīng)力為0.75fpk＝1395MPa?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束斷面布置示意圖如圖3所示。

主橋橫向預(yù)應(yīng)力鋼束：采用《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224—2014）標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，規(guī)格為Φs15.2-3，沿橋縱向間距為50cm；單端對(duì)稱交叉張拉，張拉應(yīng)力采用0.7fpk＝1302MPa。

主橋豎向預(yù)應(yīng)力鋼束：在每側(cè)腹板內(nèi)按雙排布置，采用YL32精軋螺紋粗鋼筋，沿橋縱向間距為50cm；單端張拉控制應(yīng)力采用0.9fpk＝706.5MPa。

5 下部結(jié)構(gòu)

主橋主墩采用帶圓角的等截面矩形實(shí)心墩，橫橋向?qū)?.0m，縱橋向?qū)?.0m，另外承臺(tái)平面尺寸為13.5m×13.5m，厚度為4.0m。樁基采用樁徑為200cm的鉆孔灌注樁，單個(gè)承臺(tái)底部設(shè)置9根基樁，方形布置。

主橋與引橋過渡墩采用帶圓角的等截面矩形實(shí)心墩，橫橋向?qū)?.5m，縱橋向?qū)?.4m；承臺(tái)平面尺寸為7.5m×7.5m，厚度為3.0m。樁基采用樁徑為180cm的鉆孔灌注樁，單個(gè)承臺(tái)底部設(shè)置4根基樁，方形布置。

6 結(jié)構(gòu)計(jì)算

主橋上部結(jié)構(gòu)采用懸臂澆筑施工，總的施工順序是：墩頂0號(hào)塊的澆筑，懸臂節(jié)段掛籃現(xiàn)澆，各橋跨間的合龍段施工及相應(yīng)的施工結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，橋面系施工[2]。按此施工順序及成橋運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，考慮各風(fēng)險(xiǎn)工況的荷載組合，形成各階段的計(jì)算圖式，分析結(jié)構(gòu)各階段的應(yīng)力和位移，主要計(jì)算結(jié)論如下：

主梁持久狀況承載能力極限狀態(tài)：正截面抗彎承載力和斜截面抗剪承載力驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

主梁持久狀況正常使用極限狀態(tài)：正截面抗裂和斜截面抗裂驗(yàn)算滿足規(guī)范關(guān)于全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的要求。

主梁持久狀況和短暫狀況應(yīng)力：持久狀況混凝土最大壓應(yīng)力、混凝土最大主壓應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力鋼束拉應(yīng)力及短暫狀況混凝土應(yīng)力，均滿足規(guī)范關(guān)于全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的要求。

在荷載頻遇組合下，計(jì)入撓度長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)后，主梁跨中撓度值為90.2mm，小于L/600=216.7mm，滿足規(guī)范對(duì)撓度的要求。

箱梁橫向框架計(jì)算分析滿足規(guī)范要求。

7 結(jié)語(yǔ)

內(nèi)荊河特大橋主橋?yàn)?跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁，主跨較大，結(jié)構(gòu)受力較復(fù)雜，結(jié)合計(jì)算，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸和預(yù)應(yīng)力鋼束布置，最終使該橋在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)均處于較理想狀態(tài)。