一閘交通橋設(shè)計工作中若干問題研究與思考

吳曉榮 沈 云 陳朋飛

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司 合肥 230601）

南四湖二級壩壩頂?shù)缆芳敖煌蜃鳛槎墘螛屑~的重要組成部分，是連接南四湖湖東、湖西的唯一通道，主要承擔(dān)防汛搶險功能，兼顧為當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活提供便利條件。

1 工程標(biāo)準(zhǔn)

二級壩除險加固工程屬大（1）型工程，其主要建筑物一閘交通橋為1 級建筑物，連接壩頂公路等級為二級公路，橋梁汽車荷載等級采用公路-Ⅰ級。

2 工程現(xiàn)狀

現(xiàn)狀一閘共計39 孔，每孔凈寬6.00m，全閘總長299.26m，下游設(shè)置交通橋為鋼筋混凝土板橋結(jié)構(gòu)，橋面凈寬6.8m。因現(xiàn)有交通橋汽車荷載等級不滿足規(guī)范要求，且現(xiàn)場檢測結(jié)果顯示橋面鋪裝層受損嚴(yán)重，橋梁處于不安全狀態(tài)，故本次加固設(shè)計將提高橋梁汽車荷載等級，設(shè)計內(nèi)容為拆除重建橋板、橋面鋪裝及附屬結(jié)構(gòu)等。

3 工程方案設(shè)計

橋梁設(shè)計以“功能適用、安全可靠、造價經(jīng)濟、結(jié)構(gòu)耐久”為原則，結(jié)合原一閘橋設(shè)計斷面，擬定一閘交通橋總長299.26m，共39 孔，單孔跨徑為邊跨7.70m，中跨7.44m，橋面凈寬7.0m，全寬8.0m。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁，橋面鋪裝為15～20cm 厚混凝土現(xiàn)澆層+8cm 厚瀝青混凝土，下部結(jié)構(gòu)為原一閘閘墩進(jìn)行加高。

橋梁橫斷面結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 交通橋橫斷面結(jié)構(gòu)圖

3.1 橋面板型式比選

根據(jù)交通橋單跨跨徑及國內(nèi)已建橋梁工程經(jīng)驗，橋板結(jié)構(gòu)型式主要對預(yù)制混凝土簡支空心板、連續(xù)現(xiàn)澆整體板及預(yù)制混凝土簡支T 梁三種方案進(jìn)行比選。從橋梁功能性、結(jié)構(gòu)特性、行車舒適性等方面比較，三者都是滿足工程要求的。

箱梁施工工藝較空心板復(fù)雜，且造價較高；空心板施工技術(shù)成熟難度小，吊裝安裝方便，工程投資小。鑒于一閘橋板單跨跨度較小及現(xiàn)場施工條件不便，故最終選用空心板梁結(jié)構(gòu)型式。

3.2 閘墩冒梁加固設(shè)計

一閘交通橋橋板基礎(chǔ)為保留1985年第一次除險加固時建設(shè)的老閘閘墩及底板。原橋板拆除后，閘墩墩頂臺帽高程不一，且不滿足本次橋梁設(shè)計高程要求，擬在其上通過植筋方式加固閘墩冒梁至38.04m 高程。

在閘墩上植筋施工前，先在合適位置進(jìn)行試驗以確定鉆孔方案，并確保不破壞閘墩原有結(jié)構(gòu)。嚴(yán)格按照植筋的工藝流程：定位-鉆孔-洗孔-注膠-植筋-固化養(yǎng)護(hù)-抗拔試驗-綁筋澆筑混凝土等，進(jìn)行冒梁的加高加固工作。

4 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 上部結(jié)構(gòu)計算

本次設(shè)計采用商用軟件《橋梁博士》對橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析，并以《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2015）及《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG3362-2018）為標(biāo)準(zhǔn)，以簡支板橋為基本結(jié)構(gòu)，按鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力驗算。

以邊板為例，計算模型圖見圖2。

圖2 《橋梁博士》邊板計算模型圖

考慮橋梁上部結(jié)構(gòu)自重、梁截面溫度荷載、橋板徐變收縮、人群荷載及汽車荷載等若干荷載組合工況，對上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行撓度、正截面抗彎承載力、斜抗剪承載力、正截面抗裂、受壓區(qū)混凝土邊緣壓應(yīng)力、受拉鋼筋應(yīng)力及混凝土中性軸剪應(yīng)力等進(jìn)行計算分析。結(jié)果表明，上述計算成果均能滿足規(guī)范要求。

主要結(jié)構(gòu)計算成果見圖3～圖9。

圖3 撓度計算結(jié)果圖

圖9 混凝土中性軸剪應(yīng)力結(jié)果圖

4.2 下部閘墩冒梁加固計算

圖4 正截面抗彎承載力計算結(jié)果圖

圖5 斜截面抗剪承載力計算結(jié)果圖

圖6 正截面抗裂計算長期效應(yīng)組合結(jié)果圖

圖7 受壓區(qū)混凝土邊緣壓應(yīng)力結(jié)果圖

圖8 受拉鋼筋應(yīng)力結(jié)果圖

閘墩冒梁加高植筋計算按照《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》（JGJ145-2013）及《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》（GB50367-2013）中相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計。單根植筋錨固的承載力設(shè)計值應(yīng)符合下列公式規(guī)定：

Ntb—植筋鋼材受拉承載力設(shè)計值；

fy—植筋用鋼筋的抗拉強度設(shè)計值；

As—鋼筋截面面積；

ld—植筋錨固深度設(shè)計值；

ls—植筋的基本錨固深度；

ψN—考慮各種因素對植筋受拉承載力影響而需加大錨固深度的修正系數(shù)；

ψαe—考慮植筋位移延性要求的修正系數(shù)。

計算得到植筋鋼筋直徑為25mm，受拉承載力設(shè)計值為176kN，單根植筋拉拔力特征值不低于54kN，錨固長度為400mm。

5 設(shè)計方案應(yīng)用實踐

一閘交通橋位于國道518 交通主干道上，車流量較大，重型車輛較多，超載車輛過往頻繁，易對橋面鋪裝層造成破壞，造成巨大的經(jīng)濟損失和不良的社會影響。一閘交通橋橋面鋪裝設(shè)計由瀝青混凝土層+防水層+混凝土調(diào)平層構(gòu)成，它既能調(diào)整與控制橋面高程與橫向坡度，增強橋梁整體性，又能起到防水作用。對橋面鋪裝進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改善調(diào)平層與上層瀝青鋪裝層、及調(diào)平層與下層橋面板之間的結(jié)構(gòu)薄弱受力面，使其具有良好的路用性能，具有非常重要的意義。

經(jīng)過分析研究，一閘交通橋混凝土調(diào)平層設(shè)計厚度為150～200mm，設(shè)置兩層鋼筋網(wǎng)，且在兩層鋼筋網(wǎng)之間增設(shè)架立短鋼筋，以增強橋面受力橫向聯(lián)結(jié)；同時，橋板鉸縫內(nèi)填充C50 微膨脹細(xì)石混凝土，在鉸縫內(nèi)增加架立鋼筋與調(diào)平層鋼筋網(wǎng)焊接，以加強鉸縫與鋪裝層的整體性；最后，將空心板頂部預(yù)留的抗剪鋼筋，與調(diào)平層鋼筋網(wǎng)焊接，以增加橋板與鋪裝層的連接。

通過以上優(yōu)化設(shè)計措施，可以提高橋板的承載能力，增強橋面上部結(jié)構(gòu)各主梁間橫向聯(lián)結(jié)，從而增加橋梁的橫向剛度，加強橋梁上外部荷載的橫向分布，使車道荷載能更多地分配給其他主梁承擔(dān)，從而提高橋梁的使用耐久性。

6 結(jié)語

本文基于2018 版《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》，結(jié)合二級壩除險加固工程一閘交通橋拆除重建工程實例，從設(shè)計思路、方案比選、結(jié)構(gòu)計算及設(shè)計優(yōu)化創(chuàng)新等各方面逐一闡述，對橋梁設(shè)計過程做了詳細(xì)的整體敘述，為設(shè)計人員對類似工程的設(shè)計研究提供一定的參考■