資陽市兩河口連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)及計(jì)算分析

胡 偉

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，高墩大跨橋梁越來越多，地形地質(zhì)條件復(fù)雜多變，為設(shè)計(jì)和施工帶來了巨大的挑戰(zhàn)。連續(xù)剛構(gòu)橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，有兩個(gè)以上主墩，采用墩梁固結(jié)體系，具有T形剛構(gòu)橋和連續(xù)橋梁的優(yōu)點(diǎn)，在橋梁建設(shè)時(shí)得到廣泛應(yīng)用。

采用懸臂澆筑法施工的連續(xù)剛構(gòu)橋，在地形陡峻的場地，經(jīng)常出現(xiàn)交界墩較高或地基軟弱的情況。施工過程中，搭架風(fēng)險(xiǎn)高，基礎(chǔ)處理困難，處治費(fèi)用高。連續(xù)剛構(gòu)橋邊中跨比一般介于0.5～0.8之間，若縮短邊跨現(xiàn)澆段長度，便可以采用非落地支架法施工，這樣可以省去基礎(chǔ)處理的工作，節(jié)約建設(shè)費(fèi)用，加快施工進(jìn)度。

本文以資陽市蜀都大道東延線資簡段兩河口沱江特大橋?yàn)槔?，對連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)及計(jì)算進(jìn)行研究，以期為同類型橋梁設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 工程概況與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 工程概況

蜀都大道東延線資簡段建設(shè)工程起于資潼高速文龍寺互通，銜接資潼高速文龍寺互通連接線，與連接線平面交叉，而后自北向南途經(jīng)保和鎮(zhèn)文龍寺、晏家壩村，跨越沱江進(jìn)入董家壩，路線沿董家壩規(guī)劃主干線布設(shè)；終點(diǎn)順接已建成的蜀鄉(xiāng)大道，實(shí)現(xiàn)城東新區(qū)與資潼高速的快速連接，將董家壩、晏家壩、文龍寺串聯(lián)，有利于帶動(dòng)城市周邊的發(fā)展和未來城市的拓展。兩河口沱江特大橋作為蜀都大道東沿線資簡段的控制性工程，為跨越沱江而設(shè)，北接晏家壩，南連董家壩，全長814m，采用（16×30）m簡支小箱梁+（85+160+85）m連續(xù)剛構(gòu)橋（如圖1所示），橋面全寬40m，雙向6車道，采用分幅設(shè)計(jì)。

圖1 兩河口沱江特大橋主橋立面圖（單位：m）

1.2 主要設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

蜀都大道東延線資簡段設(shè)計(jì)公路等級：一級公路；行車速度：60km/h；設(shè)計(jì)荷載：公路-I級，人群荷載2.5kN/m2；橋面寬度：3.4m人行道+0.6m防撞欄桿+15m車行道+2m中央分隔帶+15m車行道+0.6m防撞欄桿+3.4m人行道，總寬40m；設(shè)計(jì)洪水頻率：1/300；抗震設(shè)防烈度：Ⅵ度；抗震設(shè)防措施等級：7級；航道等級：Ⅴ級；最高通航水位：358.56m，通航凈高不小于8m；設(shè)計(jì)安全等級：一級；橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年；環(huán)境類別：Ⅰ級。

2 連續(xù)剛構(gòu)橋跨徑組合設(shè)計(jì)

2.1 現(xiàn)場情況分析

兩河口沱江特大橋，后退側(cè)16號交界墩位于河漫灘區(qū)，經(jīng)實(shí)地調(diào)查可知現(xiàn)場粘沙石層較厚，約8~10m。汛期沱江水位上漲淹沒線超越交界墩處地面。前進(jìn)側(cè)19號橋臺位于斜坡上，地形陡峻。

邊跨現(xiàn)澆段若采用搭架現(xiàn)澆施工，16號交界墩處粘沙石層較厚，支架地基處理需要采用基礎(chǔ)換填或者樁基礎(chǔ)方式，處治工程量大、費(fèi)用高。19號橋臺處，陡峻斜坡地形也不利于支架架設(shè)。

2.2 主橋跨徑設(shè)計(jì)思路

為解決主梁邊跨現(xiàn)澆段無法搭架現(xiàn)澆的問題，故提出了對連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段采用非落地支架法設(shè)計(jì)。但是邊中跨比太小，會在邊跨墩臺處產(chǎn)生負(fù)反力，支座或者主梁需要采取相應(yīng)的抗拔措施，包括設(shè)置拉壓支座或者配重的方式。

拉壓支座雖然能夠解決邊跨負(fù)反力的問題，但是運(yùn)營階段頻繁出現(xiàn)荷載交替，對于支座壽命及耐久性要求較高。其全壽命周期更換次數(shù)較多，且需要定期檢查及維護(hù)，運(yùn)營階段管養(yǎng)工作量較大，維護(hù)及更換費(fèi)用較高。

邊跨配重方案能較好地解決邊跨負(fù)反力的問題，但是如果配重過大，則需要采用更多的配束去平衡自重增加產(chǎn)生的荷載，會造成結(jié)構(gòu)尺寸變大，配筋增多。

最佳設(shè)計(jì)思路為選取合適的邊中跨比，采用適當(dāng)配重，讓其既能減小邊跨現(xiàn)澆段的長度，保證懸吊支架或者掛籃懸澆支架能處理邊跨現(xiàn)澆段澆筑的問題，又不在墩臺處產(chǎn)生負(fù)反力。

2.3 主橋跨徑設(shè)計(jì)組合

根據(jù)資陽市交通運(yùn)輸局航務(wù)管理處【2020】26號文《關(guān)于蜀都大道東延線資簡段（文龍寺至蜀鄉(xiāng)大道段）建設(shè)項(xiàng)目兩河口沱江特大橋航道通航條件影響評價(jià)的審核意見》，兩河口沱江特大橋滿足沱江Ⅴ級規(guī)劃航道通航凈空尺度和技術(shù)要求，通航孔凈寬150m，最高通航水位時(shí)橋梁凈高10.72m。最高通航水位358.56m，設(shè)計(jì)最低通航水位348.80m。

根據(jù)橋位處通航論證結(jié)果，該橋主跨跨徑確定為160m。經(jīng)初步計(jì)算，當(dāng)邊中跨比接近0.53時(shí)，邊跨現(xiàn)澆段長度為4m，可采用非落地支架法施工，經(jīng)適當(dāng)配重后（端橫梁寬2.2m），邊跨墩臺處不產(chǎn)生負(fù)反力。據(jù)此，兩河口沱江特大橋連續(xù)剛構(gòu)主橋跨徑組合確定為85m+160m+85m。

2.4 主橋設(shè)計(jì)跨徑的影響

2.4.1 對河段泄洪的影響

該跨徑組合對河段泄洪影響分析結(jié)果為：在300年和50年一遇洪水時(shí)，特大橋引起的河道過水面積綜合縮窄率分別為4.82%和4.74%，橋墩對河道行洪斷面束窄作用不大，對河道泄洪影響較小。特大橋引起的上游斷面最大壅高分別為0.12m和0.10m，最大壅水范圍分別為橋位以上500m和460m。因此，特大橋建成后對引起的壅水高度較小，壅水范圍不大，不會明顯增加橋區(qū)河段的淹沒范圍，對河道防洪水位影響較小。

2.4.2 對河勢穩(wěn)定的影響

該跨徑組合對河勢穩(wěn)定的影響分析結(jié)果為：特大橋引起河道地形的變化，僅限于工程附近局部區(qū)域，對整個(gè)河道地形影響很小。由于原河道過水面積較大，橋墩尺寸相對較小，對河道束窄作用不大，工程建成后僅橋墩局部區(qū)域流速有較小的變化，300年和50年一遇洪水時(shí)，工程后橋區(qū)河段流速增加超過0.2m/s的范圍分別為80m和70m，且流速增值在橫向分布不連續(xù)。除此之外，其余河段的流速分布、主流線位置均無變化，水流動(dòng)力軸線亦無變化，河道水流順暢，流速、流態(tài)與工程建設(shè)前基本上保持一致。故工程的建設(shè)對所在河道的總體河勢條件和局部河勢穩(wěn)定的影響較小。

2.5 跨徑組合設(shè)計(jì)合理性分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果、橋位處通航論證、行洪論證及河勢穩(wěn)定分析，該橋引橋跨徑取30m，主橋跨徑組合取85m+160m+85m是可行的。

3 連續(xù)剛構(gòu)橋主梁與墩臺設(shè)計(jì)

3.1 連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁構(gòu)造設(shè)計(jì)

3.1.1 整體設(shè)計(jì)

兩河口沱江橋特大橋主橋?yàn)?5m+160m+85m連續(xù)剛構(gòu)，為三向預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，箱梁截面采用分幅式單箱雙室。單幅箱梁頂板寬19.85m，箱梁底板寬13.2m。箱梁兩側(cè)懸臂長3.325m，箱梁頂板采用2%單向橫坡，底板水平。箱梁中跨跨中及邊跨現(xiàn)澆合龍段梁高為3.2m（橫坡坡腳側(cè)腹板外側(cè)梁高），主跨橋墩與箱梁相接的0號梁段高度為10.2m（橫坡坡腳側(cè)腹板外側(cè)梁高）。

3.1.2 梁高設(shè)計(jì)

變高度橋梁底版縱向線形直接影響結(jié)構(gòu)受力，在1/4跨徑處容易出現(xiàn)正應(yīng)力和抗剪指標(biāo)不滿足的情況。設(shè)計(jì)時(shí)采用低次拋物線的方法進(jìn)行優(yōu)化，在不改變邊跨現(xiàn)澆段支點(diǎn)梁高和中跨跨中梁高的情況下，適當(dāng)對1/4跨處梁高進(jìn)行加大[1]。該橋梁高從中跨跨中至主墩根部位置，梁高按1.6次拋物線變化。

3.1.3 梁厚設(shè)計(jì)

箱梁腹板在主墩墩頂范圍內(nèi)厚度為100cm。主墩處根部至中跨跨中梁段，腹板厚度組成分別是70cm、60cm。各節(jié)梁段的腹板端部設(shè)置了配筋加強(qiáng)的抗剪齒口。箱梁底板厚度采用130~35cm漸變，采用1.5次拋物線方式變化，由主墩根部漸變至中跨跨中及邊跨現(xiàn)澆段。

3.1.4 節(jié)段設(shè)計(jì)

該橋箱梁0號塊節(jié)段長度為13m，單個(gè)“T”沿縱橋向劃分為20個(gè)節(jié)段，節(jié)段長度從T構(gòu)根部至端部依次為10×3m，10×4.25m，T構(gòu)懸臂總長為79m。采用掛籃懸臂澆筑施工1~20號節(jié)段，1~20號梁段懸臂施工完成后，現(xiàn)澆邊跨21~22號梁段，然后掛籃懸臂施工中跨21#合龍段。全橋左右兩幅橋共有2個(gè)中跨合龍段，合龍段長度為2m。邊跨現(xiàn)澆及合龍段共長4.8m。

3.2 連續(xù)剛構(gòu)橋主梁預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

3.2.1 鋼束設(shè)計(jì)

兩河口沱江特大橋主橋箱梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用15.2鋼絞線，fpk=1860MPa（鋼束張拉力見表1）。頂板縱向預(yù)應(yīng)力鋼束均為兩端對稱張拉，分為三類，一是逐段張拉的鋼束（鋼束布置見圖2），錨固在腹板和頂板；二是中跨合龍束，錨固在頂板齒板；三是邊跨合龍束，錨固在頂板齒板和梁端。中跨底板束錨固在底板齒板。邊跨底板束錨固在底板齒板和梁端。

圖2 連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂澆筑鋼束圖

表1 縱向預(yù)應(yīng)力鋼束張拉力表

3.2.2 預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

（1）豎向預(yù)應(yīng)力采用15.2鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力滯后一個(gè)節(jié)段張拉；

（2）橫向預(yù)應(yīng)力采用15.2鋼絞線，橫向預(yù)應(yīng)力滯后一個(gè)節(jié)段張拉；

（3）體外束可以改善主梁的受力狀態(tài)，增大跨中截面的壓應(yīng)力儲備[2]。體外束EC1~EC2在主橋施工期間進(jìn)行首次張拉，張拉控制應(yīng)力為744MPa；運(yùn)營期若箱梁出現(xiàn)超預(yù)期的下?lián)希驗(yàn)楦纳葡淞簯?yīng)力時(shí)，可對體外束進(jìn)行再次張拉，張拉控制應(yīng)力不得大于1116MPa。

3.3 連續(xù)剛構(gòu)橋墩臺設(shè)計(jì)

墩柱的側(cè)移剛度與慣性矩成正比，在保證足夠截面積的條件下，為了獲得較小的側(cè)移慣性矩，主墩采用雙薄壁墩實(shí)心墩[3]。橫向?qū)挾?4.2m，縱向?qū)挾?.6m，兩薄壁間凈距為6.8m。基礎(chǔ)為分離式承臺群樁基礎(chǔ)，承臺平面尺寸為17.5m×17.5m，厚5m。每個(gè)承臺下共設(shè)9根樁基，樁基直徑2.5m。為防止主墩墩身開裂，在主筋外側(cè)布置帶肋鋼筋焊接網(wǎng)。交界墩采用三柱矩形墩，橫橋向?qū)?m，縱橋向?qū)?.5m?；A(chǔ)采用承臺樁基礎(chǔ)。19#橋臺為輕型橋臺，樁徑2.0m。

4 連續(xù)剛構(gòu)橋主梁施工順序設(shè)計(jì)

兩河口沱江特大橋主橋箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工。在主墩墩頂預(yù)埋三角托架，當(dāng)主墩施工完成以后，在立模澆筑0號梁段，掛籃懸臂澆筑其余梁段。

該橋邊跨現(xiàn)澆合龍段采用吊架施工（即非落地支架）。全橋合龍分兩個(gè)階段完成，第一階段現(xiàn)澆邊跨現(xiàn)澆及合龍段；第二階段現(xiàn)澆合龍中跨。

4.1 邊跨現(xiàn)澆段及合龍段施工順序

在T構(gòu)兩懸臂端設(shè)水箱作平衡重，設(shè)吊架現(xiàn)澆邊跨現(xiàn)澆段及合龍段（吊架一端支承于交界墩或橋臺上，另一端由掛籃改裝而成），澆筑混凝土?xí)r邊跨端水箱同步等效放水。待混凝土齡期、強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，張拉邊跨頂、底板鋼束。

4.2 中跨合龍段施工順序

將中跨懸臂端掛籃改裝為吊架。為改善主墩墩身受力，合龍前先在中跨跨中對梁體進(jìn)行水平頂推，頂推至設(shè)計(jì)位移量后，在滿足設(shè)計(jì)合龍溫度的情況下，焊接合龍骨架。澆筑合龍段砼時(shí)，中跨端水箱同步放水。待混凝土齡期、強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，張拉中跨頂、底板鋼束。

5 連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

5.1 計(jì)算參數(shù)選取

（1）汽車荷載橫向分配系數(shù)為2.691；

（2）混凝土結(jié)構(gòu)的收縮徐變按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）取值；

（3）全橋結(jié)構(gòu)體系溫差、非線性溫差按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）取值；

（4）掛籃重量1500kN；

（5）根據(jù)氣象資料，全橋結(jié)構(gòu)合龍?bào)w系溫差取值為18℃，實(shí)際施工時(shí)合龍溫度可在15℃~20℃間選?。?/p>

（6）濕度79%；

（7）合龍時(shí)水平推力按5000kN計(jì)入。

5.2 靜力計(jì)算結(jié)果

箱梁按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)（連續(xù)剛構(gòu)整體計(jì)算模型見圖3）。連續(xù)剛構(gòu)橋的計(jì)算原則是把上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)作為整體，用彈性理論解析[4]。計(jì)算結(jié)果顯示，短期效應(yīng)組合時(shí)梁不出現(xiàn)拉應(yīng)力；長期效應(yīng)組合時(shí)梁不出現(xiàn)拉應(yīng)力；基本組合時(shí)梁最大壓應(yīng)力：17.1MPa；承載能力極限狀態(tài)截面強(qiáng)度驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求。

主墩承載能力計(jì)算成果：設(shè)計(jì)主墩截面承載能力大于結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)力，滿足規(guī)范要求。

圖4 連續(xù)剛構(gòu)整體計(jì)算模型

5.3 剛度計(jì)算結(jié)果

（1）主跨：δ=15.6mm≤160000/600=266.7mm；

（2）邊跨：δ=4.4mm≤85000/600=141.7mm。

計(jì)算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)尺寸滿足車輛行駛的剛度要求，能夠保證橋梁正常使用。

6 結(jié)束語

綜上所述，以資陽市蜀都大道東延線資簡段兩河口沱江特大橋?yàn)槔?，對連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了實(shí)例研究。兩河口沱江特大橋主梁橋面寬40m，主梁采用85m+160m+85m跨徑組合，邊中跨比接近0.53，邊跨現(xiàn)澆段長度僅為4m，可以采用非落地支架法施工。經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算及通航和行洪論證，該橋跨徑組合合理，能夠滿足地方通行及河道通航要求。該橋可為國內(nèi)同類型橋梁設(shè)計(jì)提供借鑒。