徐小云

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西太原 030012)

下文將通過幾種不同形式的門式墩對(duì)比設(shè)計(jì)，對(duì)其蓋梁預(yù)應(yīng)力方面作較為深入的分析，供廣大同仁參考借鑒。

1 概述

本文實(shí)際案例為忻州—阜平高速公路古峪溝高架橋，項(xiàng)目在忻州—長(zhǎng)城嶺段高速公路于五臺(tái)縣東冶鎮(zhèn)—五臺(tái)城間，在五臺(tái)縣東冶鎮(zhèn)茹村附近跨越古峪溝，古峪溝是東冶通往五臺(tái)城方向的一條較大的沖溝，溝谷主要呈“V”形，東北走向，地勢(shì)北東高西南低，溝底沖蝕嚴(yán)重;交通量較大，是忻州通往五臺(tái)山唯一的等級(jí)公路。走廊帶狹窄，橋址范圍內(nèi)地形復(fù)雜，為黃土覆蓋基巖低山區(qū)和中山峽谷區(qū)，采用了3 km長(zhǎng)的高架橋方案，上部結(jié)構(gòu)采用35 m跨徑的裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，整幅8片小箱梁，其中部分橋墩處線位由于受地形、地質(zhì)控制，線位與忻臺(tái)二級(jí)公路斜交角度很大，因此下部采用整幅預(yù)應(yīng)力蓋梁門型橋墩，橋梁正做的方案，使忻臺(tái)公路從橋墩柱間通過，以減小對(duì)忻臺(tái)二級(jí)公路的影響。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1)公路等級(jí):雙向三車道高速公路。

2)汽車荷載等級(jí):公路—Ⅰ級(jí)。

3)橋面凈寬:左幅:10.75 m;右幅:12.25 m。

4)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù):r0=1.1。

5)地震烈度8度，地震動(dòng)峰值加速度為0.2g。

3 蓋梁及墩型設(shè)計(jì)

按照上部箱梁和蓋梁的受力形式大致分為三種形式，對(duì)稱受力，懸臂受力，偏載受力，下邊分別列出此三種受力的構(gòu)造圖及鋼束布置圖。

3.1 受力構(gòu)造圖

受力構(gòu)造圖見圖1。

3.2 主要材料及性能

蓋梁采用C40混凝土，墩身采用C30混凝土，承臺(tái)及樁基采用C25混凝土。鋼束采用φs15.2鋼絞線，符合GB/T 5224-2003標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=1.95 ×10 MPa，松弛率為0.035，張拉控制應(yīng)力 σcon=0.75fpk=1 395 MPa，預(yù)應(yīng)力張拉端錨具參照OVM產(chǎn)品設(shè)計(jì)，預(yù)應(yīng)力管道成孔采用鍍鋅波紋管，且鋼帶厚度不小于0.3 mm。管道摩阻系數(shù)0.22，偏差系數(shù)0.001 5。

3.3 預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

1)蓋梁計(jì)算采用平面桿系結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行分析，地基按剛性基礎(chǔ)假定，將墩身底端視為固結(jié)的模型計(jì)算，同時(shí)考慮基礎(chǔ)不均勻沉降1 cm。蓋梁按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，蓋梁控制截面主要是蓋梁跨中、柱頂上緣和柱兩側(cè)蓋梁下緣截面位置，分批張拉鋼束設(shè)計(jì)，為防止控制截面在施工階段出現(xiàn)過大的拉應(yīng)力0.70ftk')，應(yīng)注意鋼束張拉順序、架設(shè)主梁過程中控制截面的應(yīng)力是否滿足要求，施工階段要求蓋梁上除主梁、架梁設(shè)備外，不得有其他任何可變荷載，為保證在架設(shè)主梁和移動(dòng)過程中橋墩的穩(wěn)定，應(yīng)保持對(duì)稱平衡施工。

2)在考慮汽車荷載的橫向加載的影響時(shí)，在行車道凈寬范圍內(nèi)布載，取最不利布載方式計(jì)算，驗(yàn)證蓋梁各控制截面和墩身受力，并按該種工況控制設(shè)計(jì)，滿足承載能力極限狀態(tài)下的承載力要求和正常使用極限狀態(tài)下的抗裂要求。

3)對(duì)稱布載情況下，在蓋梁施工完畢，混凝土強(qiáng)度達(dá)到95%設(shè)計(jì)強(qiáng)度且齡期達(dá)到7 d以后，先對(duì)稱張拉N2，N3，等上部小箱梁架設(shè)完成后，再對(duì)稱張拉N1;懸臂布載情況下，先對(duì)稱張拉N3，N4，再對(duì)稱張拉N1，N2;偏載布載情況下，先對(duì)稱張拉N2，N4，等上部小箱梁架設(shè)完成后，再對(duì)稱張拉N1，N3，N5。第一批張拉鋼束是為了保證蓋梁在自重情況下能正常工作，第二批張拉的鋼束是針對(duì)蓋梁在正常運(yùn)營(yíng)情況下能保持良好的受力。

圖1 受力構(gòu)造圖

4)實(shí)際應(yīng)力圖形。

在對(duì)稱布載受力時(shí)，鋼束設(shè)計(jì)采用全通束雙向張拉設(shè)計(jì)(見圖2a))。

在偏載布載受力時(shí)，鋼束設(shè)計(jì)采用通束和斷束相結(jié)合，單雙向分別張拉，多受力，多補(bǔ)償設(shè)計(jì)(見圖2b))。

在懸臂布載受力時(shí)，鋼束設(shè)計(jì)采用通束和斷束相結(jié)合，單雙向張拉交叉設(shè)計(jì)(見圖2c))。

4 門式墩帶給我們的思考

下邊示出門式墩的設(shè)計(jì)思路和應(yīng)用模型，來對(duì)門式墩的靈活性和適應(yīng)性做進(jìn)一步的闡述。

針對(duì)門式墩的設(shè)計(jì)思路，可以概括成以下三條設(shè)計(jì):

1)門式墩與路線可以自由選擇交角，需要注意的是選擇角度時(shí)，要判斷出蓋梁受力的加載旋轉(zhuǎn)軸(本文注)，這樣能很好地確定門式墩蓋梁的受力情況，在蓋梁預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的時(shí)候能清晰地分配鋼束，在跨越河流、山溝等時(shí)能很好的適應(yīng)地形需要。

2)門式墩蓋梁可以自由選擇與墩的配合。如圖3所示，可以只設(shè)墩1和墩2，形成對(duì)稱布載設(shè)計(jì);可以墩1，墩2，左右邊假設(shè)墩配合，形成偏載布載設(shè)計(jì);也可以縮短墩1和墩2之間的距離，形成懸臂布載設(shè)計(jì)，在跨越復(fù)雜構(gòu)造物，比如廠房、道路等時(shí)可以靈活設(shè)計(jì)。

3)門式墩在預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)時(shí)，可以采取多種方式。原則是:多受力，多補(bǔ)償。同時(shí)斷束和通束相結(jié)合，單向張拉和雙向張拉交叉設(shè)計(jì)，結(jié)合不同的加載方式，門式墩可以在跨度上有更自由的選擇。

總的說來，在設(shè)計(jì)思路上，門式墩可以圍繞加載旋轉(zhuǎn)軸形成正交和斜交方式，本身與墩的結(jié)合可以形成對(duì)稱、偏載、懸臂加載方式。

圖2 實(shí)際受力長(zhǎng)期組合

圖3 門式墩設(shè)計(jì)模型

5 門式墩的應(yīng)用

門式橋墩在我省高速公路建設(shè)中應(yīng)用雖然還不多，在設(shè)計(jì)中仍有不足之處，如預(yù)應(yīng)力鋼束張拉控制、施工荷載控制等情況，但是在已經(jīng)通車的項(xiàng)目中，門式墩已經(jīng)向我們展示了它強(qiáng)大的靈活性以及適應(yīng)性，門式墩極為靈活的適應(yīng)性在路線的線形選擇和規(guī)避復(fù)雜地形及構(gòu)造物的同時(shí)，能很大程度地減少橋梁對(duì)線位的制約作用，極大地降低工程造價(jià)，而且對(duì)于山西的地上人文景觀，也能夠起到很好的保護(hù)。

在臨縣到離石高速公路陶家莊1號(hào)大橋跨越離磧線，以及太原武宿機(jī)場(chǎng)快速路12號(hào)橋跨越武宿立交匝道橋等項(xiàng)目中，由于受地形、構(gòu)造物、被交路等因素的限制，門式墩都有廣泛應(yīng)用。鑒于我省山區(qū)地形多、地貌復(fù)雜，且道路、廠房等因素，門式墩將會(huì)有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。

6 結(jié)語(yǔ)

由于篇幅所限，本文沒有對(duì)門式墩預(yù)應(yīng)力進(jìn)行太深入的闡述，只是對(duì)其適應(yīng)性和設(shè)計(jì)思路上進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。誠(chéng)摯希望廣大同行共同探討研究。筆者認(rèn)為在山西周邊復(fù)雜地形地區(qū)采用門式墩是較為合理的墩型結(jié)構(gòu)之一。

［1］JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.

［2］JTG D62-2004，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［S］.

［3］JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.