劉慶華

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

1 工程概述

瓦磁地2號(hào)大橋?yàn)橥跚f堡至繁峙高速公路上一座大型橋梁，本橋在繁峙縣瓦磁地村北跨越一尾礦庫(kù)區(qū)。橋位兩岸側(cè)壁黃土受尾礦水的浸泡，易發(fā)生崩塌、滑塌現(xiàn)象，根據(jù)初步設(shè)計(jì)批復(fù)意見(jiàn)及《繁峙縣瓦磁地永旺選礦廠尾礦庫(kù)對(duì)王繁高速公路影響安全評(píng)估報(bào)告》中提出的“基于安全考慮，建議對(duì)該尾礦庫(kù)進(jìn)行閉庫(kù)處理，尾礦庫(kù)兩側(cè)坡岸橋墩應(yīng)設(shè)計(jì)位于遠(yuǎn)離尾礦庫(kù)位置，并做好橋墩的基礎(chǔ)及保護(hù)措施”建議，結(jié)合地形條件，橋型方案確定為（65+120+65）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，橋梁全長(zhǎng)259 m。

2 設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

a）道路等級(jí) 雙向六車道高速公路，路基寬度33.5 m；

b）設(shè)計(jì)行車速度 100 km／h；

c）汽車荷載等級(jí) 公路-Ⅰ級(jí)；

d）橋梁所處環(huán)境類別 Ⅱ類；

e）橋面凈寬 2×15.5 m；

f）地震烈度 地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，相應(yīng)于地震基本烈度為Ⅶ度。

3 工程地質(zhì)條件

3.1 地形、地貌

橋址位于山前黃土丘陵區(qū)，微地貌為黃土沖溝、陡坎、斜坡，地勢(shì)起伏較大。

3.2 地層時(shí)代、成因及巖性特征

橋址地層主要由第四系全新統(tǒng)（Q4）填筑尾礦、上更新統(tǒng)（Q3）、中更新統(tǒng)（Q2）洪積物和上第三系上新統(tǒng)沖洪積物（N2）構(gòu)成。

3.3 濕陷性黃土

兩側(cè)橋臺(tái)均覆蓋Q3稍密堅(jiān)硬濕陷性黃土，橋址區(qū)屬于自重濕陷場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)，厚度為13.0～16.3 m。

3.4 尾礦

本橋跨越尾礦庫(kù)，位于尾礦壩上游約700 m，線位附近庫(kù)區(qū)水深5～7 m，寬約46 m，庫(kù)區(qū)岸邊受水沖刷坍塌嚴(yán)重，對(duì)橋墩穩(wěn)定性有較大影響。

圖1 尾礦庫(kù)實(shí)貌

4 總體設(shè)計(jì)

4.1 橋型布置

根據(jù)初步設(shè)計(jì)審查意見(jiàn)，考慮尾礦壩水庫(kù)影響，施工圖設(shè)計(jì)階段采用上一孔跨越，庫(kù)區(qū)內(nèi)無(wú)橋墩設(shè)計(jì)，最近橋墩距離庫(kù)區(qū)岸邊37 m，全橋跨徑組成為（65+120+65）m；橋梁平面位于直線段內(nèi)，縱面采用0.5%單向縱坡。

4.2 結(jié)構(gòu)體系

橋梁采用三跨連續(xù)剛構(gòu)體系，全橋分左右兩幅，主墩墩梁固結(jié)。

4.3 上部結(jié)構(gòu)

4.3.1 材料

主梁采用C50混凝土。

圖 2 橋型總體布置圖（單位：cm）（比例：1∶1 000）

4.3.2 結(jié)構(gòu)尺寸

橋梁橫斷面采用上下行分離的單箱單室直腹板箱形斷面。支點(diǎn)處梁高7.0 m，跨中處梁高2.7 m，箱梁高度按1.8次拋物線變化。箱梁頂板寬度為16.5 m，底板寬度為8.5 m。0號(hào)塊頂板厚度為50 cm，底板厚度為100 cm，腹板厚度為80 cm；其他塊件頂板厚度為32 cm，底板厚度從根部的100 cm按1.8次拋物線變化至跨中的32 cm，1～9號(hào)塊腹板厚為80 cm，12～17號(hào)塊腹板厚為 55 cm，10號(hào)塊、11號(hào)塊為腹板厚度變化段。

全橋除在梁端、跨中兩側(cè)16′號(hào)梁段、及0號(hào)塊設(shè)置橫隔板外，其余位置均不設(shè)置橫隔板，其中0號(hào)梁段橫隔板厚180 cm，端橫梁厚150 cm，16′號(hào)梁段橫隔板厚25 cm。

主橋邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)3.76 m，采用支架現(xiàn)澆法施工；邊、中跨合攏段長(zhǎng)度均為2 m，均采用吊籃現(xiàn)澆施工；其他梁段采用掛籃對(duì)稱懸臂澆筑施工。

4.3.3 預(yù)應(yīng)力體系

主梁采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)縱向、橫向、豎向預(yù)應(yīng)力。

縱向預(yù)應(yīng)力均采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線，錨具采用群錨。邊跨底板、中跨底板束采用17φs15.2、19φs15.2，設(shè)計(jì)張拉噸位分別為 329.64 t、368.42 t；合攏束采用17φs15.2，設(shè)計(jì)張拉噸位為329.64 t；腹板束采用17φs15.2，設(shè)計(jì)張拉噸位為329.64 t；頂板束采用21φs15.2鋼束，設(shè)計(jì)張拉噸位為407.20 t?？v向預(yù)應(yīng)力在箱梁根部10個(gè)梁段布設(shè)腹板下彎鋼束，其余梁段布設(shè)頂板束和底板束。

豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32精軋螺紋粗鋼筋，設(shè)計(jì)張拉噸位為67.32 t，以50 cm等間距布置，每側(cè)腹板內(nèi)均按雙肢配置。為方便施工豎向預(yù)應(yīng)力兼做懸臂施工時(shí)掛籃的后錨點(diǎn)，掛籃前移后，必須對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋進(jìn)行二次張拉（復(fù)拉）并封錨。橫向預(yù)應(yīng)力采用15-3型，縱向布置間距50 cm，預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計(jì)張拉控制應(yīng)力為0.72fpk＝1 339.2 MPa。懸臂頂板束、腹板束及豎向預(yù)應(yīng)力隨著施工階段的澆筑分批對(duì)稱張拉，邊跨底板束及頂板束在邊跨合攏后張拉，中跨底板束在中跨合攏后張拉。

4.4 下部結(jié)構(gòu)

橋墩采用雙薄壁矩形墩，雙肢間凈距為4.4 m，單肢矩形墩橫橋向?qū)?.5 m，順橋向長(zhǎng)1.8 m。承臺(tái)左右幅橫向連成一體，尺寸為30.7 m×20.2 m，承臺(tái)厚4.0 m。主墩基礎(chǔ)采用28根φ2.0 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

4.5 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

4.5.1 三向預(yù)應(yīng)力體系

主梁采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)縱向、橫向、豎向預(yù)應(yīng)力。

連續(xù)剛構(gòu)橋受力較為復(fù)雜，適當(dāng)?shù)嘏渲秘Q向預(yù)應(yīng)力鋼束與縱向預(yù)應(yīng)力鋼束配合使用，可控制箱梁的主拉應(yīng)力。為確保豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的可靠性，滿足箱梁主拉應(yīng)力和抗剪的需要，對(duì)全橋腹板布置了豎向預(yù)應(yīng)力鋼束?？v向預(yù)應(yīng)力在箱梁頂板、底板設(shè)置永久備用孔，用于運(yùn)營(yíng)期間由于徐變、斷絲等影響的后期預(yù)防。箱梁預(yù)應(yīng)力張拉順序建議為縱向→橫向→豎向。為避免施工干擾，保證預(yù)應(yīng)力的有效傳遞，橫豎向預(yù)應(yīng)力滯后于縱向預(yù)應(yīng)力3個(gè)階段張拉。

4.5.2 墩梁固結(jié)處的設(shè)計(jì)

橋墩采用雙薄壁矩形墩，墩梁固結(jié)形式與主梁連接。固結(jié)處采用梁部箱體直接固結(jié)于雙柱墩頂?shù)男问?，并使雙柱軸線與固結(jié)處梁部橫隔板中心線一致，在橫隔板與頂板和底板相交處都有比較強(qiáng)的梗腋。雙柱墩的鋼筋直接通過(guò)橫隔板和頂板的鋼筋連在一起，既能保證錨固長(zhǎng)度，又能做到合理布置鋼筋。這樣就可以將上部梁體的內(nèi)力傳遞到墩柱上，傳力路徑簡(jiǎn)捷，施工方便。

4.6 結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力分析

4.6.1 橋梁靜力分析

a）主橋上部結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算采用不同的程序進(jìn)行計(jì)算與校核，進(jìn)行了成橋狀態(tài)下恒載、活載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、支座強(qiáng)迫位移、風(fēng)荷載、溫度變化等作用的計(jì)算[1]，以及施工階段計(jì)算，其中施工階段計(jì)算按照施工順序及工藝，對(duì)每一施工階段按安裝掛籃、澆筑混凝土、張拉預(yù)應(yīng)力、拆除、安裝下一階段掛籃等施工過(guò)程進(jìn)行施工分析。荷載組合按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》規(guī)定進(jìn)行組合，對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算[2]。上部結(jié)構(gòu)整體分析結(jié)果如下：

（a）施工階段混凝土最大壓應(yīng)力為13.5 MPa，小于規(guī)范限值22.68 MPa。

（b）承載能力極限狀態(tài)正截面抗彎承載力根部截面最大彎矩為-702 486 kN·m，最小彎矩為-1 044 130 kN·m，截面抗力為 -1 363 301 kN·m；跨中截面最大彎矩為97 171 kN·m，最小彎矩為28 035 kN·m，截面抗力為 171 300 kN·m。

（c）正常使用極限狀態(tài)壓應(yīng)力截面上緣儲(chǔ)備最小位置為主梁根部截面，最小壓應(yīng)力為0.2 MPa；截面下緣儲(chǔ)備最小位置為跨中截面，最小壓應(yīng)力為1.0 MPa。

（d）正常使用極限狀態(tài)混凝土主拉應(yīng)力最不利位置為11號(hào)梁段左截面，最大主拉應(yīng)力為-0.8 MPa（考慮30%的有效豎向預(yù)應(yīng)力）小于1.06 MPa。

（e）正常使用極限狀態(tài)混凝土最大法向壓應(yīng)力為15.6 MPa，小于規(guī)范限值16.2 MPa。

（f）正常使用極限狀態(tài)混凝土最大主壓應(yīng)力為14.7 MPa，小于規(guī)范限值19.44 MPa。

從上述驗(yàn)算結(jié)果可以看出，主梁各驗(yàn)算截面均滿足全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)要求。

b）箱梁橫向橋面板分別按框架和簡(jiǎn)支板考慮固端影響兩種模式進(jìn)行計(jì)算，擇其大者控制截面設(shè)計(jì)。

4.6.2 穩(wěn)定分析

穩(wěn)定分析考慮主梁最大懸臂狀態(tài)下和成橋狀態(tài)下的最不利工況進(jìn)行分析驗(yàn)算，其中最大懸臂狀態(tài)下的前3階模態(tài)分別為縱橋向失穩(wěn)、主墩縱橋向失穩(wěn)、橫橋向失穩(wěn)，穩(wěn)定系數(shù)分別為24.3、69.1、126.3；成橋狀態(tài)下的前兩階模態(tài)分別為縱橋向失穩(wěn)、主墩縱橋向失穩(wěn)、橫橋向失穩(wěn)，穩(wěn)定系數(shù)分別為25.8、58.7、156.1，橋梁穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足要求。

5 施工方案設(shè)計(jì)

5.1 施工流程

橋梁上部結(jié)構(gòu)采用掛籃懸臂澆筑法施工，施工流程為：

a）在主墩施工完畢后，搭設(shè)0號(hào)、1號(hào)梁段支架或托架，采用支架或托架進(jìn)行梁段混凝土現(xiàn)澆施工，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度90%且齡期7 d以上張拉縱、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束[3]。

b）在0號(hào)、1號(hào)梁段上安裝掛籃，在掛籃上澆筑2號(hào)梁段，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度90%且齡期7 d以上，張拉縱、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束[3]。

c）移動(dòng)掛藍(lán)，繼續(xù)澆筑3號(hào)梁段，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度90%且齡期7 d以上，張拉縱、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束及0號(hào)、1號(hào)梁段豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋[3]。

d）重復(fù) a、b、c三個(gè)步驟，直至 16 號(hào)、16′號(hào)梁段，懸臂施工時(shí)應(yīng)注意掛籃對(duì)稱平衡懸臂澆筑，設(shè)計(jì)掛籃重量按71 t考慮[3]。

e）在澆筑懸臂梁段的同時(shí)，安裝橋臺(tái)處支座，利用支架澆筑邊跨現(xiàn)澆段。

f）利用支架澆筑邊跨合攏段，完成邊跨合攏。合攏前注意壓重20 t、安裝勁性骨架，張拉臨時(shí)合攏束，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度90%且齡期7 d以上拆除壓重和勁性骨架，張拉縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力鋼束。

g）拆除邊跨支架。

h）安裝吊架，利用吊架澆筑中跨合攏段，完成中跨合攏。同樣，合攏前注意壓重20 t、安裝勁性骨架，張拉臨時(shí)合攏束，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度90%且齡期7 d以上拆除勁性骨架，張拉縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力鋼束。

i）進(jìn)行橋面系施工。

j）全橋竣工，投入運(yùn)營(yíng)。

5.2 主要施工保護(hù)措施

a）梁段施工時(shí)應(yīng)逐塊、對(duì)稱、平衡進(jìn)行懸臂澆筑施工。待澆筑梁段混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后同時(shí)養(yǎng)護(hù)天數(shù)不得小于7 d方可張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋或鋼束。掛籃應(yīng)在鋼束張拉完成及管道壓漿并經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收后方可向前移動(dòng)。移動(dòng)掛籃過(guò)程中，掛籃移動(dòng)不同步差不得大于半個(gè)本施工階段梁段長(zhǎng)度。掛籃設(shè)計(jì)應(yīng)有安全防護(hù)措施，防止雜物墜落傷人等意外發(fā)生。

b）懸臂澆筑過(guò)程中，在每個(gè)塊件的前端頂、底板應(yīng)設(shè)置幾處觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)出每個(gè)階段的標(biāo)高變化情況，以控制節(jié)段的抬高量和各梁段預(yù)拱度設(shè)置。

c）在澆筑邊跨現(xiàn)澆段過(guò)程中，應(yīng)觀測(cè)托架或支架的變形，并應(yīng)采取措施（如鋼滾筒）使現(xiàn)澆段與懸臂端標(biāo)高及軸線的偏差最小。

d）在跨中合攏段混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%之前，不得在跨中范圍內(nèi)堆放重物或行走施工機(jī)具。

6 后期養(yǎng)護(hù)

為確保橋梁處于正常使用狀態(tài)，保證行車安全、暢通，應(yīng)做好橋梁日常養(yǎng)護(hù)工作。橋梁后期養(yǎng)護(hù)主要分為橋梁檢查、橋梁養(yǎng)護(hù)等。

6.1 橋梁檢查

可采用經(jīng)常檢查和定期檢查兩種模式，經(jīng)常檢查需做到每月不少于一次，定期檢查時(shí)間間隔不得超過(guò)3年。完工后首年投入使用應(yīng)進(jìn)行一次全面檢查。內(nèi)容包括：橋面系、上部構(gòu)造、下部構(gòu)造檢查等。

6.2 橋梁養(yǎng)護(hù)

重點(diǎn)從橋面系、橋梁結(jié)構(gòu)等方面做好養(yǎng)護(hù)工作。定期清掃橋面異物，保持整潔；及時(shí)修補(bǔ)橋梁受損結(jié)構(gòu)，疏通排水構(gòu)造物。加強(qiáng)橋梁工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)，如有異常情況，應(yīng)聯(lián)系有關(guān)設(shè)計(jì)及施工單位給出合理解決方案，情況嚴(yán)重時(shí)需進(jìn)行封閉式養(yǎng)護(hù)。

7 結(jié)論

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋目前屬于比較先進(jìn)的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，它具有跨越能力大，抗裂性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，本文所引實(shí)例正是一座典型的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，結(jié)構(gòu)采用三跨連續(xù)剛構(gòu)體系，全橋分左右兩幅，主墩墩梁固結(jié)。本橋根據(jù)結(jié)構(gòu)受力分析和實(shí)際地形，主梁采用了三向（縱向、橫向、豎向）預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和墩梁固結(jié)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程，需要從尺寸的擬定、橋跨的布設(shè)、鋼束的布置以及下部結(jié)構(gòu)形式的確定等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能設(shè)計(jì)出一座安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和美觀的橋梁。本文通過(guò)工程實(shí)例分別從總體設(shè)計(jì)、上下部設(shè)計(jì)、橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析、施工方案設(shè)計(jì)以及后期養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行了探討，以期給同類工程借鑒參考。