李加柱

摘 要：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋由于具有較好安全性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性是目前大跨徑橋梁中的主要橋型，這種結(jié)構(gòu)形式抗震性能好、結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，尤其適用于高陡丘陵等復(fù)雜地形。本文結(jié)合國道G323線乳源上圍至沙坪段改建工程--鴨麻湖大橋主橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路來探討該類橋梁的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，可為同類建設(shè)條件下的橋梁設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋;高陡丘陵;橋梁設(shè)計(jì)

中圖分類號：U448.23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

山區(qū)丘陵復(fù)雜地形地質(zhì)情況下，橋梁主橋方案在滿足功能要求的前提下，重點(diǎn)突出結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性，設(shè)計(jì)時應(yīng)結(jié)合橋位處建設(shè)條件，進(jìn)行多方案充分比較，側(cè)重于采用技術(shù)成熟，便于施工和養(yǎng)護(hù)成本低的橋型，以使大橋順利、盡早地投入使用，同時力求造型美觀，布局合理，使大橋與周圍的景觀協(xié)調(diào)。基于此，連續(xù)剛構(gòu)橋成為重點(diǎn)考慮方案。

1 工程概況

國道G323線乳源上圍至沙坪段改建工程全段位于廣東省韶關(guān)市乳源縣西南部，線路全長39.606 km。處于地形條件非常復(fù)雜的高山峻嶺地區(qū)，沿線地勢起伏，山體表面植被茂密。鴨麻湖大橋橋位地處高陡丘陵，跨越丘陵間谷地、省道S258線及溪流。該項(xiàng)目為二級公路，設(shè)計(jì)速度40 km/h，橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度為0.5 m（防護(hù)欄）+9 m（行車道）+0.5 m（防護(hù)欄），彎道橋梁加寬。地震動峰值加速度為0.05 g。

2 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

鴨麻湖大橋橋跨組合為6×25+2×40+（75+135+75）+25 m，橋梁全長545.6 m，本橋位于A=108緩和曲線及R=260 m圓曲線上。上部結(jié)構(gòu)采用25 m先簡支后橋面連續(xù)小箱梁，40 m預(yù)應(yīng)力砼先簡支后連續(xù)剛構(gòu)T梁，主橋跨越大潭河采用75+135+75連續(xù)剛構(gòu)箱梁;下部結(jié)構(gòu)主墩采用矩形薄壁空心墩，主墩基礎(chǔ)采用承臺+群樁基礎(chǔ)。

2.2 主橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主橋上部結(jié)構(gòu)采用（75+135+75）m PC連續(xù)剛構(gòu)，主梁采用C55混凝土，全橋?qū)?0.0 m，采用單箱單室箱形斷面，其中箱寬6.0 m，兩側(cè)翼緣板懸臂長2.0 m。主梁根部梁高為8 m，高跨比為1/16.875，跨中及邊跨端部梁高為3.3 m，高跨比為1/40.9。主梁按照3.5 m、4.5 m、5.0 m分段，共分為18種梁段，梁高變化采用2次拋物線H（m）=1.129 74×10-3x2 +3.3，梁高H系箱梁中心處高度，主梁橫坡由腹板高度調(diào)整，底板保持水平，頂板橫向設(shè)置2%的橫坡。

主梁采用雙向預(yù)應(yīng)力體系，包括縱向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力。主梁按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)?？v向頂板預(yù)應(yīng)力鋼束采用φs15.2-17、φs15.2-19、φs15.2-22 mm高強(qiáng)低松弛鋼絞線，縱向腹板采用φs15.2-17、φs15.2-19鋼絞線，邊跨底板采用φs15.2-17鋼絞線，中跨底板采用φs15.2-22鋼絞線。鋼絞線抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa。頂板鋼束布置以平彎線型為主，錨固端附近采用局部豎彎;腹板鋼束布置在錨固端附近，局部采用豎彎;底板鋼束采用平、豎彎結(jié)合布置。

豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋布置于腹板，采用φs15.2-3 mm高強(qiáng)低松弛鋼絞線，在頂板上進(jìn)行單端張拉，采用二次張拉工藝。預(yù)應(yīng)力管道均采用塑料波紋管，縱向管道內(nèi)徑分別為φ90、φ100、φ120 mm，豎向管道內(nèi)徑φ50，采用真空壓漿工藝灌漿。

2.3 主橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下部結(jié)構(gòu)主墩采用薄壁空心墩，墩身采用單箱單室截面，縱橋向?qū)?.0～5.0 m，對應(yīng)壁厚0.6～1.1 m，橫橋向?qū)捙c上部箱梁箱寬相同為6.0 m，對應(yīng)壁厚為0.8～1.8 m。主墩采用C40混凝土。

承臺平面尺寸為12.4×8.0 m，厚為4.0 m。主墩基礎(chǔ)采用46根φ160 cm鉆孔灌注樁，采用嵌巖樁設(shè)計(jì)，樁底沉渣厚度應(yīng)不大于5 cm。采用C30水下混凝土。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 主橋橋型選擇

由于橋位區(qū)地貌屬山間谷地與低山丘陵地貌類型，地形起伏大，地面標(biāo)高在160.0～270.0 m之間，首先結(jié)合地形、橋梁墩臺尺寸、墩高以及橋位處溶洞發(fā)育等情況綜合考慮，找到合適的主墩落墩位置，初步確定主跨跨徑宜為100～200 m，對應(yīng)可采用的橋型有連續(xù)剛構(gòu)、連續(xù)箱梁、矮塔斜拉橋、拱橋等。從安全、經(jīng)濟(jì)、耐久性和美觀四方面對四種橋型進(jìn)行比較分析，結(jié)果如下表。

根據(jù)上述對比并結(jié)合該項(xiàng)目的建設(shè)條件，在保證結(jié)構(gòu)安全可靠的基礎(chǔ)上，連續(xù)剛構(gòu)橋施工工藝成熟，建設(shè)成本低，后期維護(hù)費(fèi)用少是最適合的橋型方案。

3.2 橋跨布置的選擇

鴨麻湖大橋橋位處于高陡丘陵，橋梁采用的跨徑不宜過小，否則橋下墩柱林立，視野局狹，影響美觀。并且橋位區(qū)屬于溶洞發(fā)育區(qū)，較多的墩臺樁基會導(dǎo)致施工風(fēng)險(xiǎn)增加，同時影響施工進(jìn)度。因此此類橋梁的橋跨布置需結(jié)合地形、地質(zhì)情況，靈活應(yīng)用橋梁技術(shù)指標(biāo)對主橋跨徑布置進(jìn)行優(yōu)化，以降低施工難度和工程造價(jià)。

3.3 下部結(jié)構(gòu)形式的選擇

連續(xù)剛構(gòu)橋體系由于受到溫度變化、混凝土收縮、徐變及汽車制動力的影響，會使橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平位移，因此橋墩在滿足支承上部結(jié)構(gòu)重量、活載和穩(wěn)定的要求之外，還要具有一定的柔度。對于連續(xù)剛構(gòu)，主墩常采用單薄壁墩或雙薄壁墩。采用的橋墩形式主要考慮以下幾個方面：

第一，橋墩柔度。橋墩高度與固定跨長之比是判斷能否采用連續(xù)剛構(gòu)橋的指標(biāo)之一。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，連續(xù)剛構(gòu)橋的橋墩高度與固定跨長之比回歸值為1/8，對于雙薄壁連續(xù)剛構(gòu)橋不一定受此限制，可調(diào)節(jié)雙薄壁的雙壁間距和壁厚，以適應(yīng)固定跨長較大的場合。通常橋墩高度不應(yīng)小于L/10，在橋墩較低情況下必須采用柔性墩身[1]。

第二，滿足施工中可能的不平衡重量的要求。

第三，滿足承臺基礎(chǔ)平面尺寸盡量小的要求。

如果單薄壁墩能滿足上述第一、二條要求，應(yīng)優(yōu)先考慮單薄壁墩，因?yàn)閱伪”诙盏某信_尺寸可遠(yuǎn)小于雙薄壁墩。

4 問題及對策

4.1 大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋存在的問題

當(dāng)前，大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋存在的主要問題有以下幾點(diǎn)：

（1）箱梁開裂，包括腹板剪切裂縫—由于截面尺寸設(shè)計(jì)不合理，豎向預(yù)應(yīng)力不足導(dǎo)致;底板縱向裂縫—由于底板鋼束較多，徑向力引起過大的橫向彎曲變形導(dǎo)致跨中底板崩裂;頂?shù)装鍣M向裂縫—由于縱向預(yù)應(yīng)力不足導(dǎo)致。

（2）跨中下?lián)?，主要由混凝土收縮徐變、設(shè)計(jì)配束偏少預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度偏低及對長期預(yù)應(yīng)力損失預(yù)估不足導(dǎo)致。

（3）橋墩剛度不足，上區(qū)大跨連續(xù)剛構(gòu)橋多為高墩主橋，風(fēng)荷載較大，橋墩橫向剛度不足導(dǎo)致橋梁橫向位移較大影響行車舒適及行車安全。

4.2 設(shè)計(jì)對策

針對以上工程中出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)從以下幾方面考慮：

（1）箱梁構(gòu)造尺寸如梁高、梁底拋物線、腹板厚、0#塊尺寸等都需根據(jù)計(jì)算合理確定，合理的尺寸選擇是橋梁的安全保障。結(jié)合大量工程實(shí)踐，箱梁根部梁高取值L/16～L/17，跨中取L/40～L/50較為合理;當(dāng)L<150 m梁底宜采用2次拋物線，L≥150 m宜采用1.8次拋物線[2]。腹板厚度需要滿足構(gòu)造要求又要有足夠得空間放置預(yù)應(yīng)力筋，根據(jù)跨徑一般選擇65～90 cm，根部到跨中腹板厚度利用1～2節(jié)段漸變過渡，盡量減少恒載引起的彎矩。

（2）應(yīng)設(shè)計(jì)合理的腹板下彎鋼束，使下彎束覆蓋全梁高范圍，在全梁高范圍提供豎向預(yù)壓應(yīng)力，防止預(yù)應(yīng)力不足導(dǎo)致的腹板開裂。

（3）在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分預(yù)估預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力損失及施工偏差，提高安全儲備，在不考慮豎向預(yù)應(yīng)力的情況下，縱向預(yù)應(yīng)力應(yīng)滿足主拉應(yīng)力的需求并留有足夠的應(yīng)力富裕。豎向預(yù)應(yīng)力采用二次張拉錨固體系，控制應(yīng)力損失。

（4）應(yīng)加強(qiáng)細(xì)節(jié)構(gòu)造的設(shè)計(jì)，采用增加跨中橫隔板、底板鋼束增加U型筋等方法控制跨中底板的橫向彎曲變形。

（5）山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋高墩的設(shè)計(jì)應(yīng)特別關(guān)注橋墩橫向剛度的問題，應(yīng)根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求對橋梁的風(fēng)振加速度指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)算，進(jìn)而達(dá)到控制橋墩墩頂橫向位移的目的。

5 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋常用于大跨徑及山間重丘地帶，橋梁的安全性和耐久性設(shè)計(jì)尤為重要，本文結(jié)合國道G323線乳源上圍至沙坪段改建工程--鴨麻湖大橋的橋梁設(shè)計(jì)方案，探討了連續(xù)剛構(gòu)橋主橋的上下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、橋型橋跨的選擇、設(shè)計(jì)存在的問題及應(yīng)對策略，為同類橋梁的建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏濤多跨連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)參數(shù)分析及研究[D].長安大學(xué)，2010.

[2]郝曉光，楊未蓬，唐輝.超高墩大跨度剛構(gòu)-連續(xù)梁橋抗震性能研究[J].世界橋梁，2020（4）：35-39.