劉雪峰

（深圳市綜合交通與市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東深圳 518003）

1 工程概況

深圳市東部過境高速公路位于深圳市東部中心組團(tuán)和東部組團(tuán)內(nèi)，以規(guī)劃的深港蓮塘口岸為起點(diǎn)，向東北方向延伸，終點(diǎn)與深汕、惠鹽高速公路相接，采用80 km/h 設(shè)計(jì)速度，雙向8 車道的高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，寬度為32 m。道路全長(zhǎng)約31 km，橋梁長(zhǎng)度達(dá)到17.6 km，根據(jù)業(yè)主要求，盡量采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制小箱梁橋，本項(xiàng)目采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制小箱梁橋的長(zhǎng)度達(dá)到13.8 km。其中，最小平面曲線半徑R=420 m，最大橫坡5%，并且考慮到本項(xiàng)目為過境通道，項(xiàng)目建成后，將不可避免地存在車流量大、重載車輛比重偏大、需要滿足超重特種車輛運(yùn)行的特點(diǎn)，因此，如何在各種不利情況下確保先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)安全性和耐久性成為本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)。

2 先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制小箱梁橋的特點(diǎn)

先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制小箱梁橋主要有以下特點(diǎn)：

1）從結(jié)構(gòu)體系分析，先簡(jiǎn)支后連續(xù)小箱梁橋充分發(fā)揮了簡(jiǎn)支梁橋和連續(xù)梁橋的優(yōu)點(diǎn)，克服了它們的缺點(diǎn)，該體系具有構(gòu)造簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，并有效地減小了截面尺寸，減少了預(yù)應(yīng)力配束。該體系在運(yùn)營(yíng)階段已轉(zhuǎn)換為連續(xù)體系，由于支點(diǎn)負(fù)彎矩的“卸載”作用，使汽車荷載產(chǎn)生的跨中彎矩明顯減少，從而可以減小設(shè)計(jì)尺寸，減少配束，使結(jié)構(gòu)更趨于合理。

2）從收縮徐變影響分析，由于小箱梁是在工廠預(yù)制，從前期預(yù)應(yīng)力的張拉到澆筑接縫、后連續(xù)預(yù)應(yīng)力的張拉，混凝土已有相當(dāng)?shù)凝g期，因而減少了收縮、徐變對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響。

3）從基礎(chǔ)沉降影響分析，由于該結(jié)構(gòu)體系是梁的恒載按簡(jiǎn)支梁考慮，僅活載和二期恒載（橋面鋪裝、護(hù)欄、掛管、聲屏障、防拋網(wǎng)）按連續(xù)梁結(jié)構(gòu)考慮，基礎(chǔ)沉降對(duì)結(jié)構(gòu)的影響相對(duì)較小。

4）從施工角度分析，預(yù)制小箱梁可采用標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件，更有利于確保構(gòu)件質(zhì)量、提高施工速度、節(jié)省模板費(fèi)用，上部結(jié)構(gòu)預(yù)制的同時(shí)下部結(jié)構(gòu)也可施工，節(jié)省了工期，加快了施工進(jìn)度。

5）從經(jīng)濟(jì)角度分析，小箱梁斷面尺寸較小，配束配筋偏少，自身造價(jià)較低，且其質(zhì)量較輕，可節(jié)省下部結(jié)構(gòu)的造價(jià)。加之該橋型具有施工快速、節(jié)省模板、無須搭設(shè)支架等特點(diǎn)，因此，其造價(jià)相對(duì)于現(xiàn)澆箱梁具有較大的優(yōu)勢(shì)。

3 現(xiàn)行通用圖的局限性和存在的問題

3.1 計(jì)算活載和二期恒載

通用圖中汽車設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)，當(dāng)有超限車輛通過時(shí)，應(yīng)另進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，并采取相應(yīng)措施。但實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中，可能出現(xiàn)超載車輛違規(guī)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)象，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)裂縫等病害，國(guó)內(nèi)大量采用通用圖設(shè)計(jì)的小箱梁橋因此進(jìn)行了粘貼鋼板等加固設(shè)計(jì)。

通用圖中二期恒載中鋪裝層考慮8 cm 混凝土找平層和10 cm 瀝青層，防撞護(hù)欄按照相應(yīng)防撞等級(jí)設(shè)計(jì)。而實(shí)際設(shè)計(jì)中，每個(gè)項(xiàng)目因總體要求有所不同，如鋪裝層中混凝土找平層采用10 cm，瀝青層厚度最厚采用11 cm，邊板翼緣上除防撞墻的體積不同外，有些項(xiàng)目還需要設(shè)置聲屏障、防拋網(wǎng)、掛排水管、花槽等設(shè)施，一般來說，二期恒載較通用圖規(guī)定的恒截大，需要在設(shè)計(jì)中予以考慮[1]。

3.2 梁長(zhǎng)適用范圍

通用圖規(guī)定處于平曲線段上的橋梁，沿測(cè)設(shè)中心線采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑，墩、臺(tái)中心線均徑向布置。當(dāng)梁長(zhǎng)變化在±150 mm范圍內(nèi)時(shí)，可采用調(diào)整現(xiàn)澆連續(xù)段長(zhǎng)度的方式布梁，預(yù)制梁長(zhǎng)保持不變；當(dāng)梁長(zhǎng)變化在±500 mm 時(shí)，各預(yù)制梁采用變梁長(zhǎng)，現(xiàn)澆連續(xù)段長(zhǎng)度保持不變。若梁長(zhǎng)變化超過±500 mm，則需根據(jù)各橋具體情況確定設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。因此，其適用范圍較小。

3.3 通用圖設(shè)計(jì)橋梁裂縫分析

國(guó)內(nèi)采用通用圖設(shè)計(jì)的先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制小箱梁橋，在運(yùn)營(yíng)過程中經(jīng)常發(fā)生腹板斜裂縫和頂板腹板相接處出現(xiàn)縱向裂縫的問題。

腹板出現(xiàn)斜裂縫的主要原因?yàn)樵O(shè)計(jì)不足，腹板厚度偏小，箍筋間距偏大，由于腹板太薄，箍筋又少，梁體抗剪儲(chǔ)備不足，箍筋不足以限制裂縫的發(fā)展。所以，裂縫一旦出現(xiàn)，箍筋應(yīng)力就很大，隨著荷載的反復(fù)作用，裂縫進(jìn)一步增長(zhǎng)和擴(kuò)寬，使梁體的整體剛度降低，承載能力下降。隨著時(shí)間的推移，在荷載的不斷作用下，梁體狀況加劇惡化，最終趨于破壞。

頂板與腹板相接處容易發(fā)生縱向裂縫，它是腹板斜裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展的后果，其產(chǎn)生原因及嚴(yán)重程度與施工因素、荷載作用情況、路面狀態(tài)及支撐條件等有關(guān)。橋面板濕接縫處的縱向裂縫主要原因是車輛超載長(zhǎng)期作用使該處橋面板的局部受力變大和橋梁結(jié)構(gòu)的整體變形和受力所致。另外，箱梁底板、腹板底板交界處縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因是施工質(zhì)量存在缺陷[2]。

4 東部過境高速公路的小箱梁橋改進(jìn)措施

針對(duì)現(xiàn)行通用圖存在的問題，并結(jié)合深圳市東部過境高速公路特殊情況，本項(xiàng)目的先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制小箱梁橋設(shè)計(jì)在通用圖基礎(chǔ)上進(jìn)行了以下改進(jìn)措施，本設(shè)計(jì)與通用圖設(shè)計(jì)的比較表以30 m 和35 m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑小箱梁為例，各項(xiàng)指標(biāo)見表1。

表1 通用圖與改進(jìn)圖比較表

4.1 梁長(zhǎng)及布梁方式

本設(shè)計(jì)墩臺(tái)采用徑向布置，但由于最小平曲線R=420 m，單幅橋?qū)挾葹?6 m，因此，30m 小箱梁梁長(zhǎng)為28.8～31.2 m，35 m小箱梁梁長(zhǎng)為33.6～36.4 m，小箱梁采用直線預(yù)制，彎橋直做，左右半幅橋橋孔均由道路中心線弧長(zhǎng)控制，采用變梁長(zhǎng)設(shè)計(jì)，專門繪制各橋小箱梁平面布置圖，對(duì)各預(yù)制梁進(jìn)行編號(hào)并給出細(xì)節(jié)參數(shù)，橋梁變寬段采用濕接縫調(diào)節(jié)其寬度，濕接縫寬度最大調(diào)節(jié)范圍為0.68~0.98 m[3]。

直線橋中30 m 和35 m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑邊梁中心線到懸臂端距離為165.5 cm，本項(xiàng)目中30 m 跨徑的內(nèi)邊梁中心線到懸臂端距離最小值為139.6 cm，外邊梁中心線到懸臂端部最大值為197.2 cm。本項(xiàng)目中35 m 跨徑的內(nèi)邊梁中心線到懸臂端距離最小值為135.4 cm，外邊梁中心線到懸臂端部最大值為

201.4 cm。

4.2 橋面橫坡

通用圖提供的橋面橫坡為2%，本項(xiàng)目要考慮各種平曲線對(duì)應(yīng)的超高等橫坡，其中橫坡最大值為5%。本項(xiàng)目橋面橫坡主要由臺(tái)身變高或橋墩蓋梁傾斜形成，預(yù)制小箱梁設(shè)計(jì)了0%、2%和4%共3 種梁頂橫坡，根據(jù)各梁所處位置的橋面橫坡選用最接近的梁頂橫坡的預(yù)制梁，例如，當(dāng)橋面橫坡為5%時(shí)，選用梁頂橫坡為4%的預(yù)制梁，另采用橋面鋪裝現(xiàn)澆層進(jìn)行調(diào)節(jié)。橋面橫坡處理如圖1 所示。

圖1 橋面橫坡處理示意圖（單位：cm）

4.3 斷面尺寸

為克服通用圖設(shè)計(jì)的小箱梁橋裂縫問題，本設(shè)計(jì)加厚了腹板和底板厚度，30 m 小箱梁頂板跨中厚度為18 cm，底板、腹板跨中厚度均為20 cm，支點(diǎn)處頂板厚度為18 cm，底板厚度為25 cm，腹板厚度為30 cm；35 m 小箱梁，頂板跨中厚度為18 cm，底板、腹板跨中厚度均為20 cm，支點(diǎn)處頂板厚度為18 cm，底板厚度為35 cm，腹板厚度為35 cm；隨著腹板和底板厚度的加大，鋼筋保護(hù)層厚度也有所增加，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。

4.4 中橫梁寬度

考慮到本設(shè)計(jì)平曲線半徑較小，而負(fù)彎矩鋼束的轉(zhuǎn)向需要在中橫梁濕接縫寬度范圍內(nèi)完成，為滿足JTG 3362—2018《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》要求曲線形預(yù)應(yīng)力鋼筋的曲線半徑不小于4 m，本設(shè)計(jì)將中橫梁濕接縫寬度由35 cm 調(diào)整為60 cm，同時(shí)也方便了施工時(shí)普通鋼筋的連接。

4.5 配束配筋

為適應(yīng)深圳市東部過境高速公路二期恒載較重、汽車荷載在運(yùn)營(yíng)過程中存在車流量大、重載車輛比重偏大、可能出現(xiàn)超載的情況，本設(shè)計(jì)的鋼束鋼筋配置比通用圖的鋼束鋼筋配置有所提高。預(yù)應(yīng)力鋼束采用預(yù)制箱梁正彎矩鋼束，采用M15-4 和M15-5 鋼絞線，負(fù)彎矩鋼束采用BM15-5 鋼絞線，普通鋼筋采用HPB300 和HRB400 鋼筋。從結(jié)構(gòu)全壽命成本分析，在建設(shè)階段增加了較少的成本，可節(jié)省運(yùn)營(yíng)階段維修加固所需的費(fèi)用，并且減少了對(duì)運(yùn)營(yíng)階段交通的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制小箱梁橋由于造價(jià)低、施工方便、結(jié)構(gòu)性能較好得到了廣泛運(yùn)用，但由于現(xiàn)行通用圖存在局限性，設(shè)計(jì)人員在套用通用圖時(shí)應(yīng)特別注意其局限性，核查與設(shè)計(jì)項(xiàng)目的匹配性，必要時(shí)應(yīng)在通用圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，避免簡(jiǎn)單套用通用圖導(dǎo)致病害。對(duì)現(xiàn)行通用圖進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，可使其適應(yīng)抵抗二期恒載較大、重載車輛比例偏大的情況以及適用于曲線半徑較小的情況，可減少小箱梁橋在運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)裂縫的概率，擴(kuò)大先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制小箱梁橋的適用范圍。