謝濤

（中交遠(yuǎn)洲交通科技集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

1 工程概況

某大型橋梁工程通長367.5m，設(shè)計行車速度為80km/h，橋梁擬采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)建設(shè)，但該橋梁所在地氣候條件變化無常，夏季經(jīng)常出現(xiàn)大風(fēng)現(xiàn)象，其最大風(fēng)速可以達(dá)到20m/s。因此，為保證橋梁的使用安全，要求合理設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，提升橋梁的使用性能。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計

2.1 橋梁設(shè)計要點(diǎn)

2.1.2 橋梁下部構(gòu)造設(shè)計

（1）本工程橋梁設(shè)計前，經(jīng)勘測人員對施工現(xiàn)場的調(diào)查結(jié)果，最終確定橋梁的基礎(chǔ)設(shè)計為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)一共設(shè)計有136 根，樁長在6～12m不等。不同的地質(zhì)情況樁基礎(chǔ)的長度不同，樁基礎(chǔ)的直徑設(shè)計為1.2m，樁與樁之間的距離控制在1m，鉆孔后孔位的偏差不得超出設(shè)計要求的3%。

（2）下部構(gòu)造鉆孔灌注樁的施工工藝為：先根據(jù)設(shè)計位置埋設(shè)護(hù)筒，護(hù)筒作用保護(hù)樁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，護(hù)筒就位后布置鉆機(jī)并開始鉆孔施工。設(shè)計人員應(yīng)合理控制鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速，避免因鉆進(jìn)速度快而發(fā)生安全事故。鉆孔結(jié)束后依據(jù)國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行清孔作業(yè)，然后下放鋼筋籠、灌注混凝土，水下混凝土澆筑時最好一次澆筑完成[1]。

2.1.2 橋梁上部構(gòu)造設(shè)計

（1）下部結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后開始橋梁上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容主要包括橋梁的承臺、墩柱、箱梁截面積以及橫隔梁等。其中承臺、墩柱的設(shè)計工作主要是對相互的連接方式、澆筑方式、澆筑的混凝土性能以及承臺、墩柱本身的尺寸等進(jìn)行規(guī)劃。本次橋梁墩柱、承臺混凝土的強(qiáng)度應(yīng)保持在C35以上，澆筑時應(yīng)分層澆筑。

（2）橋梁橫截面積的設(shè)計中，首先要確定梁體橫截面的形式，由于本工程橋梁的跨徑在50m以上，橫截面的形式宜設(shè)計為箱型橫截面。與其他截面形式相比，箱型橫截面的抗扭剛度較大，且頂板、底板的面積寬闊，不僅可以抵抗橋梁的正負(fù)彎矩力，還能保障橋梁整體的穩(wěn)定性。因此，本橋梁的截面形式采用箱型橫截面，其梁體頂板的厚度設(shè)計為25cm，底板厚度設(shè)計為60cm[2]。

（3）橫隔梁的主要作用是提高橋梁截面的橫向剛度并保證橋梁整體的穩(wěn)定性。本次橋梁橫隔梁主要設(shè)計在箱梁與箱梁之間，同時支點(diǎn)的位置也設(shè)計有橫隔梁，不同位置橫隔梁的設(shè)計要求不同，對于腹板下方的橫隔梁只需配置一些普通鋼筋即可。對于其他位置的橫隔梁均要設(shè)置合理的配筋形式，所有的橫隔梁的寬度均設(shè)置在300～500mm，針對單箱梁的位置無須設(shè)置橫隔梁。

2.1.3 施工工藝設(shè)計

（1）預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工工藝的設(shè)計中，主要包括橋梁鋼筋施工、模板安裝、預(yù)應(yīng)力管道安裝、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、孔道壓漿等工序。其中對鋼筋施工設(shè)計時，設(shè)計人員需明確鋼筋的性能要求，鋼筋接頭的位置、數(shù)量等，模板設(shè)計中要合理地設(shè)計模板連接、材料、尺寸等；波紋管的設(shè)計主要是確定波紋管的材料、位置，固定方式，波紋管宜使用定位鋼筋與腹板的箍筋焊接在一起，以避免出現(xiàn)波紋管下垂、錯位的問題，如波紋管位置設(shè)計確定后，發(fā)現(xiàn)波紋管位置與鋼筋位置存在沖突，此時可適當(dāng)調(diào)整鋼筋的位置[3]。

（2）預(yù)應(yīng)力橋梁混凝土澆筑工藝的設(shè)計中，主要包括對混凝土材料的性能要求，如坍落度、含水率、強(qiáng)度的設(shè)計，以及混凝土施工時的相關(guān)要求，如混凝土澆筑時振搗棒與模板、預(yù)應(yīng)力管道、鋼筋等預(yù)埋件的距離應(yīng)進(jìn)行設(shè)計，以避免振搗過程中造成破壞。此外，設(shè)計人員應(yīng)設(shè)計混凝土的養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度，其設(shè)計強(qiáng)度宜滿足國家現(xiàn)行規(guī)范的要求。

（3）混凝土澆筑后的工作為預(yù)應(yīng)力張拉，張拉過程的設(shè)計應(yīng)遵循《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010—2010）規(guī)范中的要求。張拉前混凝土的強(qiáng)度需滿足設(shè)計要求的90%以上，張拉時需明確滿足要求的張拉力與伸長量，以便施工人員可以控制張拉效果。橋梁張拉力與伸長量與設(shè)計值誤差在6%以內(nèi)即視為合格，張拉后對孔道壓漿的施工方法及質(zhì)量要求進(jìn)行設(shè)計，孔道壓漿的時間應(yīng)在張拉后24h內(nèi)進(jìn)行，壓漿時的壓力宜控制在0.7MPa，壓漿后孔道兩側(cè)的水泥砂漿均勻連續(xù)冒出即視為壓漿合格。

2.1.4 橋梁安裝設(shè)計

本工程橋梁梁體的制作在預(yù)制場內(nèi)完成，然后再運(yùn)輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝。因此，在橋梁設(shè)計時要對橋梁的安裝過程進(jìn)行設(shè)計，梁體的安裝設(shè)計共分為三步。首先，將梁體從車輛上吊起，起吊時設(shè)計采用吊孔穿束的方法，利用起吊機(jī)械完成，吊起后保證橋梁穩(wěn)定的狀態(tài)下，將其吊放至橋梁支架位置；其次，在橋梁梁體就位后，設(shè)計臨時支撐裝置、鋼筋構(gòu)件與焊接板，對梁體進(jìn)行固定，以保證橋梁的穩(wěn)定安全；最后，利用架橋機(jī)進(jìn)行橋梁的架設(shè)，架設(shè)完成后拆除臨時支撐[4]。

2.2 設(shè)計中常見問題

2.2.1 結(jié)構(gòu)振動問題

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計中經(jīng)常會遇到結(jié)構(gòu)振動的問題，發(fā)生的主要原因是橋梁設(shè)計中未對擾動力進(jìn)行合理控制。在橋梁設(shè)計施工完成后，車輛行駛過程中會對橋梁造成動荷載，其動荷載對橋梁的干擾就稱之為擾動力。在擾動力的作用下，橋梁結(jié)構(gòu)會不斷產(chǎn)生振動問題，而產(chǎn)生的振動問題不僅會對橋梁結(jié)構(gòu)造成疲勞損傷，還會造成橋梁振動變形，從而影響橋梁行車的安全。當(dāng)擾動力的振動頻率與橋梁固有頻率重合時，此時就會對橋梁結(jié)構(gòu)造成損傷，且此類損傷會隨著時間的增加而進(jìn)一步擴(kuò)大，如不能及時處理，很容易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)破壞而引發(fā)安全事故。

2.2.2 橋梁上拱問題

（1）預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計過程中如果沒有對橋梁的上拱度進(jìn)行合理設(shè)計，則橋梁設(shè)計施工完成后，很容易導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)上拱問題，一旦的橋面呈現(xiàn)為波浪形，當(dāng)車輛高速通過此橋面時，由于橋面的高低不平，極易導(dǎo)致車輛遭受干擾，從而影響人們的行車體驗(yàn)，甚至威脅車內(nèi)人員的生命安全[5]。

（2）橋梁上拱問題的發(fā)生主要是由于車輛與橋梁之間的動力耦合作用。車輛行駛時，由于向前具有一定的速度，此時會對橋梁形成一定的作用力，當(dāng)長期保持車輛通行，此作用力會慢慢對橋梁造成一定的影響，從而導(dǎo)致橋梁上拱，影響橋梁的行車體驗(yàn)。因此橋梁設(shè)計時可以針對橋梁的行車數(shù)量，合理地設(shè)置上拱度，則可以抵消因車輛與橋梁的耦合作用力，從而避免此類問題的發(fā)生。

2.2.3 橋面排水問題

橋梁設(shè)計中排水系統(tǒng)至關(guān)重要，排水系統(tǒng)主要位于橋面中，可以及時地將橋面的積水排出橋梁，從而避免積水對橋梁結(jié)構(gòu)的侵蝕，但在橋梁設(shè)計工作中經(jīng)常出現(xiàn)排水系統(tǒng)設(shè)計不完善的問題，從而導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生安全隱患，橋梁設(shè)計中常見的排水設(shè)計問題主要包括3點(diǎn)，具體如下：

（1）排水系統(tǒng)的設(shè)計位置不合理，如面層內(nèi)部設(shè)置有排水管道，但設(shè)計時排水管道的位置設(shè)計不合理，導(dǎo)致積水滲透后無法匯集至排水管道中，從而引發(fā)病害[6]；

（2）排水材料設(shè)計問題，如采用的排水材料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性不好，在經(jīng)過夏季、冬季的溫度變化后，導(dǎo)致排水管道受損，從而影響排水效果；

（3）橋面設(shè)計不合理，橋面排水管道中的積水會通過重力作用向兩側(cè)的排水溝匯集，從而將積水排出，但橋面設(shè)計時設(shè)計的坡度不合理，導(dǎo)致積水難以排出，從而造成排水問題。

2.3 設(shè)計注意事項(xiàng)

2.3.1 設(shè)計的合理性

（1）本工程預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計工作中要注意設(shè)計方案的合理性，對設(shè)計方案的確定，一定是基于對施工現(xiàn)場詳細(xì)勘察的情況下，明確場地的地質(zhì)條件、氣候問題、水文條件、行車條件后綜合確定設(shè)計方案，從而保證設(shè)計的合理性。此外，設(shè)計工作開展時，要注意對每個設(shè)計細(xì)節(jié)的把控，每個細(xì)小變化均可以影響橋梁整體結(jié)構(gòu)，因此，設(shè)計工作中要嚴(yán)格做好細(xì)節(jié)的設(shè)計。

（2）橋梁設(shè)計過程中還應(yīng)注意做好預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)埋件的設(shè)計工作，預(yù)應(yīng)力橋梁中的預(yù)埋件主要包括隱蔽的鋼筋結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力管道、伸縮縫、支座等，其中在鋼筋結(jié)構(gòu)、伸縮縫、支座等預(yù)埋件設(shè)計中，應(yīng)明確預(yù)埋件的位置、數(shù)量、連接方式，保證鋼筋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；預(yù)應(yīng)力管道預(yù)埋件的設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)力大小設(shè)計管道的位置、固定方式、管道材料等，同時合理設(shè)計預(yù)應(yīng)力管道混凝土澆筑施工的方式，保證預(yù)埋件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[7]。

2.3.2 注意參數(shù)計算

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計工作中會存在大量的參數(shù)設(shè)計工作，如橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時的預(yù)拱度設(shè)計值、橋面的設(shè)計坡度，橋梁施工時預(yù)應(yīng)力張拉時的控制應(yīng)力大小、混凝土坍落度的范圍、壓漿施工時壓漿的壓力大小等，每個參數(shù)的變化都會對橋梁的設(shè)計質(zhì)量造成影響。因此在本工程橋梁設(shè)計中應(yīng)注意做好參數(shù)的計算工作，針對參數(shù)的計算可以采用正向計算與反向驗(yàn)算2 種方式。正向計算得到的參數(shù)可以作為基本的參數(shù)依據(jù)，反向計算可以驗(yàn)證參數(shù)是否合理，通過最終參數(shù)的對比，從而確定參數(shù)是否合理。

2.3.3 注意溫度修正

（1）溫度是保證整個橋梁安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件。如橋梁施工時周圍的溫度變化過大，則很容易導(dǎo)致材料性能發(fā)生變化，從而影響施工質(zhì)量。因此，在橋梁設(shè)計階段就應(yīng)做好溫度的修正工作，明確施工時部分關(guān)鍵工藝的溫度要求，一旦溫度變化超出設(shè)計要求的溫度，則可以停止施工，或采取措施將溫度誤差控制在設(shè)計范圍內(nèi)，以保證橋梁的性能。

（2）除溫度的修正外，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的應(yīng)力設(shè)計也十分重要。在應(yīng)力設(shè)計階段，要充分搜集相關(guān)資料，并做好記錄與測試，然后根據(jù)不同的測試結(jié)果判斷本工程橋梁應(yīng)力的設(shè)計值，確定應(yīng)力之后，設(shè)計人員還應(yīng)對應(yīng)力值進(jìn)行反復(fù)的對比核算，以保證應(yīng)力的合理，確保橋梁預(yù)應(yīng)力的張拉質(zhì)量。

2.3.4 加強(qiáng)防震設(shè)計

橋梁設(shè)計過程中應(yīng)注意做好橋梁防震性能的設(shè)計。增加橋梁的防震性能，不僅可以提升橋梁面對地震自然災(zāi)害的能力，同時還能夠增加橋梁的抗震性能，避免因橋梁結(jié)構(gòu)振動而引發(fā)的問題，針對橋梁的防震設(shè)計可根據(jù)以下3點(diǎn)進(jìn)行展開：

（1）橋梁防震設(shè)計前期，設(shè)計單位可以安排檢測人員對周圍區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)研，并對比周圍同類工程的防震等級，然后再根據(jù)實(shí)際的調(diào)研結(jié)果以及本工程的實(shí)際情況合理地選擇橋梁的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計橋梁的孔徑、橋位等相關(guān)參數(shù)；

（2）橋梁設(shè)計過程中可以優(yōu)化橋梁的整體布局，提升橋梁結(jié)構(gòu)的合理性，從而改善橋梁結(jié)構(gòu)的剛度[8]；

（3）橋面設(shè)計時，可以通過增加或減少伸縮縫的數(shù)量提升橋梁的整體性能，同時采取措施將橋梁結(jié)構(gòu)底部進(jìn)行加固，并保證支座的強(qiáng)度，從而增加橋梁的穩(wěn)定性，提升其防震性能。

2.3.5 加強(qiáng)橋梁耐久性

橋梁建設(shè)完成后長期處于外界環(huán)境之中，無論刮風(fēng)、下雨或下雪，均會直接遭受自然環(huán)境的侵蝕，同時橋梁常年四季使用，車輛的行車荷載會一直存在，在長期外界環(huán)境與行車荷載的作用下，橋梁難免會遭受影響，因此，為保證橋梁的使用壽命，在本工程橋梁設(shè)計階段應(yīng)注意加強(qiáng)對橋梁耐久性的設(shè)計。首先，設(shè)計時可以選擇高強(qiáng)度的材料或添加劑，增加橋梁材料的耐久性；其次，橋梁設(shè)計工作中可以提前對可能遭受的外界環(huán)境及行車荷載進(jìn)行估測，設(shè)計時將影響因素全部考慮在內(nèi)，以增加橋梁的耐久性；最后，合理設(shè)計橋梁的施工工藝，保證其施工質(zhì)量。

3 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在我國橋梁施工中的應(yīng)用十分廣泛，其設(shè)計質(zhì)量與橋梁后續(xù)的使用性能及安全密切相關(guān)。因此，為保證預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的使用性能，在設(shè)計工作中，設(shè)計單位應(yīng)做好設(shè)計控制工作，設(shè)計工作中把控每一個關(guān)鍵參數(shù)、結(jié)構(gòu)的設(shè)計，從而保障預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，延長橋梁的使用年限。