■賈凡鑫

（遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，沈陽 110166）

預(yù)制T 梁橋具有結(jié)構(gòu)受力清晰明確、施工工藝成熟、工期短、橋梁適應(yīng)范圍大、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，近年來廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各級(jí)公路工程建設(shè)中。但在我國西南省份山區(qū)高速公路互通區(qū)設(shè)計(jì)和建設(shè)中，由于工程施工受自然地形條件影響較大，互通匝道橋常出現(xiàn)高墩和平曲線小半徑的不利組合，這類平面小半徑，大縱、橫坡組合的橋梁一般都超出傳統(tǒng)預(yù)制T 梁橋的適用范圍，因此實(shí)際設(shè)計(jì)過程中大多選擇現(xiàn)澆箱梁、鋼箱梁、組合梁等其他上部結(jié)構(gòu)形式。目前現(xiàn)澆箱梁、鋼箱梁以及組合梁等結(jié)構(gòu)的施工工藝雖已相對(duì)成熟，但其仍具有施工周期長、施工效率低，建設(shè)成本高、施工過程質(zhì)量不易保證等缺點(diǎn)；同時(shí)，若橋位區(qū)域的地質(zhì)條件較差，則箱梁現(xiàn)澆施工以及鋼箱梁的架設(shè)過程中，臨時(shí)施工措施和安全措施的成本和安全風(fēng)險(xiǎn)都會(huì)顯著增高。

1 T 梁在彎橋應(yīng)用中的限制條件

預(yù)制T 梁橋在彎橋應(yīng)用實(shí)例中，基于施工周期，施工工藝、流程、難度和預(yù)制模板利用率等方面的考慮，多采用以“直代曲”的設(shè)計(jì)和建設(shè)理念，即通過合理優(yōu)化T 梁橫斷面布置，并適當(dāng)調(diào)整T 梁橋邊梁外懸臂長度的方式，使梁場(chǎng)統(tǒng)一預(yù)制的直線T梁在架設(shè)后可以實(shí)現(xiàn)彎橋路線功能的客觀需求。但上述布置和調(diào)整方式，使得這一類T 梁橋在彎橋應(yīng)用中的適用范圍受到結(jié)構(gòu)連續(xù)墩頂負(fù)彎矩鋼束平曲線半徑、T 梁梁長的變化區(qū)間、T 梁橋邊梁外懸臂變化區(qū)間，以及T 梁橋面鋪裝厚度等因素的制約，不同影響因素對(duì)于T 梁的影響程度和實(shí)際應(yīng)對(duì)處理方式不同。

1.1 負(fù)彎矩鋼束平曲線半徑r 對(duì)T 梁適用范圍的限制

對(duì)于常規(guī)的結(jié)構(gòu)連續(xù)預(yù)制T 梁彎橋，由于預(yù)制梁本身為直線梁，實(shí)際設(shè)計(jì)和施工中一般選擇在連續(xù)墩的墩頂現(xiàn)澆段內(nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)彎矩鋼束的平面曲線變化，以避免負(fù)彎矩鋼束在兩側(cè)的預(yù)制梁內(nèi)出現(xiàn)彎折角，造成負(fù)彎矩鋼束損失較大，影響結(jié)構(gòu)受力和使用性能。根據(jù)圖1 中的平面示意（O 為平曲線圓心），可以推得圓曲線上的T 梁橋平曲線半徑R 與負(fù)彎矩鋼束平曲線半徑r 的幾何關(guān)系如下：

圖1 負(fù)彎矩鋼束平面布置圖

式中：L 為預(yù)制T 梁的理論跨徑長度，s 為T 梁橋在結(jié)構(gòu)連續(xù)墩墩頂處混凝土現(xiàn)澆段的寬度。

對(duì)于目前在高速公路中常規(guī)的30 m 跨徑預(yù)制T 梁，即上式中L=30 m，則一般可取s=0.7 m；同時(shí)，依照《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》（JTG 3362-2018）（下文簡(jiǎn)稱 “《公預(yù)規(guī)》”）第9.4.10 條：后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的曲線形預(yù)應(yīng)力鋼筋的曲線半徑應(yīng)符合下列規(guī)定：“鋼絲束、鋼絞線束的鋼絲直徑小于或等于5 mm 時(shí)，不宜小于4 m；鋼絲直徑大于5 mm 時(shí)，不宜小于6 m”[1]，對(duì)于目前較為常見的Φs15.2 鋼絞線，折算后鋼絲直徑約為5.05 mm，因此，應(yīng)取r≥6 m。將上述數(shù)值代入式（1），則有：

1.2 梁長變化范圍對(duì)T 梁適用范圍的限制

目前傳統(tǒng)T 梁橋的布梁方式主要分為“平行布梁法”和“徑向布梁法”2 種，其中，所謂的“平行”和“徑向”均是指橋墩、橋臺(tái)之間的（相對(duì)）位置關(guān)系?！捌叫胁剂悍ā笔侵冈诖_定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)線后，將橋梁的每個(gè)橋墩和橋臺(tái)的蓋梁中心線按此基準(zhǔn)線平行布置，并在此基礎(chǔ)上布置T 梁。該方法的特點(diǎn)是同一跨內(nèi)的T 梁長度和梁端角度均相同，但不同橋跨之間的梁長和梁端角度均不同，且隨著橋梁平曲線半徑的減小，梁端角度差別將顯著增加，此外，不同墩臺(tái)位置的蓋梁尺寸也不同?！捌叫胁剂悍ā边m用于橋梁跨徑較小，跨數(shù)不多，且平曲線半徑較大的情況，對(duì)互通區(qū)常見的小半徑彎橋并不適用。“徑向布梁法”是指在保證墩臺(tái)中心線和路線設(shè)計(jì)線的切線方向夾角保持一致（一般為90°）的基礎(chǔ)上，通過選擇合理的布梁基準(zhǔn)線進(jìn)行橫橋向布梁。該方法可以保證墩臺(tái)蓋梁尺寸基本相同，但同一跨內(nèi)的各片主梁長度與梁端角均不同，且隨著曲線半徑的減小，同一跨經(jīng)內(nèi)外側(cè)T 梁的梁長差值顯著增加?！皬较虿剂悍ā钡倪m用范圍相較“平行布梁法”大。此外，對(duì)于個(gè)別平面線形復(fù)雜的T 梁橋，當(dāng)傳統(tǒng)的布梁方式不滿足路線線形需求時(shí)，也可以采用“調(diào)整墩臺(tái)角度布梁法”[2]布置主梁，該方法較為靈活，可有效增大T 梁橋的適應(yīng)性，但會(huì)導(dǎo)致同一跨內(nèi)T 梁兩端的梁端角和梁長，以及不同墩臺(tái)的蓋梁尺寸均不同，設(shè)計(jì)和施工過程中難度較大，實(shí)際應(yīng)用較少。

對(duì)于目前山區(qū)高速公路互通匝道小半徑T 梁橋，較為常用的是“徑向布梁法”；如前文所述，這種布梁法會(huì)導(dǎo)致同一跨內(nèi)的T 梁中，內(nèi)外側(cè)邊梁長度與標(biāo)準(zhǔn)跨徑L 出現(xiàn)一定偏差。根據(jù)圖2 可以推得橋梁的平曲線半徑R 與T 梁內(nèi)外側(cè)邊梁長度偏差Δ的幾何關(guān)系如式（2）：

圖2 T 梁內(nèi)外側(cè)梁長變化

式中：L 為預(yù)制T 梁的理論長度，B 為橋梁總寬度，T 為邊梁懸臂長。

對(duì)于目前在高速公路中常規(guī)的30 m 跨徑預(yù)制T 梁，即式（2）中L=30 m，一般可取T=1.175 m，Δ=0.5 m，若令B=22.1 m，代入式（2），則有：

1.3 邊梁外懸臂變化范圍對(duì)T 梁適用范圍的限制

同樣的，對(duì)于前述的“徑向布梁法”，預(yù)制的直線T 梁一般可以采用調(diào)整邊梁外側(cè)懸臂長度的方式實(shí)現(xiàn)“以直代曲”，滿足彎橋的路線要求。根據(jù)圖3可以推得橋梁平曲線半徑R 與T 梁橋邊梁外懸臂變化量T 的幾何關(guān)系如下：

圖3 預(yù)制梁外懸臂輪廓示意

式（3）中：L 為預(yù)制T 梁理論長度，B 為橋梁寬度，r 為負(fù)彎矩鋼束曲線半徑，R 為橋梁平曲線半徑。

上述計(jì)算公式仍較為復(fù)雜，故對(duì)式中的余弦函數(shù)項(xiàng)進(jìn)行泰勒展開，將該公式簡(jiǎn)化如下：

對(duì)于目前在高速公路中常規(guī)的30 m 跨徑預(yù)制T 梁，即式（3）中L=30 m，一般可取T=0.2 m，若令B=22.1 m，代入式（3），則有：

1.4 鋪裝厚度范圍對(duì)T 梁適用條件的限制

預(yù)制T 梁橋的縱坡可以通過墩臺(tái)蓋梁高程來調(diào)整實(shí)現(xiàn)，但橋梁橫坡往往需要結(jié)合T 梁預(yù)制橫坡和橋面鋪裝共同實(shí)現(xiàn)。山區(qū)小半徑T 梁匝道橋常存在橫坡較大的情況，而從T 梁預(yù)制、運(yùn)輸和架設(shè)的穩(wěn)定性、安全性與經(jīng)濟(jì)性等綜合角度考慮，T 梁預(yù)制橫坡較?。ㄒ话闳?%），導(dǎo)致橋面鋪裝的厚度在橫向差別較大，對(duì)T 梁橋后期耐久性和行車舒適性造成一定影響。對(duì)于這種情況，設(shè)計(jì)階段需充分考慮上述影響因素，盡量增加T 梁預(yù)制橫坡大小，同時(shí)在保證結(jié)構(gòu)承載力滿足要求的前提下，適當(dāng)增大橋面鋪裝厚度，保證最薄處橋面鋪裝滿足后期橋梁運(yùn)營行車的基本要求，且橋面鋪裝不宜太厚，以免影響鋪裝層自身的耐久性。

1.5 小結(jié)

綜上所述，受連續(xù)墩墩頂負(fù)彎矩鋼束平曲線半徑、T 梁內(nèi)外側(cè)梁長變化范圍、最外側(cè)邊梁外懸臂變化范圍以及橋面鋪裝厚度等因素的影響，傳統(tǒng)預(yù)制T 梁在小半徑彎橋的應(yīng)用范圍存在一定程度的限制。在實(shí)際工程中，可通過針對(duì)性地采取將上部的結(jié)構(gòu)連續(xù)T 梁調(diào)整為橋面連續(xù)的簡(jiǎn)支T梁（以取消結(jié)構(gòu)連續(xù)墩頂負(fù)彎矩鋼束），合理調(diào)整T 梁橫向布置和濕接縫寬度，以及適當(dāng)增大T 梁預(yù)制橫坡等措施，擴(kuò)大T 梁橋的適用范圍。此外，設(shè)計(jì)中還可以結(jié)合具體實(shí)例的特點(diǎn)，對(duì)于T 梁進(jìn)行專項(xiàng)計(jì)算和設(shè)計(jì)，適當(dāng)突破常規(guī)T 梁梁長和懸臂長度的變化范圍區(qū)間，從而更顯著地提高T 梁橋的適用范圍。

2 工程實(shí)例

某西南省份山區(qū)高速公路互通A 匝道橋，原設(shè)計(jì)橋梁共計(jì)2 聯(lián)：3×30 m+3×30 m，設(shè)計(jì)交角90°，總橋長194 m，橋梁全寬22.1 m（橋面凈寬21 m），原上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁，下部橋臺(tái)采用重力式U 型橋臺(tái)，橋墩采用柱式墩，橋臺(tái)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋墩均采用摩擦樁基礎(chǔ)，該橋立面圖和平面圖如圖4～5 所示。該橋平面位于圓曲線上，圓曲線半徑為204 m（右偏），橋梁縱斷面位于R=4851.9 m 的豎曲線上，墩臺(tái)采用常規(guī)徑向方式布置，最大墩柱高度為18.4 m。

圖4 某西南山區(qū)高速互通A 匝道橋立面圖（原設(shè)計(jì)）

圖5 某西南山區(qū)高速互通A 匝道橋平面圖

2.1 工程背景

受互通區(qū)客觀地形條件限制，該高速公路互通A 匝道橋毗鄰鄉(xiāng)鎮(zhèn)，橋址位于洼地之上，地表水豐富，第5 孔跨越飲用水水渠，環(huán)境敏感度高；橋位區(qū)表層松散堆積體較厚（粉質(zhì)黏土），且下附基巖層為中風(fēng)化泥巖，巖性破碎，遇水軟化，地質(zhì)條件整體較差；同時(shí)，橋位附近房屋較多，橋位區(qū)域道路縱橫交錯(cuò)，第6 孔上跨縣道，交通繁忙，施工期間需進(jìn)行保通設(shè)計(jì)?？梢酝浦?，本橋若采用傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的支架現(xiàn)澆施工方案，會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工周期長，軟土地基支架施工難度大、成本高，同時(shí)施工過程中對(duì)居民正常生活及周邊自然環(huán)境影響和干擾較大。因此，結(jié)合橋位區(qū)域的實(shí)際情況，經(jīng)建設(shè)各方廣泛討論，形成一致意見，擬將該橋的上部結(jié)構(gòu)形式由混凝土箱梁調(diào)整為預(yù)制T 梁，并通過架橋機(jī)進(jìn)行高空架設(shè)施工。

2.2 調(diào)整后方案

基于該匝道路線平縱條件和橋位處實(shí)際情況，結(jié)合本文前述內(nèi)容，擬調(diào)整方案的具體情況如下：將該A 匝道橋的上部結(jié)構(gòu)調(diào)整為6×30 m 預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T 梁，橋面連續(xù)；下部結(jié)構(gòu)在滿足受力需求的前提下，盡量維持原設(shè)計(jì)，調(diào)整后橋梁立面見圖6。

圖6 某西南山區(qū)高速互通A 匝道橋立面圖（調(diào)整后）

本次調(diào)整方案中，該匝道橋梁的橫斷面布置中采用8 片T 梁，梁間濕接縫寬709 mm，標(biāo)準(zhǔn)懸臂長度1015 mm；同時(shí)，在實(shí)際曲線布梁中，最大懸臂長度控制在1200 mm 以內(nèi)；T 梁長度變化范圍在27.98～30.93 m（標(biāo)準(zhǔn)跨徑L=30 m），T 梁斷面布置見圖7。

圖7 某西南山區(qū)高速互通A 匝道橋斷面圖（調(diào)整后）

可見，由于本橋平面半徑較小，8 片T 梁的梁長變化已超過T 梁長度變化的常規(guī)范圍（30 m±0.5 m），因此，設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了專項(xiàng)計(jì)算和補(bǔ)充設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語

預(yù)制T 梁工藝成熟，施工周期短，造價(jià)低，廣泛應(yīng)用于我國公路工程的建設(shè)，但傳統(tǒng)的“以直代曲”設(shè)計(jì)理念，使T 梁的適用范圍很大程度上受到負(fù)彎矩鋼束曲線半徑、梁長變化范圍、邊梁外懸臂變化范圍以及橋面鋪裝厚度等因素的影響。本文總結(jié)了上述因素對(duì)于小半徑T 梁橋適用范圍的具體影響，在相關(guān)理論和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)并簡(jiǎn)化出相關(guān)計(jì)算公式；同時(shí)針對(duì)不同的影響因素，給出了工程中常見的具體調(diào)整應(yīng)對(duì)的措施和建議；進(jìn)而結(jié)合國內(nèi)某山區(qū)高速公路互通匝道的工程實(shí)例，探討了在滿足一定條件的前提下，將小半徑橋梁上部結(jié)構(gòu)由現(xiàn)澆箱梁合理優(yōu)化為預(yù)制T 梁的可行性。