貴陽市黔靈大橋設計特點

陳金剛

（中國市政工程西南設計研究總院，四川 成都 610081）

1.工程概述

貴陽市黔靈大橋是連接貴陽老城區至金陽新區的貴金線上的一座大跨連續剛構橋。主橋上部構造為110+2x190+110m四跨預應力混凝土連續剛構，全橋分左、右幅結構各自獨立，主橋橋墩最高59m。該橋正交跨越黔靈公園內小關水庫，橋位段河流最高洪水位1107.6m，河水位最大變幅3m，多年平均流量13.8m3/s。橋位下伏基巖為弱風化鈣質泥巖。橋位區屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫為15℃，極端最低氣溫為-7.8℃。

2.主要技術標準

⑴道路等級及計算行車速度：城市主干路I級，計算行車速度60km/h。

⑵設計荷載：

機動車道：采用公路-Ⅰ級汽車荷載；

人群荷載：5.0kN/m均布荷載或1.5kN集中荷載。

⑶橋寬：2×（0.25m人行道欄桿+0.75m檢修道+12m機動車道+0.5m防撞欄桿），橋面寬度為27.5m。

⑷地震烈度：區域震動反應譜特征周期為0.35S，地震動峰值加速度小于0.05g。

⑸設計基準期100年，設計安全等級一級。重要性系數1.1，環境類別I類。

⑹設計最大風力：由于橋位處無實測值，設計按規范取值。

⑺設計溫度：設計合攏溫度為15±3℃。

3.總體設計

橋位處于貴陽市區，具備相對較好的運輸條件，橋型方案設計過程中，力求體現技術先進可靠、經濟合理適度、施工方便可行、使用安全耐久、人文景觀協調的原則，并結合初步設計專家評審意見，主橋選擇連續剛構橋方案，橋跨布置以施工安全可靠為中心；引橋采用一次落架的預應力混凝土連續箱梁橋方案。

4.主橋結構設計

4.1 箱梁構造設計

上部結構為預應力混凝土連續剛構箱梁，箱梁根部梁高11.25m，跨中梁高4m，頂板厚25cm，底板厚從跨中至根部由32cm變化為150cm，腹板從跨中至根部分3段采用50，70，120cm三種厚度，箱梁高度和底板厚度按1.5次拋物線變化。箱梁典型斷面見圖1。箱梁頂板橫向寬13.5m，箱底寬7.0m，翼緣懸臂長3.25m。箱梁0號節段長15m（包括墩兩側各外伸2m），每個懸澆"T"縱向對稱劃分為21個節段，梁段數及梁段長從根部至跨中分別為6×3.5m、5×4.0m、10×4.5m，節段懸澆總長88m。懸澆階段最大控制重量2627.3kN。邊中跨合攏段長均為3m，邊跨現澆段長13.34m。0號塊橫隔板底面厚度250厘米、頂面厚度150厘米。另中跨跨中設置一道橫隔板。并且在橫隔板上均設有人洞。為保持箱內干燥，在箱梁根部區段底板上設有排水孔。箱梁采用C55混凝土。

圖1 箱梁典型斷面構造圖（單位：cm）

4.2 箱梁預應力體系

結合結構分析和工程經驗，設計人員對主橋上部結構按全預應力混凝土構件設計，采用三向預應力。W1～W20(W1'～W20')及T1～T21(T2'～T18')及PT為單T懸澆段頂板束及預留管道（每個T相同），ST1～ST2為邊跨現澆段頂板束，CT為中跨合攏段頂板束。SB1～SB7及PSB為邊跨底板束及預留束，CB1～CB13為中跨底板束，預應力束布置圖見圖2。

圖2 縱向預應力束布置立面圖（單位：cm）

縱向預應力鋼束共設置了腹板束、頂板束、中跨底板束、邊跨底板束、合攏束和預備束共六種，均采用兩端張拉，腹板束、頂板束和預備束采用φS15.2-19和φS15.2-15，相應錨具采用M15-19型和M15-15型；中跨底板束和合攏束分別采用φS15.2-22和φS15.2-6，相應錨具采用M15-22型和M15-6型。邊跨底板束采用φS15.2-15和φS15.2-19，相應錨具采用M15-15型和M15-19型。預備束孔位預留，鋼束根據施工情況予以設置。

頂板橫向預應力束采用φS15.2-2，逐根張拉，設計張拉噸位195.3kN，采用一端張拉方式，相應的預應力錨具張拉端和錨固端分別為M15B-2，沿橋軸線50厘米左右間距布置，張拉端和錨固端交叉設置。

0號梁段橫隔板、邊跨端部橫隔板橫向預應力筋采用JL32，設計張拉噸位673.2kN，采用一端張拉方式，相應錨具為YGM-32。

豎向預應力鋼筋長度大于9米的采用φS15.2-2，設計張拉噸位391.1kN，相應錨具采用M15B-2型（張拉端）和M15P-2（錨固端），預應力鋼筋長度小于9米的采用JLl32精軋螺紋粗鋼筋，設計張拉噸位673.2kN。相應錨具為YGM-32，豎向預應力鋼筋采用梁頂一端張拉方式。

4.3 下部構造

主橋橋墩墩身采用兩端剛性固接的鋼筋混凝土雙柱式柔性墩，縱向由兩片薄壁墩組成，墩間設置橫系梁，每片薄壁墩的下段為矩形實心截面，上段為矩形空心截面，橫橋向寬7.0m，順橋向厚2.8m，兩片墩間凈距為5.4m，墩身外側距離11.0m。主引橋間過渡墩為鋼筋混凝土墻式墩、樁基礎，承臺厚5m，每個承臺下布置3x4=12根樁，樁徑2.3m，嵌入微風化基巖15m以上。主橋墩身采用C50混凝土，過渡墩墩身采用C30混凝土。

5.結構計算

5.1 主橋縱向受力計算

主橋施工及運營階段的縱向受力計算采用《橋梁博士V3.03》主算，《公路橋梁結構設計系統GQJS V9.2》校核計算，動力及抗震分析采用ANSYS軟件。施工流程為：下部結構施工完成后，在墩旁托架上澆筑0號塊，其余塊件（除合攏段及邊跨現澆段外）均以掛籃懸臂對稱澆筑，并張拉各階段預應力鋼束，直至最大懸臂；然后按先邊跨后中跨的順序依次合攏；最后進行橋面系施工。按此流程逐階段計算結構各截面內力、應力和位移，每個懸臂的施工包括掛籃就位、梁段澆筑、張拉預應力及掛籃前移等4個子階段。成橋運營計算包括恒載、活載、支點沉降及溫度等工況，按新規范進行最不利荷載組合。

計算參數：合攏溫度為15℃，體系升溫25℃，體系降溫20℃，箱梁頂板升溫15℃及頂板降溫8.8℃。不均勻沉降按10mm計算。

計算結果：在最不利荷載組合下，箱梁上緣最小應力為壓應力1.34MPa，箱梁上緣最大應力為壓應力17.5MPa；箱梁下緣最小應力為壓應力1.71MPa，箱梁下緣最大應力為壓應力14.6MPa。計算表明，主梁截面抗裂驗算、抗壓驗算、承載能力強度驗算等均滿足規范要求。

5.2 主橋橫向計算

箱梁橫向按框架計算，分別取根部、1/4L以及跨中斷面建立計算模型。活載按最不利情況分別在頂板跨中和挑臂根部布載計算內力。經計算，橫向預應力采用Φj15.24mm的預應力鋼絞線，BM15-3扁錨體系，設計單根張拉噸位169kN，采用單端張拉方式。

6.設計特點

從上世紀七十年代開始，連續剛構橋在我國橋梁界得到推廣，跨徑越來越大，結構體系構造措施日趨合理完善，本橋的主跨跨徑和橋梁長度已在國內同行業中處于前列。從已建連續剛構橋使用運營情況來看，病害不時出現，主要是主跨跨中的下撓，以及存在一些裂縫，尤以斜裂縫為普遍。雖然不至于影響結構正常使用，但裂縫的長期存在必將影響結構的耐久性能。我院設計人員根據業內資料分析，在設計中采取了相應對策：

⑴適當延長箱梁節段施工周期以減小混凝土后期徐變。規定所有預應力施加都應該在箱梁混凝土養護齡期不小于5天進行，每個節段的完整施工周期為10天。

⑵增大跨中預拱度的設置。影響梁的撓度因素較多，且有不確定性及長期性，因此收縮、徐變完成按10年考慮。

⑶正確布置預應力束，尤其是彎起束以確保有效的預應力。本橋設計中從根部到接近跨中都設置了彎起預應力束，且針對布置下彎束和不布置下彎束2種情況進行了對比計算，計算表明布置了下彎束后可有效減小截面的主拉應力，提高箱梁斜截面的抗剪承載力。

⑷中跨跨中設置了1道厚0.6m的橫隔板，能有效抵抗底板縱向預應力束產生的徑向力，避免跨中底板產生縱向裂縫。

貴陽市黔靈大橋是目前國內市政工程中較大的特大型連續剛構橋梁。通過先進的計算分析和有關的課題研究，精心設計，努力創新，使該橋上下部結構尺寸合理、比例協調，全橋氣勢宏大，莊重沉穩又不失輕盈美觀，符合安全、經濟、實用、美觀的原則，現已竣工通車。相信本橋的成功建設經驗，將對我國國內同類橋梁建設提供有益參考。

[1]金大勇；陳金剛；鄧關彩.預應力混凝土連續剛構橋設計特點，城市道橋與防洪，2006.5.

[2]樓莊鴻.對預應力混凝土連續剛構幾個問題的認識[A].中國公路學會橋梁和結構工程分會2004全國橋梁學術會議論文集[C].

[3]JTG D60-2004.公路橋涵設計通用規范[S].

[4]JTG D62-2004.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].