梅溪湖大橋技術特點

萬 送 余永強

（中國市政工程西北設計研究院有限公司 武漢 430056）

1 工程概況

為打造長株潭“兩型社會”綜合配套改革試驗重要載體，建設長沙大河西未來的城市中心，長沙市決定對梅溪湖片區進行整體開發建設。雷鋒西大道梅溪湖大橋位于梅溪湖片區東端，跨越梅溪湖，是片區重點建設項目和景觀節點之一。

大橋全長432m，雙向6車道，橋寬29.5m，橋型布置為：3×30m（等高度預應力混凝土連續梁橋）＋（73m＋106m＋73m）＋3×30m（等高度預應力混凝土連續梁橋）。

主橋為73m＋106m＋73m變高度連續剛構，主墩高7.96m，相當于主跨跨徑的1／13.25（大跨徑連續剛構一般應大于1／10），主橋屬矮墩連續剛構［1］。為使主墩及基礎在最不利荷載作用下具有良好的結構安全性和行車舒適性，采取了墩身變厚度、墩身切縫、預頂推梁體、墩身設豎向預應力等技術措施，有效地改善了主墩及基礎受力狀態，使結構具有一定的安全儲備，并滿足景觀需求。

根據總體景觀要求，在箱梁腹板處設置0.5 m×1m的大倒角，豎向預應力采用U形布置［2］，每根預應力束貫穿底板和兩側腹板，同時兼顧考慮豎向預應力和底板橫向受力問題［3］。

2 主要技術標準

（1）道路等級。城市主干路。

（2）設計車速。50km／h。

（3）設計荷載。城－A級。

（4）設計基準期。100年。

（5）結構設計安全等級。一級。

（6）抗震設防標準。地震基本烈度VI度，地震動峰值加速度0.05g，抗震設防等級7級。

3 主橋結構設計

3.1 上部結構

主橋全寬29.5m，左右分幅布置，每幅橋寬14.64m，2幅橋間設2cm寬通縫。

主梁在4，5號墩處與主墩固結，梁體橫斷面為單箱單室截面（見圖1），中支點處梁高6.65m，跨中和邊支點處梁高2.65m，梁底采用復合曲線過渡。

圖1 梅溪湖大橋主橋橫斷面設計圖（單位：cm）

主梁采用C55混凝土，縱、橫、豎三向預應力束體系。其中豎向預應力布置在箱梁腹板及底板上，形狀成U形，采用單股無粘結預應力束。

梁體采用節段懸臂澆注施工：0號節段長12 m，1～4號節段長3.5m，5～12號節段長4m。邊跨現澆段長18.9m，合龍段長2m。邊跨現澆段采用支架現澆，0號節段采用吊架施工，其余節段采用掛籃對稱懸澆施工。

3.2 下部結構及基礎

主橋4，5號墩與主梁固接，主墩厚度采用上大下小按10∶1斜率線性變化，再通過圓弧與主梁順接，墩高7.97m，墩底平面尺寸7.64m×2.14m，墩頂平面尺寸7.64m×6.62m，墩身中間設置2cm橫向通縫，形成雙壁墩。

主墩承臺為鋼筋混凝土結構，厚3m，每個橋墩承臺下設6根直徑1.8m鉆孔灌注樁，樁底進入中風化板巖。

4 矮墩連續剛構的技術措施

主橋為矮墩連續剛構，由于主墩較矮，剛度較大，成橋后在收縮、徐變和降溫作用下，主墩內產生較大彎矩，為改善主墩不利受力狀態，采取了墩身變厚度、墩身切縫、中跨合龍前對頂梁體、墩身設豎向預應力等技術措施，使結構具有一定的安全儲備。

4.1 墩身采用變厚度

配合景觀設計，主墩采用上大下小縱向變厚度橋墩形式。對比等厚度橋墩設計，采用變厚度橋墩布置可減小橋墩剛度，減小墩身彎矩，在滿足設計規范條件下，滿足橋梁景觀需求。外、內肢墩底內力及應力見表1、表2。

表1 外肢墩底內力及應力

表2 內肢墩底內力及應力

由表1、表2可見，在最不利荷載組合下，當主墩由等截面改成上大下小變截面時，外肢墩底截面彎矩由26 458.2kN·m降低至16 712.4 kN·m，降低36.8%，橋墩采用變截面可在滿足結構安全條件下，滿足橋梁景觀需求。

4.2 墩身切縫

受地形等建設條件控制，主墩墩高無法進一步增高，為減少橋墩剛度，可采用雙薄壁墩形式，但本橋受總體景觀要求，主墩外型為整體形式，為此，在橋墩內設置豎向通縫，類似于雙薄壁墩，可有效改善橋墩受力。雙壁與整體橋墩內力對比見表3。

表3 雙壁與整體橋墩內力對比

由表3可見，當主墩截面切縫改雙壁后，最不利荷載組合下，墩底截面彎矩由37 935.5kN·m降低至16 712.4kN·m，降低56.0%，可有效改善橋墩受力狀況。

4.3 中跨合龍前對頂梁體

針對矮墩連續剛構主墩受力特點，在連續剛構橋中跨合龍前，由中跨梁體施加向邊跨方向的水平頂力，可部分抵消由結構自重、混凝土收縮、徐變及降溫溫差引起的主墩水平位移和內力，使結構在施工和使用階段均處于安全合理的范圍。

主橋由于橋墩高度小，橋墩的抗推剛度大，相對而言頂推力比較大。在水平頂推力作用下的施工階段，墩底會產生較大彎矩，甚至可能使墩底靠中跨側出現拉應力，使墩底截面開裂。因此，首先要保證對頂施工時橋梁的安全。其次，應重點分析頂推力對于使用階段橋墩結構的安全性影響，確保結構的安全性。

分析不施加頂推力和分別施加4 000，5 000和6 000kN時內、外肢墩底截面在施工階段、成橋狀態和運營階段的應力狀況。頂推分析結果見表4。

表4 頂推力與相應橋墩應力

由表4可見，當不施加頂推力時，成橋狀態外肢墩底邊跨側出現1.6MPa拉應力，在運營階段混凝土最大壓應力達12.7MPa，最大拉應力達6.9MPa，因此，需要采取一定技術措施以改善橋墩受力狀態。當頂推力為5 000kN時，成橋狀態外肢墩底邊跨側未出現拉應力，壓應力為1.4 MPa，在運營階段混凝土最大壓應力為10.5 MPa，最大拉應力為3.8MPa，滿足規范要求。

經綜合考慮施工難度、頂推操作空間、預應力施工設備等因素后，頂推力選定為5 000kN，即每個腹板施加2 500kN頂推力。在頂推力施加過程中，采用頂推力和墩頂水平位移雙控，同時觀測梁體梁端和墩頂等處水平位移和豎向位移，并監控各控制點應力狀況等，頂推完成后進行鎖定［4］。

4.4 墩身設豎向預應力

由于外側橋墩軸力較小，橋墩未設豎向預應力時，在施工和使用階段均出現拉應力，因此，在墩柱內設置豎向預應力，非張拉端錨在承臺內，在墩頂箱梁倒角上張拉。由于豎向預應力的設置，增大了大偏心受壓構件的壓力，極大改善了橋墩的受力狀況，根據計算，豎向預應力可為橋墩提供約1.5MPa壓應力，設置豎向預應力后，在成橋狀態內、外肢橋墩墩底均未出現拉應力，最小壓應力為1.4MPa，見表4。

4.5 其他措施

（1）箱梁布置較多腹板下彎鋼束。本橋箱梁懸澆段頂板縱向預應力下彎束占全部懸臂束的55%，可減小箱梁的主拉應力，可有效控制箱梁下撓引起的箱梁開裂。

（2）設計文件中要求合龍段混凝土澆筑選擇在氣溫變化幅度較小且溫度較低的時間段完成，較低的合龍溫度，可減小后期整體降溫時的溫差，進而減少降溫工況下橋墩內力，改善橋墩受力狀態。

5 大倒角箱梁的技術措施

梅溪湖大橋主橋箱梁腹板設置大倒角后，箱梁腹板豎向直線段將更短，用預應力粗鋼筋作為斜截面抗裂主筋使用時不能覆蓋腹板全范圍。考慮到主橋箱梁底板布置的縱向合龍束較多，徑向力較大，為兼顧腹板斜截面抗剪和底板抵抗徑向力，將每根預應力束貫穿兩側腹板和底板，豎向預應力采用U形布置［5］，其布置見圖2、圖3。

圖2 主梁中支點處預應力布置圖

圖3 主梁跨中處預應力布置圖

本項目對采用粗鋼筋和無粘結預應力進行比較可見：豎向預應力粗鋼筋常因管道細長，間隙狹小，壓漿孔和出漿孔設置繁瑣，且易損壞或堵塞，造成壓漿困難，甚至不能密實，影響預應力使用效果。本橋受箱梁外形倒角影響，腹板直線段更短，用預應力粗鋼筋作為斜截面抗裂主筋使用時不能覆蓋腹板全范圍。同時無粘結預應力技術具有以下特點：

（1）不需要預留孔道和后期穿束，同時省去了壓漿工序，施工簡便，勞動效率高。

（2）摩擦阻力小，預應力損失小。

（3）節省制孔和灌漿材料與設備。

經綜合比較，無粘結預應力技術是一項省工、省料、省設備、縮短工期的具有良好性能和實踐價值的技術。

6 結語

對于矮墩連續剛構，可通過墩身采用變厚度、墩身切縫、中跨合龍前對頂梁體和墩身設豎向預應力等技術措施改善其受力狀況。同時，U型無粘結豎向預應力在箱梁上的運用，可以發揮無粘結預應力省工、省料、省設備、縮短工期的優點，并解決箱梁斜截面抗裂性和底板徑向力問題。本橋已于2012年9月順利建成通車。

［1］ 陳福壽.矮墩連續剛構橋的實現［J］.公路，2004（6）：84－86.

［2］ 楊 勝，鐘新谷.鋼絞線和精軋螺紋鋼筋的豎向預應力對比研究［J］.西部交通科技，2008（6）：1－4.

［3］ JGJ／T 92－93無粘結預應力混凝土結構技術規程［S］.北京：中國計劃出版社，1993.

［4］ 劉沐宇，張利華.高強輕集料混凝土連續剛構橋應力分析［J］.武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2009（5）：944－947.

［5］ 何雨微，陳光新，劉 忠.無粘結豎向預應力在大跨連續梁橋上的應用與研究［J］.重慶交通學院學報，2001（3）：19－22.