楊樓互通式立交A匝道橋設(shè)計

馬宇光

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

商菏高速公路南起商亳高速公路商丘北互通處，向北在雙八和劉口鎮(zhèn)之間跨越國道105線、黃河故道大堤，至豫、魯交界處的黃河故道，路線全長12.0331km。本合同段共有互通式立交橋2座，中橋2座，分離式立交橋1座，蓋板涵4座，蓋板通道4座，圓管涵4座，另外有線外涵9座。

本合同現(xiàn)澆梁部分包括楊樓互通式立交橋A匝道和坡劉分離式立交橋兩大部分。其中楊樓互通立交A匝道橋上跨商荷高速公路主線，全橋長301.54 m，起點樁號為K0+000.39，終點樁號為K0+301.93。全橋共分為四聯(lián)，跨徑組成為（3×25）m+（3×27.5+12）m+（25+32+25）m+（2×25）m。其平面布置如圖1所示。

2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 縱斷面設(shè)計

本橋設(shè)計起點為K0+000.39，設(shè)計高程為11.870m；設(shè)計終點為K0+301.89，設(shè)計高程為6.309m。設(shè)計起坡接機(jī)場路主線上縱坡為0.3%，下縱坡為-0.5%和-4.95%，變坡點設(shè)R=5000m和R=1500m的凸曲線。

圖1 互通立交平面布置圖

2.2 橫斷面設(shè)計

該匝道橋共分四聯(lián)，均為整幅布置。其中第一、二聯(lián)（0～7#墩）橋面為變寬，橋面寬9.0～20.061m，第三、四聯(lián)（7～12#墩）橋面為等寬9.0m。

第三聯(lián)因需滿足凈空要求，采用鋼箱梁，為單箱雙室斜腹板箱形截面。箱梁梁高1.3m、高跨比為1/24.615，頂板寬8.8m，兩翼懸臂長1.42m，箱梁底寬4.54m。采用正交異性板全焊接結(jié)構(gòu)，頂板厚14mm，底板厚16mm，腹板厚16mm。頂?shù)装逶O(shè)置T形加勁肋，頂板加勁肋高156mm、間距為300mm，底板加勁肋高120mm、間距為300mm。以縱向間距1000～1500mm設(shè)置箱梁橫向框架，頂板橫向加勁肋高度為500mm，腹板橫向加勁肋高度為350mm，底板橫向加勁肋高度為200mm。支點處設(shè)置橫隔板。

第一、二、四聯(lián)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。其中第四聯(lián)箱梁頂板寬8.8m，懸臂外側(cè)各設(shè)置10cm后澆段。兩翼懸臂長2.6m，外腹板采用弧形，半徑為2.409m，箱梁底寬3.6m。支點范圍箱梁頂板厚0.45m，底板厚0.42m，腹板厚0.7m；跨中范圍箱梁頂板厚0.25m，底板厚0.22m，腹板厚0.40m。兩翼懸臂長2.6m，懸臂板端部為0.2m。第一、二聯(lián)箱梁變寬段變寬方式需保證懸臂尺寸不變，箱室數(shù)應(yīng)根據(jù)橋面寬度確定，為單箱單室～單箱三室，箱室寬度采用漸變方式。

2.3 預(yù)應(yīng)力設(shè)計

全橋進(jìn)行了縱向和橫向結(jié)構(gòu)計算，計算中采用平面桿系有限元程序，部分箱梁采用梁格法進(jìn)行檢算。經(jīng)計算，箱梁縱向均施加預(yù)應(yīng)力，橫向及豎向不施加預(yù)應(yīng)力，第2聯(lián)5#、6#墩對應(yīng)的橫梁橫向施加預(yù)應(yīng)力，其余橫梁橫向均不施加預(yù)應(yīng)力。

縱向預(yù)應(yīng)力體系采用Φs15.2高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鋼束按其位置分為①頂板束；②腹板束；③底板束。腹板束為15或12-Φs15.2鋼絞線，采用內(nèi)徑Φ90mm塑料波紋管成孔。頂、底板束為9或12-Φs15.2鋼絞線，采用內(nèi)徑Φ75mm、Φ90mm的塑料波紋管成孔，均采用真空灌漿工藝及相應(yīng)輔助措施。

橫梁預(yù)應(yīng)力體系采用Φs15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，預(yù)應(yīng)力束為15-Φs15.2鋼絞線，采用內(nèi)徑Φ 90mm塑料波紋管成孔，均采用真空灌漿工藝及相應(yīng)輔助措施。

2.4 結(jié)構(gòu)計算

主梁主要為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，本節(jié)以第一聯(lián)主梁為例，有限元計算時將結(jié)構(gòu)離散為32個梁單元（見圖2）。材料類型共有1種，截面類型共有3種。

圖2 結(jié)構(gòu)有限元模型

2.4.1 施工階段

根據(jù)施工流程，主梁施工劃分為3個施工階段（見表1）

表1 施工階段詳細(xì)信息

施工階段計算結(jié)果見圖3～圖6。

圖3 第1施工階段截面上緣應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖4 第1施工階段截面下緣應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖5 第3施工階段截面上緣應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖6 第3施工階段截面下緣應(yīng)力圖（單位：MPa）

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62—2004）第7.2.8條規(guī)定，對于預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，在預(yù)應(yīng)力和構(gòu)件自重等施工荷載作用下混凝土正截面的正應(yīng)力要求如下：

從圖3～圖6可知，施工階段最大壓應(yīng)力為13.756MPa，未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范短暫狀況應(yīng)力驗算要求。

2.4.2 使用階段

根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合工程實際，本計算考慮了4組基礎(chǔ)變位、2組溫度作用，作用組合2組。

（1）基礎(chǔ)變位作用

基礎(chǔ)變位參數(shù)如表2所示。

表2 基礎(chǔ)變位參數(shù)表

（2）溫度作用

混凝土線性膨脹系數(shù)取0.000001，考慮以下溫度變化模式。

第1組正溫度作用為：結(jié)構(gòu)梯度溫度效應(yīng)。從1#單元到32#單元，上緣溫度為14℃，下緣溫度為5.5℃。

第2組負(fù)溫度作用為：結(jié)構(gòu)梯度溫度效應(yīng)。從1#單元到32#單元，上緣溫度為-7℃，下緣溫度為-2.75℃。

（3）作用組合

作用組合內(nèi)容及類型見表3。

表3 作用組合表

使用階段計算結(jié)果如圖7～圖10所示。

圖7 第1組合截面上緣應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖8 第1組合截面下緣應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖9 第2組合截面上緣應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖10 第2組合截面下緣應(yīng)力圖（單位：MPa）

使用階段標(biāo)準(zhǔn)值組合混凝土正截面應(yīng)力如表4所示。

表4 使用階段標(biāo)準(zhǔn)值組合混凝土正截面應(yīng)力表（單位：MPa）

《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62—2004）第7.1.5條規(guī)定，對于未開裂的預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，其使用階段正截面混凝土壓應(yīng)力應(yīng)滿足：

σkc+σpt≤0.5fck=0.5×32.4=16.2(MPa)

由圖7～圖10可知，使用階段標(biāo)準(zhǔn)值組合時混凝土正截面壓應(yīng)力最大值為12.879 MPa，滿足規(guī)范要求。

3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 橋墩及基礎(chǔ)設(shè)計

墩柱采用獨柱，造型在原則上盡量與主線高架橋梁墩柱風(fēng)格一致，外形為寶瓶墩。梁寬標(biāo)準(zhǔn)段墩柱截面為矩形，墩底尺寸為2.2m×1.2m，橫橋向墩柱在頂部3.5m范圍設(shè)置圓弧外傾，墩柱外側(cè)半徑為9.1m，墩高小于3.5m的墩柱直線過渡，墩頂尺寸漸變?yōu)?.6×1.2m。墩柱截面四角設(shè)置R=0.2m抹圓，并在墩柱正面設(shè)置凹槽。變寬段采用墩柱拉開以適應(yīng)橋梁寬度和受力變化。

橋墩基礎(chǔ)均采用Φ1.0m群樁基礎(chǔ)，每個承臺下設(shè)4或6根鉆孔灌注樁，樁底進(jìn)入圓礫層，承臺厚度均為2.0m，平面尺寸為4.7×4.7m或4.7×7.4m。

3.2 橋臺及基礎(chǔ)設(shè)計

橋臺采用輕型橋臺，橫橋向背墻與臺帽寬度均為9m，臺帽高1.4m，寬1.6m。

橋臺基礎(chǔ)采用單排Φ1.0m樁基礎(chǔ)，設(shè)置2根鉆孔灌注樁，樁底進(jìn)入圓礫層。

墩臺身及樁基礎(chǔ)等按極限狀態(tài)法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和配筋。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)采用M法設(shè)計計算。

4 附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 支座和伸縮縫

采用QZ球形鋼支座，其材料和力學(xué)性能均應(yīng)符合現(xiàn)行國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

橋梁伸縮縫采用全包式毛勒伸縮縫，根據(jù)結(jié)構(gòu)變形長度選擇80型及160型。伸縮裝置開槽處澆筑C50鋼纖維混凝土，每立方混凝土加入50 kg銑削型鋼纖維。

4.2 橋面鋪裝與護(hù)欄

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁車行道橋面鋪裝基層為8cm防水混凝土，鋼箱梁車行道橋面鋪裝基層為11cm鋼纖維混凝土，面層均為9cm瀝青。混凝土箱梁在梁體上澆筑C40防水纖維混凝土，鋼箱梁在梁體上澆筑C40鋼纖維混凝土，內(nèi)鋪間距10cm×10cm的直徑d=11mm的CRB550冷軋帶肋鋼筋焊接網(wǎng)片；混凝土基層頂面噴涂DPS—3混凝土防腐保護(hù)劑（0.5kg/m2）；其上鋪設(shè)5cm中粒式改性瀝青混凝土（AC—20C型）、改性黏層瀝青（0.5L/m2）、4cm改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA—13）。底層鋼纖維混凝土施工前在鋼梁頂焊接M10×80mm剪力栓釘，縱橫間距10cm。

鋼箱梁橋面鋪裝鋼纖維混凝土摻入70kg/m3銑削型鋼纖維，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋面鋪裝防水纖維混凝土，土內(nèi)摻1kg/m3水泥混凝土抗裂增強(qiáng)纖維——聚丙烯腈（PAN）纖維，抗?jié)B等級應(yīng)達(dá)到P8。

橋面兩側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土防撞護(hù)欄，混凝土部分護(hù)欄高142cm，混凝土底寬50cm，防撞護(hù)欄防撞等級為SA級。

5 施工注意事項

（1）箱梁采用支架現(xiàn)場澆筑施工，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁除為抵消支架彈性變形而設(shè)置的預(yù)拱外，支架不另設(shè)預(yù)拱。

（2）混凝土強(qiáng)度和彈性模量不小于設(shè)計值的90%及養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到7d以上方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。縱向預(yù)應(yīng)力鋼束張拉順序為先張拉腹板束，再張拉底板束，最后張拉頂板束，左右對稱張拉。橫梁預(yù)應(yīng)力束采用兩端張拉。

（3）為防止混凝土裂縫和邊棱破損，并滿足局部強(qiáng)度要求，混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa時方可拆除側(cè)模。支架在預(yù)應(yīng)力張拉后方可拆除，卸架時應(yīng)先卸除懸臂部分，再從跨中向兩邊卸架。

（4）鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工前需對各部坐標(biāo)、樁號、標(biāo)高及梁長等進(jìn)行仔細(xì)復(fù)核，鉆孔的傾斜率不得大于1/100，樁頂在順橋向和橫橋向偏差均應(yīng)不超過5cm。樁基礎(chǔ)成孔后必須嚴(yán)格清孔，樁底沉淀厚度應(yīng)小于10cm。

6 結(jié)語

楊樓互通式立交橋A匝道橋完全順應(yīng)匝道線形要素而做，本文詳細(xì)介紹了各結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，同時對第二聯(lián)預(yù)應(yīng)力箱梁施工、使用階段各截面的內(nèi)力、應(yīng)力進(jìn)行了計算分析，其結(jié)果均滿足規(guī)范要求。該橋外形簡潔、流暢、輕巧、美觀，與環(huán)境協(xié)調(diào)，多數(shù)橋墩為獨柱，兼具了彎、坡、斜、高的特點。

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