福州洪塘大橋輔航道橋上部結構設計

蔣 維 剛

(上海市城市建設設計研究總院，上海 200000)

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福州洪塘大橋輔航道橋上部結構設計

蔣 維 剛

(上海市城市建設設計研究總院，上海 200000)

結合福州洪塘大橋工程實例，介紹了輔通航孔橋的設計技術標準，并從總體布置、橫縱向設計、結構計算等方面，闡述了該輔航道橋上部結構設計措施，歸納了施工的注意要點，為類似橋梁設計施工提供參考。

輔航道橋，上部結構，懸臂澆筑，荷載，預應力

1 項目概況

洪塘大橋項目位于福州市中心城區，是連接上街片區與倉山區及中心城區的重要越江通道，工程東起妙峰路，與一期工程銜接，西至閩侯上街國賓大道，現狀老橋主橋為下承式三角桁架連續梁，引橋為預制T梁，老橋總長度約1 846 m。

為滿足施工期間維持航運不中斷，需設置輔通航孔作為施工期間的臨時航道。輔通航孔設置于現狀航道處(老橋主孔內)，作為新建主橋主孔規劃航道還未開通前的限制性通航，可以滿足現狀航道等級下的單孔單向通航標準(通航凈寬45 m)。

本次輔通航孔橋為預應力混凝土變截面連續箱梁結構，全長40+60+40=140 m；本橋作為城市景觀橋梁的一部分，考慮盡量減少橋梁施工、運營中對于環境的影響和污染，且考慮到施工期間不影響通航以及通航的安全性，經綜合比選后，確定采用懸臂澆筑的施工方法。

2 采用基礎資料

2.1 主要技術標準

1)設計荷載：城—A級。人群荷載按CJJ 11—2011城市橋梁設計規范中第10.0.5條取用；2)橋面寬：橋寬31.75 m；3)整體升降溫：-45 ℃～+35 ℃；4)梯度溫度：按JTG D60—2015公路橋涵設計通用規范第4.3.12條取值；5)下部結構不均勻沉降：沉降按1 mm考慮，取最不利工況進行組合；6)地震烈度：7度設防(0.1g)；7)橋梁環境類別：Ⅱ類(濱海環境)；8)橋梁結構設計安全等級為一級，結構重要性系數γo=1.1；9)按JTG/T D60—01—2004公路橋梁抗風設計規范計算。地表類別：A類，基本風速(百年一遇)：37.4 m/s，橋面運營設計風速25 m/s，施工階段設計風速按十年一遇25.7 m/s。

2.2 材料

上部結構采用C50混凝土；箱梁配置的預應力鋼束采用15.2高強度低松弛鋼絞線；鋼筋采用HRB400鋼筋；防崩鋼筋采用HPB400。

2.3 荷載組合

組合一：準永久荷載組合；組合二：頻遇荷載組合；組合三：標準值荷載組合。

3 總體布置及構造

3.1 總體布置

輔通航孔橋全長40+60+40=140 m，橋梁總體布置圖見圖1，橋面布置情況：4.0(人行道)+3.5(非機動車道)+0.5(欄桿)+23.25(機動車道)+0.5(防撞護欄)；梁高按二次拋物線變化。在支點處梁高為4.5 m，跨中梁高2.5 m，支座間距11 m。采用封閉箱形斷面，橫向為單箱5室，箱寬31.75 m。

3.2 構造尺寸及節段劃分

主橋上部結構采用預應力混凝土箱形梁，梁高按二次拋物線變化。在支點處梁高為4.5 m，跨中梁高2.5 m，支座間距11 m。采用封閉箱形斷面，橫向為單箱5室，直腹板的形式，箱寬31.75 m；主梁頂板厚度25 cm，底板厚度25 cm～80 cm，腹板厚度45 cm～75 cm；梁體兩側懸臂分別為2.7 m,2.2 m，懸臂板厚為20 cm～60 cm，橋面板為鋼筋混凝土結構。箱梁采用C50混凝土，腹板預應力采用M15.20-15J，頂底板預應力采用M15.20-12J，M15.20-9J，M15.20-9PT的配束形式。

箱梁采用懸臂澆筑方法施工，節段劃分圖見圖2。橋梁一共劃分7個節段，分別為0號塊段和6個懸臂澆筑節段，節段長度分別為3.5 m，4 m。其中0號塊長6 m。1號～2號節段長3.5 m，3號～6號節段長4 m。中跨合龍段長2.0 m。整個邊跨處有8.94 m長的支架現澆段，邊跨合龍段長2.0 m，支點處均設雙支座，支座橫橋向間距為11 m。斷面見圖3，圖4。

4 縱向設計

4.1 縱向預應力布置

預應力的配置和采用的施工方法相結合，由于本次超寬變截面連續箱梁采用懸臂澆筑的施工方法，中跨每節段布置節段腹板束和頂板束，合龍段處布置底板束，邊跨布置連續鋼束。腹板束采用彎起鋼束，根據以往的工程實際經驗，這種方法能最好地控制混凝土梁斜裂縫的出現，使箱梁的主應力變小，提高結構的耐久性。腹板束采用15.2-15，頂底板束分別采用15.2-12和15.2-9。預應力總體配置立面見圖5，圖6。

4.2 縱向結構計算

縱向靜力計算根據橋梁施工流程劃分來考慮結構計算階段，根據荷載組合要求的內容進行應力、主梁極限承載力計算，驗算結構在運營階段應力及整體剛度是否符合規范要求。上部結構按A類預應力結構設計。

總體計算時按實際施工過程模擬，先邊跨合龍，再中跨合龍。有限元計算模型見圖7。

具體計算需包含以下內容：

1)持久狀況下的應力驗算。持久狀況下的應力計算應采用標準值組合進行，按A類預應力結構要求，在最不利荷載作用下允許出現拉應力，但拉應力和壓應力均需要控制在規范允許值內。

2)抗裂性驗算。主梁縱向按A類預應力構件進行設計，抗裂驗算采用作用的頻遇組合，不計汽車沖擊系數，抗裂驗算應滿足JTG D62—2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范第6.3.1條的規定。

3)強度計算。在持久狀況下承載能力極限狀態進行計算時，采用基本組合，且結果應滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》第5章的規定。

4)最大懸臂狀態計算。在最大懸臂狀態時考慮豎向風荷載作用，對整個結構進行最大懸臂狀態安全性驗算。根據JTG D60—01—2004公路橋梁抗風設計規范第4.5條取相應的設計參數和荷載工況，左右不對稱系數取0.5。

5)撓度及預拱度計算。上部結構擾度驗算應參照JTG D62—2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范第6.5條的規定執行，上部結構的豎向最大撓度不應大于1/600L，L為上部結構的計算跨徑，經過計算可知上部結構的擾度滿足規范要求。

4.3 橫向結構計算

4.3.1 橋面板計算

采用封閉箱形斷面，橫向為單箱5室，直腹板的形式，箱寬31.75 m；主梁頂板厚度25 cm，底板厚度25 cm～80 cm，腹板厚度45 cm～75 cm；梁體兩側懸臂分別為2.7 m，2.2 m，橋面板采用鋼筋混凝土結構。橫向配置直徑16 mm的鋼筋。橋面板計算模型見圖8。

經計算橋面板的裂縫滿足規范規定的要求。

4.3.2 橫梁計算

輔通航孔橋的中橫梁寬2.5 m，高4 m，橫梁上設有人孔，端橫梁寬1.5 m，高2.5 m。橫梁按A類預應力構件進行設計，橫梁鋼束規格采用15.2-17。

橫梁計算模型見圖9。

經計算端橫梁和中橫梁都滿足規范規定的抗裂及抗剪要求。

5 施工方法

本橋采用懸臂澆筑施工方法：邊跨部分節段及主墩0號段混凝土梁采用支架現澆的施工方法，其余梁段均采用懸臂澆筑方案。先合龍邊跨，最后合龍中跨。

1)0號和邊跨段澆筑。

在主墩承臺上搭設鋼管支架，在支架上澆筑邊跨現澆段及中跨0號塊，完成0號塊的臨時固接。

2)節段懸臂澆筑。

懸臂澆筑1號～6號塊箱體，張拉各節段相應的腹板束和頂底板預應力鋼束。縱向節段重量最大約為3 200 kN，掛籃的最大重量控制在1 280 kN以下。掛籃每個節段施工均應嚴格控制施工標高。掛籃在投入使用前，須經過壓重試驗，確保掛籃的強度和剛度，減小掛籃的非彈性變形，并應記錄掛籃的彈性變形。

3)合龍段合龍。

中跨合龍前先檢查合龍標高。箱梁合龍段臨時連接可采用勁性骨架形式。在正式施工前，需先對一天中的氣溫變化進行觀測，選擇合適時間，焊接合龍段間的勁性骨架后，一次澆筑混凝土。整個過程在盡量短的時間內完成。混凝土澆筑完并達到設計要求的強度后張拉合龍束。

6 結語

福州洪塘大橋是連接上街片區與倉山區及中心城區的重要越江通道，項目的早日建成對福州當地的交通改善效果顯著，同時也對經濟文化的發展帶來深遠的影響。輔通航孔橋的設計綜合考慮了橋址的通航條件、施工工期、施工風險等因素，本文總結了連續梁橋上部結構的設計過程，懸臂澆筑過程中節段的劃分，預應力的配置以及上部結構的橫向設計，本橋還有橋梁寬度比較寬的結構特點，可以為類似超寬箱梁橋的設計提供一定的借鑒。

[1] 項海帆.高等橋梁結構理論[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2] 范立礎.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2012.

[3] 馮 雙.懸臂澆筑法在大跨預應力混凝土連續梁設計及施工中的應用[J].中國市政工程,2014,10(5):89-94.

On upper structural design of auxiliary shipping channel bridge at Hongtang Bridge of Fuzhou

Jiang Weigang

(ShanghaiUrbanConstructionDesignInstitute,Shanghai200000,China)

Combining with the Hongtang Bridge of Fuzhou, the paper introduces the design technical standards for the auxiliary shipping channel bridge, illustrates its upper structural design measures from the total allocation, horizontal and longitudinal design, and structural calculation, and sums up the construction precautions, so as to provide some reference for similar construction design.

auxiliary shipping channel bridge, upper structure, cantilevel grouting, loading, prestress

1009-6825(2016)18-0172-03

2016-04-15

蔣維剛(1985- )，男，工程師

U442

A