主線高架橋預應力混凝土預制箱梁標準化設計方案

丁衛鋒，賀軼靜

(西安中交土木科技有限公司，陜西 西安 710075)

1 工程概況

龍州河特大橋工程位于定安縣龍州鎮境內，橋梁上部結構采用預應力混凝土簡支橋面連續小箱梁。其橋墩為柱式墩，橋臺為肋板臺，橋臺及過渡墩處設置D80型伸縮縫。橋跨布置為2×(5×25)+4×(4×30)+7×(4×25)+2×(5×25)m，橋梁全長1 685.6 m(含耳墻)。

2 標準化設計思路及要點

2.1 思 路

本項目設計方案確定前確定了工廠化、預制化、標準化、大型化的建設目標，采取的結構形式不僅應符合相關的技術規范，更應當便于標準化、模數化、機械化的施工作業，同時考慮其經濟適用。

2.2 要 點

1)平面位于緩和曲線上的橋梁，進行上部箱梁的預制時應根據主梁參數表所規定的尺寸預制，并不斷調整梁長、鋼筋確保其滿足預制尺寸。邊跨伸縮縫端應嚴格按照設計圖紙中所要求的角度進行預制，其余部位則根據標準圖所要求的角度預制。在箱梁預制施工時，應當按照其有關尺寸對相應的構造及鋼筋進行調整，使之與預制構造尺寸相符[1]。

設計中，要想發揮預制結構橋梁在施工時方便快捷和節省造價的優勢，就要求每片梁在預制時盡量預制成標準等梁長。在等角度布置時，由曲線引起的梁長變化可通過等梁長法和變梁長法兩種方法解決。

在設計時應盡量采用等梁長法，雖然變梁長法設計簡單，但會造成施工難度較大等問題。梁長變化值增多，施工時需頻繁調整模板，且對長度變化的預制梁要逐一編號，場地周轉不便，所以應以等梁長法設計為主，其次考慮變梁長法。此外，徑向布孔的預制梁橋需考慮弦弧差對橋梁外邊緣線線形的影響，當弦弧差<10 cm時，一般可通過調整外側護欄的線形來擬合橋梁外邊緣線的曲線線形；當弦弧差>10 cm時，則必須通過調整邊梁懸臂以適應曲線。

2)位于平曲線段上的橋梁，在設計時布梁中心線為標準跨徑，同時理論跨徑線采取徑向布置。通過不斷調整預制梁長解決所產生的內、外弧差[2]。梁長變化段應盡可能布置在兩等分跨中中橫隔梁的兩側，而預應力鋼束變化段則設計于跨中直線段范圍內。在施工過程中，墩頂現澆連續段鋼筋可根據通用標準中的相關布置標準進行設計布置，并通過現澆連續段的具體尺寸適當調整鋼筋長度。邊梁外懸臂需要結合路線的平面資料進行合理放樣，將每片梁8等分然后選擇合適的點嚴格控制圓弧線變化。

3)預應力混凝土應先進行簡支后連續裝配式箱梁上部結構的施工，而連續箱梁通常為多箱單獨預制的型式，先進行簡支安裝，后實施現澆連續接頭的結構體系。為了增強橋梁在橫向上的整體性，一方面要在端頭處設置橫隔梁，同時在跨間設置橫隔板，并確保橫隔板與主梁保持垂直相交。為方便模板的制作并保證模板的外形美觀，主梁在縱向上的外輪廓尺寸固定，橋梁曲線線形則根據梁長及邊梁懸臂進行不斷的調整而形成。

4)橋臺背墻線應當與梁端線保持平行，主梁預制為直線梁，同時相鄰跨預制為折線梁，通過適當調節邊梁懸臂端的尺寸或者護欄相應位置的途徑逐漸形成橋面曲線，曲線橋施工時是根據預制梁長以及墩頂現澆段長度而實現的，在施工過程中應根據設計圖紙所要求的梁長參數實施支模的澆筑作業，并進行相應的編號，有序存放管理。預制箱梁頂板橫坡是利用旋轉梁體實現的，路線縱坡、路拱橫坡則是利用不等高的支座墊石結合梁底鋼板而實現，對于超高過渡段橫坡應根據逐跨調整旋轉梁體角度的方式，并利用現澆面板以及鋪裝混凝土對該段橋面進行調平處理。

5)橋面橫坡通過預制箱梁頂、墩臺蓋梁及支座墊石相互結合而形成，其中箱梁頂板、橋面板應該沿著坡面進行澆筑，而用于箱梁底面支座的鋼板在預埋時應呈水平狀態。由于橋梁縱橫綜合坡會在一定程度上影響施工效果，因此應確定預埋鋼板的中心外露值，若不符合相關的調平標準，則應在梁底增設合適的楔形塊確保鋼板保持水平。預制箱梁鋼絞線的錨具均布置在梁端，為達到這一要求需要在其內部進行一定程度的加厚，而腹板內預應力鋼束不僅存在豎向彎曲，還在主梁加厚段存在一定的平面彎曲。

3 標準化設計具體方案

3.1 小箱梁上部結構設計

本橋上部組合箱梁制作時根據標準圖進行，先后鋪設10 cm瀝青混凝土、防水層以及10cm C40整體化混凝土現澆層形成穩定橋面。橋梁上部結構為直梁的型式，平面部分利用調整梁長的方式適應相應曲線。施工過程應當根據各段的橋型布置、梁長設計以及相關的技術參數有序進行，并嚴格控制所需梁板的預制長度。

在橋梁的彎道段、單幅橋與邊梁存在一定的弦弧差，預制梁在制作時均制成直梁，然后根據設計標準利用多點放樣的方式形成相應的彎道線形。在進行外包式防撞欄的施工時，應當根據橋型布置圖和線位圖實施準確的定位，確保形成設計的橋梁線形。橋面橫坡是通過墩臺帽橫坡和梁底楔形塊橫坡共同形成的，而橋梁縱坡則是通過墩臺高程差而形成。

除此之外，還應當根據橋型布置圖以及有關的設計圖紙確定泄水管，確保預留孔位置準確合理，通常情況下泄水孔位于橫向水流下游處邊梁上。為確保行車的安全，上跨主線橋的橋面應選擇封閉式排水的方式。主線上各類橋梁的排水通常設計為垂直排水，但是泄水管不能將水直接泄至主線、互通匝道或者對環保有特殊要求的區域，應該充分利用縱、橫管道將水排至預定位置并進行相應的凈化處理。

伸縮縫選擇D80型，在預制梁板的同時還應當根據橋梁設計構造進行鋼筋預埋作業，并調整其尺寸符合橋梁設計要求。而預制梁板也應當具體標注其所在的梁體位置；橋梁外側設置外包式混凝土護欄，并在懸臂端預留10 m的部分使伸出鋼筋可以與外側防撞欄鋼筋進行綁扎，最后實施澆筑作業；橋梁內側邊梁懸臂端在預制時要求一次澆筑成形，且大、小樁號橋臺的搭板均為8 m。

3.2 下部結構設計

1)墩臺蓋梁設計為雙懸臂簡支梁，通過杠桿法對活載分配系數進行合理的計算，并對斜截面抗剪的強度進行相應的計算。橋墩按照柔性墩的有關標準進行設計，其水平力根據集成剛度分配法的方式合理分配，根據承載極限進行配筋的相關設計，并嚴格控制縫寬。

2)本橋左右幅2～25、30～32、47～63號橋墩樁基根據嵌巖樁的相關標準設計，其余橋墩樁基則根據摩擦樁的相關標準設計，樁基內力按“m”法進行計算，根據承載極限進行配筋的相關設計，并結合正常的運行極限控制縫寬。

3)樁基設計控制。對于中風化巖層，若單軸飽和抗壓標準值frk≥10 MPa則按照嵌巖樁的相關參數計算，若<10 MPa則按照摩擦樁的相關參數計算。嵌巖深度不僅要滿足設計對受力的要求，還應當滿足以下條件時的最小嵌巖深度要求。

(1)持力層frk≥30 MPa時：12 m≤樁長L≤20 m時，嵌巖深度2.0D；20 m<樁長L≤30 m時，嵌巖深度1.5D；樁長L>30 m時，嵌巖深度1.0D。

(2)持力層frk<30 MPa時：12 m≤樁長L≤20 m時，嵌巖深度3.0D；20 m<樁長L≤30 m時，嵌巖深度2.5D；樁長L>30 m時，嵌巖深度2.0D。

嵌巖樁孔底的沉渣根據5 cm的厚度進行相關設計。除此之外，該段項目中墩臺的樁基都設計為摩擦樁，再進行相關計算時臺后填土的內摩擦角取30°。

3.3 原材料的檢驗

施工時所用到的原材料應根據同一廠家、同一批次、相同規格等要素進行質量檢驗，確保質量、力學性能及相關成分等與標準相符。

在加工制造時，應當全面考慮焊接時產生的收縮余量及加工制造余量。將板件切割為所需零件時，首先選擇精密切割下料，并確保切割面的硬度(不超過HV350)及切割邊緣表面質量符合要求。此外，對零件進行矯形及彎曲時，優先選擇冷矯及冷彎的工藝，確保零件表面無明顯凹痕或損傷。若選擇熱矯工藝加工時，應將溫度合理控制在600℃～800℃，不得進行錘擊或冷水降溫。

4 結束語

實踐證明，對預制箱梁進行標準化設計能夠大大縮短設計周期，確保設計的合理性，也有利于施工過程的標準化。本文結合龍州河特大橋工程主線高架橋預應力混凝土預制箱梁施工時所采用的設計標準化，為橋梁的順利施工提供了有力的技術支持，有助于施工單位及時掌握并運用施工技術，在降低施工投入的同時還能夠提升施工效率，保障施工質量，最后滿足橋梁工程建設的質量要求。

[ID:010336]