高墩大跨連續剛構橋設計

曹 巖

(黑龍江省公路勘察設計院,黑龍江 哈爾濱 150080)

1 工程概況

某橋梁跨徑組合為20×40+(64+118+64)+19×30 m，全長為1 622.08，橋面凈寬2×11.0 m，橋梁全寬24.5 m，橋梁右交角90°。上部結構采用預應力砼連續剛構+30 m裝配式預應力混凝土T梁+40 m裝配式預應力混凝土T梁；下部結構主橋主墩采用雙肢薄壁空心墩，主引橋共用墩采用空心墩，引橋橋墩采用柱式橋墩，橋臺采用柱式橋臺，墩臺均采用鉆孔灌注樁基礎和挖孔灌注樁基礎兩種形式。

大橋為跨越斑竹河所設，是此段路線的控制性工程之一。橋位處地勢起伏較大，呈U形，溝底距橋面最大深度達到107 m。本橋主橋位于直線上，引橋位于直線上，縱坡由2.1%變為3.355%變為2.5%，大橋在滿足安全、經濟、環保、適用、便于施工的前提下，注重橋型方案的美觀設計。

2 技術標準

(1)設計時度：80 km/h；

(2)荷載等級：公路-Ⅰ級；

(3)地震動峰值加速度：0.05 g；

(4)橋梁寬度：0.5 m(邊護欄)+11.0 m(行車道)+0.5 m(中護欄)+2×0.25 m梁間隙+0.5 m(中護欄)+11.0 m(行車道)+0.5 m(邊護欄)=24.5 m；

(5)環境類別：Ⅱ類；

(6)結構設計安全等級：一級，橋梁結構的重要性系數取1.1。

3 設計要點

3.1 上部結構設計要點

箱梁采用單箱單室斷面，從支點到跨中梁下緣按1.8次拋物線變化，墩頂梁高取為7.0 m，跨中和端支點梁高定為2.8 m。上部箱梁頂板全寬1 200 cm，兩側懸臂長275 m；箱內頂板厚28 cm，懸臂板根部厚70 cm；

橫橋向箱內上梗腋長175 cm；箱梁底板寬650 cm、底板厚30～95 cm，墩頂局部加強到150 cm，腹板厚度60～80 cm。主梁采用C55混凝土。

箱梁采用三向預應力體系。縱向束采用15～15、15～19、15～22三種型式，采用ΦS15.2mm鋼絞線，配合15～15、15～19、15～22群錨錨具，兩端或單端張拉。箱梁頂板橫向預應力束為3ΦS15.2 mm鋼絞線，單端交錯張拉，配15～3扁錨。豎向預應力采用3ΦS15.2 mm鋼絞線，配15-3錨具，縱向間距為50 cm。

3.2 下部結構設計要點

本橋主墩采用雙肢薄壁空心墩，墩高分別為80.9 m和84.5 m。橋墩橫橋向寬7.5 m，順橋向厚2.5 m，雙肢中心間距為3.0 m。承臺尺寸為10.2×13.8 m、12×16.5 m，厚4.0 m。承臺下接12顆直徑為1.8 m的鉆孔灌注樁基礎。

4 施工注意事項

4.1 上部結構施工注意事項

0#塊結構及受力均較為復雜，加之縱向及豎向預應力管道集中，鋼筋密集，混凝土方量大，為了確保結構強度并防止有害裂縫出現，澆筑時需采取必要措施控制混凝土水化熱的影響。

為防止支架沉降、掛籃剛度不足導致結構開裂，模板變形導致截面尺寸削弱或混凝土超方，必須確保支架、掛籃及模板的剛度。澆注直線段所采用的臨時墩或支架必須進行預壓，以消除非彈性變形，預壓重量不少于箱梁重量的100%；掛籃經試拼后，應按設計荷載進行預壓，以測定掛籃的彈性變形并消除其非彈性變形。

箱梁逐段懸澆過程中，梁段混凝土的澆注、鋼束的張拉、掛籃和機具的移動等，均應遵循對稱、均衡、同步進行的原則。平常梁面上應盡量少堆放材料和施工機具，并注意懸臂兩端對稱堆放。

混凝土齡期達7 d以上、同時混凝土強度達到設計強度的90%以上，方可施加預應力，預應力張拉應嚴格按照設計提供的順序和控制應力進行。預應力鋼束均采用張拉應力與伸長量雙控。箱梁縱向預應力鋼束在箱梁橫截面應保持對稱張拉，同一根縱向鋼束張拉時兩端應保持同步。

4.2 下部結構施工注意事項

主橋橋墩較高，橋墩施工時應嚴格做好施工控制。橋墩可采用爬模或翻模施工。基樁施工可采用人工挖孔或機械鉆孔施工。基樁施工時，清底和豎向偏差應嚴格按施工規范執行，尤其是主橋橋墩基樁，應從嚴執行。孔底的沉淀厚度應≯5 cm。

為防范空心墩墩身因與承臺混凝土體積、齡期不同的影響而產生的裂縫，要求首節墩身與承臺混凝土齡期差不小于14 d。主橋主墩承臺施工時應注意布置冷卻管，并注意水流速度及進出水口的溫度，防止承臺開裂。

4.3 混凝土梁的開裂施工控制措施

(1)合龍段頂推方法

大跨梁橋在邊跨合龍后由靜定結構變為超靜定結構，其上部結構受到混凝土的收縮、徐變和溫度變化(主要是降溫作用)等影響會產生附加內力，會使橋墩向跨中方向發生水平位移。同時，梁體的水平位移和后期的收縮徐變會造成梁體豎向撓度和主墩偏位。這樣不僅對主墩受力產生不利影響也會造成跨中下撓加劇。為此，在連續梁橋邊跨合龍完成后、中跨合龍前對梁體施加水平頂推力，利用千斤頂對兩側懸臂梁段端面進行頂壓，通過施加頂壓力，將連續梁橋懸臂段適當地頂開，使梁體產生一個與將來混凝土收縮徐變相反的水平位移，這樣可在成橋后大大消除混凝土早期的收縮、徐變變形，從而達到改善主墩應力狀態，減小主梁跨中下撓的目的。

(2)嚴格控制混凝土加載齡期

由混凝土的徐變收縮規律可知，較短的加載齡期會很大程度上增加徐變收縮效應。施工中應做到混凝土強度和彈性模量雙控，并嚴格控制加載齡期不低于7 d。

(3)加強混凝土的養護

控制混凝土入模前的溫度，重視混凝土澆注后的養護，采用有效措施降低混凝土收縮、溫度梯度作用對混凝土梁的影響。