(108+195+108)m預應力混凝土連續剛構關鍵技術

何明權

(宜賓市敘州區農村公路建設管理所，四川 宜賓 644601)

1 工程概況

項目位于四川省宜賓市敘州區泥溪鎮，起于岷江左岸泥溪鎮華順店，與擬建省道310孔灘至泥溪段公路相接，新建龍頭山大橋跨山溝后，通過新建泥溪特大橋跨越岷江，止于岷江右岸泥南鄉老房溝附近順接規劃省道310線、省道215線共線段。

上部結構主橋采用(108+195+108)m預應力混凝土三跨連續剛構，掛籃懸臂施工；主梁采用單箱單室截面，橫向按雙幅分離、對稱布置；主墩為雙肢薄壁墩、承臺接群樁基礎，墩身采用滑升模板施工。橋梁效果見圖1。

圖1 橋梁效果圖

2 技術標準

公路等級：一級公路。

設計速度：60 km/h。

荷載等級：公路-Ⅰ級；人群荷載：主橋2.875 kN/m2、引橋3.45 kN/m2。

橋面寬度：26.5 m=2.25 m人行道+2.5 m非機動車道+2×3.5 m行車道+0.5 m路緣帶+2 m中央分隔帶+0.5 m路緣帶+2×3.5 m行車道+2.5 m非機動車道+2.25 m人行道。

橋梁抗震設防類別：A類；地震動峰值加速度：0.10 g，地震動反應譜特征周期：0.45 s，基本地震烈度：Ⅶ度，抗震設防措施等級：8級。

設計洪水頻率：特大橋1/300、大橋1/100。

通航標準：內河Ⅲ-(3)級。

船舶撞擊力：主墩橫橋向800 kN，主墩順橋向650 kN。

設計安全等級：一級。

設計基準期：100年。

環境類別：I類。

場地類別：Ⅱ類。

環境的年平均相對濕度：80%。

3 結構設計概況

3.1 總體設計思路

主孔跨徑的大小對河道防洪、通航和橋梁建設投資均影響較大。根據《四川省內河水運發展規劃》(2010年9月)，岷江樂山～宜賓段規劃為Ⅲ級航道，橋位處河段按Ⅲ級航道標準考慮，當水上過河建筑物軸線的法線方向與水流流向的交角≤5°且橫向流速<0.3 m/s時，天然河流Ⅲ級航道通航凈空尺度要求：雙向通航孔凈寬110 m，上底寬96 m，凈高10 m，側高6 m；當交角>5°且橫向流速>50.3 m/s時，通航凈寬必須在上述基礎上按規定加大；當水流橫向流速>0.8 m/s時，應一跨過河或在通航水域中不得設置墩柱。

通過多種方案對比，綜合考慮橋梁施工難度及風險、后期養護成本、岷江珍稀魚類保護等諸多因素，確定主橋采用(108+195+108)m預應力混凝土連續剛構。

3.2 主橋結構設計

主橋箱梁為三向預應力結構，采用單箱單室截面，左右分幅設計。單幅箱梁頂板寬13.1 m，底板寬7.5 m，外翼板懸臂長2.8 m，箱梁頂板設置成2%單向橫坡。箱梁跨中及邊跨支架現澆段梁高4.1 m，箱梁根部斷面和墩頂0號梁段高為12.5 m；箱梁高均以邊腹板外側為準。從距離中跨跨中1.0 m至箱梁根部，箱高以1.6次拋物線變化。箱梁腹板在墩頂范圍內厚120 cm，剛構腹板有75、65、55 cm三種厚度。箱梁底板厚0號梁段為180 cm，其余梁段底板從箱梁根部截面的150 cm厚以1.6次拋物線漸變至32 cm厚。箱梁0號段長15.0 m，懸臂施工節段長度為11×3.0 m+14×4.0 m，全橋兩幅共設6個合龍段，其長度均為2.0 m，邊跨現澆段長度為9.3 m。1號～25號梁段采用掛籃懸臂澆筑施工，懸臂澆筑節段最大控制重量為2 594.8 kN(1#梁段)，掛籃設計自重1 300 kN(含施工荷載)。

縱向預應力束采用15φs15.2～24φs15.2高強低松弛鋼絞線，豎向預應力束采用3φs15.2高強低松弛鋼絞線，箱梁頂板內沿縱向每隔50 cm左右交錯設一道橫向預應力束，采用2φs15.2高強低松弛鋼絞線。主橋體外束作為后期運營中預應力儲備，體外預應力采用27φs15.2、19φs15.2環氧涂層鋼鉸線無粘結成品索，熱擠HDPE防護；邊跨、中跨均布置4束體外束，10#、19#梁段橫隔板也作為運營期間體外束的轉向隔板，轉向隔板內預埋體外束轉向器，箱梁內預埋固定體外束減震器的鋼板。

主墩采用分幅設計，墩身高度分別為36、35 m，采用鋼筋混凝土雙肢薄壁墩身，承臺接鉆孔灌注樁基礎；每個墩身雙肢間凈距5.6 m，每肢縱向厚度2.2 m，橫向寬度8.5 m，兩側為圓端型；承臺采用分離式，單個承臺順橋向長16 m，橫橋向寬14.74 m，厚5.5 m；樁基礎按端承樁設計，一個承臺采用9根直徑2.5 m鉆孔灌注樁。

3.3 橋梁施工順序

1)下部結構施工。泥溪岷江特大橋1#、2#主墩水中基礎采用鋼管樁鉆孔平臺及雙壁鋼圍堰施工，在橋梁上游適當位置設置鋼棧橋，作為材料運輸通道；3#交界墩基礎采用筑島圍堰施工。主墩樁基、承臺、墩身施工方案：搭設鋼棧橋及鋼管樁鉆孔平臺→分批分組鉆孔或沖孔→分批分組澆筑樁基混凝土→制作及下放鋼圍堰、澆筑承臺封底混凝土→破樁，分區、分層施工承臺→承臺混凝土體積較大，設計采用冷卻水管或低水化熱水泥施工，減少水化熱，防止混凝土開裂→采用翻模法或爬模法施工主墩墩身→繼續向上施工墩身。每個主墩處至少應配置1部高塔吊與1部施工電梯，其余所需則為常規的施工設備，混凝土均采用輸送泵運送澆筑。

2)上部結構施工。

(1)主梁節段施工。主梁采用掛籃懸臂澆筑。主橋墩完成后，用萬能桿件組拼托架澆筑零號塊件,掛籃依次懸臂澆筑其余梁段，設計掛籃懸澆節段最大重量為2 594.8 kN，掛籃設計自重1 300 kN(包括施工荷載)。

(2)主梁邊跨現澆段。主橋邊跨現澆段(27#梁段)在落地支架上立模一次連續澆筑完成，支架設置完成后，須對現澆支架進行預壓，且預壓重量≥1.2倍箱梁自重，同時對墩頂偏位進行觀測；支架在梁體澆筑前必須檢驗支架及地基的強度及穩定性，消除支架的非彈性變形。邊跨底板束張拉時和邊跨合龍后，為保證梁體和支架間水平向自由變形，需在現澆段底模與支架支承面處墊四氟滑板。現澆段底模安裝時應按要求在交接墩位置安設支座。

(3)主梁合龍段施工。全橋分三個合龍階段，第一、二階段合龍兩岸邊跨：支架上澆筑箱梁的邊跨現澆段，將邊跨掛籃改裝為合龍吊架，進行水箱壓重，中跨跨中則進行相應配重，完成岸邊邊跨合龍及混凝土澆筑，待滿足要求后張拉邊跨頂、底板鋼束。第三階段合龍中跨：在中跨兩懸臂端將掛籃改裝為吊架，并在懸臂端設水箱作平衡重。為改善墩身受力，用千斤頂在中跨合龍段同步施加水平力頂推，在滿足設計合龍溫度情況下，焊好合龍骨架，澆筑合龍段混凝土，邊澆混凝土邊同步等重量放水，待滿足要求后張拉邊跨頂、底板鋼束。

4 主要計算分析

主橋箱梁按全預應力構件設計，按梁單元進行主梁施工及成橋階段的結構靜力計算，材料按線彈性計。計算中考慮的荷載及作用包括：結構自重、基礎變位、預應力荷載、均勻升降溫、溫度梯度正反溫差、掛籃荷載、施工荷載、活載、汽車制動力、二期恒載、過橋管線。

4.1 計算荷載

恒載：主梁重量按設計尺寸計算，橫隔板按集中荷載加在對應位置，混凝土容重取26 kN/m3，二期恒載按橋面系實際荷載取值。

汽車活載：公路-Ⅰ級；人群荷載：主橋2.875 kN/m2；考慮縱向折減系數0.97、橫向車道系數0.78和偏載系數1.2等確定汽車荷載的橫向分布系數；非機動車道按《城市橋梁設計規范(2019年版)》(CJJ 11—2011)[3]10.0.6條規定，按人群荷載考慮(最不利情況)。

整體升降溫25℃，混凝土的溫度線脹系數αc=1.0×10-5，鋼的溫度線脹系數αs=1.2×10-5。梯度溫度按《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60—2015)[4]中第4.3.10條執行。橋面板收縮徐變按實際加載齡期由程序自動計算，支座不均勻沉降主墩按2 cm、交界墩按1 cm考慮。

4.2 結構整體分析

主橋整體分析采用橋梁博士V3.6.0建立平面模型進行計算；主橋梁體共劃分為135個節點，134個單元；橋墩每1 m劃分1個單元；承臺底約束剛度按m法計算考慮。計算模型如圖2所示。

圖2 計算模型圖

1)主梁承載力極限狀態計算(基本組合γ0S≤R)。

(1)抗彎強度。見圖3～4。

圖3 最大內力及抗力圖

圖4 最小內力及抗力圖

(2)抗剪強度。見圖5。

圖5 最大最小剪力包絡圖

2)主梁抗裂驗算。

按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362—2018)[5]，全預應力混凝土構件，在作用(或荷載)短期效應組合下應滿足：σst-0.80σpc≥0；全預應力混凝土構件，在作用(或荷載)短期效應組合下，現場澆筑構件，主拉應力應滿足：σtp0.4ftk=1.14MPa。主梁頻遇組合抗裂驗算表見表1。

表1 主梁頻遇組合抗裂驗算表 單位：MPa

主梁頻遇組合抗裂驗算滿足規范要求。

3)主梁混凝土應力驗算。

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362—2018)，混凝土的最大法向壓應力應滿足：σkc+σpt0.5fck=19.3MPa，再按照上述設計規范，按標準值組合的混凝土主壓應力應滿足：σcp0.6fck=23.1MPa。主梁標準組合應力驗算表見表2。

表2 主梁標準組合應力驗算表 單位：MPa

主梁標準組合應力驗算滿足規范要求。

5 關鍵技術特點

本項目主橋為(108+195+108)m預應力混凝土連續剛構，屬國內同類連續剛構跨度較大情況，主要技術特點如下。

1)采用兩個對稱懸澆T構合龍而成的連續剛構，懸臂施工技術成熟，橋梁跨越能力較大，應用前景廣泛。

2)施工時應注意控制好合龍溫度、頂推力及合龍鋼束張拉情況，同時控制好體外預應力施工，以獲取更為有利的受力狀態。

3)設計施工時應充分考慮大跨連續剛構后期可能出現的腹板開裂及跨中下撓的具體措施。

6 結束語

對于預應力混凝土連續剛構，特別是跨度較大時應根據地形地貌等因素合理控制邊中跨比，控制好施工合龍溫度、頂推力及合龍鋼束及體外預應力的張拉情況，充分考慮后期可能出現的腹板開裂及跨中下撓的具體措施，以獲取更為有利的受力狀態，以發揮連續剛構在跨越山區溝谷地形帶來的經濟效果。

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