都凱城市快速路饒家河特大橋設(shè)計(jì)與技術(shù)特點(diǎn)

謝 峰，向 紅

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,貴州 貴陽 550001)

1 工程概況

都凱城市快速路起點(diǎn)位于都勻開發(fā)區(qū)內(nèi)的巖頭寨，經(jīng)以深挖形式穿過山體，順山脊降坡布線，經(jīng)大坪后設(shè)主跨2×180 m連續(xù)剛構(gòu)橋跨越饒家河，路線終點(diǎn)壩固鎮(zhèn)羊列村沙井寨，全長(zhǎng)11.53 km，路基寬60 m，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面采用四幅路斷面，雙向十車道，其中主路六車道，輔路四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速60 km/h。

2 主橋及方案比選

根據(jù)饒家河特大橋的橋位地形特點(diǎn)，由于墩高較高，考慮各類橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)、缺點(diǎn)及適用性，經(jīng)充分比較和研究，主橋推薦采用混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋方案。這一類橋型本身符合安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則，具有橋梁結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單，梁體線條簡(jiǎn)明，主墩處無伸縮縫、行車較為平順、無需轉(zhuǎn)換體系的優(yōu)點(diǎn)。橋梁結(jié)構(gòu)整體性較好、抗彎和抗扭剛度較大，使用性能較好，滿足特大跨徑橋梁的受力要求。這一類橋梁需要懸臂施工，對(duì)施工場(chǎng)地要求相對(duì)較低，雖然施工工期相對(duì)于普通T梁較長(zhǎng)，但是工藝較為成熟、安全性較高。因此，主橋優(yōu)先采用連續(xù)剛構(gòu)橋，引橋采用預(yù)制T梁，并進(jìn)行類似跨徑組合比選(見表1)。經(jīng)過綜合對(duì)比三種方案，確定方案一為推薦方案。

橋梁按四幅橋設(shè)計(jì)，每幅主橋上部結(jié)構(gòu)為95+2×180+95m預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋，引橋上結(jié)構(gòu)采用40 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制T梁。主橋下部結(jié)構(gòu)主墩采用雙肢薄壁方墩，過渡墩采用空心墩，橋墩采用承臺(tái)樁基礎(chǔ)，引橋橋墩采用空心墩、矩形實(shí)心墩、承臺(tái)樁基礎(chǔ)，雙柱式圓柱墩、樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)采用U臺(tái)和樁柱臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)。

表1 橋型方案對(duì)比

主橋設(shè)計(jì)荷載采用城市A級(jí)；設(shè)計(jì)速度為60 km/h；橋面寬度采用(兩種)12.75 m行車道+2×0.5 m防撞護(hù)欄=3.5 m人行道+9.75 m行車道+0.5 m防撞護(hù)欄=13.75 m；地震基本烈度，橋梁按Ⅵ度設(shè)防；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí);橋面鋪裝采用10 cm厚瀝青混凝土+8 cm混凝土調(diào)平層。

主橋橫斷面采用變截面單箱單室結(jié)構(gòu)，箱頂寬13.75 m，箱底寬7.5 m，單側(cè)懸臂寬度3.125 m。箱梁端部梁高4.0 m，墩頂根部梁高11.0 m，箱梁梁高從主墩頂至邊墩梁端以2.0次拋物線變化。箱梁底板厚從箱梁根部截面的118 cm厚漸變至邊跨端部的31 cm厚，按2.0次拋物線變化。箱梁腹板厚度采用50 cm、65 cm和80 cm三個(gè)寬度進(jìn)行變化，主梁零號(hào)塊腹板加厚至90 cm。為滿足橋面橫坡以及減輕自重，將箱梁頂板設(shè)置成帶有橫坡幾何結(jié)構(gòu)型式，使橋面鋪裝厚度橫向保持相同厚度。從縮短懸臂澆注周期、降低施工鋼材數(shù)量的原則考慮，主梁懸臂澆注梁段長(zhǎng)度共采用3.0、3.5和4.0 m三種節(jié)段。施工方式采用掛籃懸臂施工，主橋箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，主橋箱梁采用C55混凝土。主墩墩身采用C50混凝土。

3 主橋上部結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

采用橋梁博士和Midas Civil分別進(jìn)行計(jì)算，總體靜力計(jì)算采用平面桿系理論，以主梁橋軸線為基準(zhǔn)劃分結(jié)構(gòu)離散圖。上部結(jié)構(gòu)共劃分為289單元，由于基礎(chǔ)完全支承在性能良好的巖體內(nèi)，所以在計(jì)算模型中可認(rèn)為墩身在底部固接在一個(gè)剛性基礎(chǔ)上。每個(gè)施工階段都計(jì)入相應(yīng)需安裝和拆除的施工荷載，在各施工階段按設(shè)計(jì)文件給出的施工步驟和要求分別張拉相應(yīng)施工階段布置配置的縱向和豎向預(yù)應(yīng)力鋼束或者鋼筋。

綜合考慮短暫狀況和持久狀況時(shí)的各種工況，包括自重、施工荷載、預(yù)應(yīng)力、收縮徐變內(nèi)力、溫度作用、汽車活載和基礎(chǔ)沉降等作用，對(duì)箱梁施工、施工階段、使用截面各截面的應(yīng)力、內(nèi)力和撓度進(jìn)行了計(jì)算分析，并按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2018)進(jìn)行驗(yàn)算。主要結(jié)論如下：本橋在活載作用下，中跨跨中最大豎向撓度3.9 cm，跨中最大豎向撓度1.0 cm，均小于規(guī)范中“不超過計(jì)算跨徑1/600”的規(guī)定。在《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2015)規(guī)定的設(shè)計(jì)荷載組合作用下，上部主梁以及下部結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2015)的規(guī)定。

4 主墩穩(wěn)定性計(jì)算

本橋主墩設(shè)計(jì)最大墩高為112 m，為最不利墩，故選用中間主墩進(jìn)行整體屈曲穩(wěn)定分析，以歐拉彈性理論為基礎(chǔ)，采用Midas Civil建立橋梁各個(gè)受力階段的計(jì)算模型。

(1)最大懸臂狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分析荷載組合為：組合一：自重+施工荷載+順橋向風(fēng)荷載；組合二：自重+施工荷載+橫橋向風(fēng)荷載；組合三：自重+不對(duì)稱施工荷載(落梁)+順橋向風(fēng)荷載(失穩(wěn)模態(tài)如圖1所示)。三種組合下穩(wěn)定性系數(shù)分別為：16.05、16.02和16.6。

圖1 施工穩(wěn)定性 圖2 成橋穩(wěn)定性

由以上失穩(wěn)模態(tài)可以看出，在最大懸臂階段，在對(duì)稱施工荷載和風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)為橫向彎曲失穩(wěn)模態(tài)；在非對(duì)稱施工荷載和風(fēng)荷載作用下表現(xiàn)為彎扭失穩(wěn)模態(tài)。

(2)成橋階段穩(wěn)定分析

當(dāng)連續(xù)剛構(gòu)橋合龍后，經(jīng)過體系轉(zhuǎn)換，形成高次超靜定結(jié)構(gòu)，此時(shí)結(jié)構(gòu)受力更加復(fù)雜，將整個(gè)主橋作為研究對(duì)象，采用承臺(tái)底部與地基固結(jié)。成橋階段穩(wěn)定分析考慮兩種工況，工況一：自重+恒載+順橋向風(fēng)荷載，工況二：自重+恒載+橫橋向風(fēng)荷載(失穩(wěn)模態(tài)如圖2所示)。兩種組合下穩(wěn)定性系數(shù)均為21.7。

對(duì)主墩穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算表明，其穩(wěn)定性較高，安全可靠。

5 結(jié) 語

連續(xù)剛構(gòu)橋梁具有跨越能力大、受力合理、施工技術(shù)成熟、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用相對(duì)低，符合安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀的設(shè)計(jì)原則。這類橋梁具有結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單，梁體線條簡(jiǎn)明，主墩處無伸縮縫、行車較為平順、無需轉(zhuǎn)換體系的優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)整體性能好、抗彎和抗扭剛度大，能滿足特大跨徑橋梁的受力要求。連續(xù)剛構(gòu)橋采用懸臂施工，對(duì)施工場(chǎng)地要求相對(duì)較低，工藝成熟、安全性較高，是大、中型橋梁建設(shè)中非常有競(jìng)爭(zhēng)力的橋型。

本文通過對(duì)主橋進(jìn)行橋跨方案比選、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、受力計(jì)算及全橋穩(wěn)定性計(jì)算，重點(diǎn)闡述了高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)的受力特性及相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，為類似橋梁的設(shè)計(jì)提供參考。