S3 公路工程中小箱梁的運用

李莉

（上海市政工程設計有限公司，上海市 200438）

0 引言

后張法預應力混凝土小箱梁近年來以施工方便、跨徑布置靈活、梁高低等優勢在工程中得到廣泛應用。本文主要介紹S3 公路（周鄧公路—G1503 公路兩港大道立交）新建工程（上海市）中小箱梁的運用情況。

1 工程概況

S3 公路作為上海市高速公路網的重要組成部分，是上海市東南部結構性射線骨干道路，是市域東南片區出省的快速通道，也是中心城區通往浦東新區、臨港新城、奉賢區及杭州灣北岸經濟帶的連接通道，如圖1 所示。

圖1 S 3 公路地理位置圖

S3 公路（周鄧公路—G1503 公路兩港大道立交）新建工程全長約26.6 km。其中主線標準橋寬以25.5 m、32.0 m 為主；匝道以8.0 m、10.0 m、12.0 m 為主。整個工程高架規模大，節點復雜。選用經濟合理，施工便捷適用性強的上部結構直接影響到整個工程的造價及工期。

2 小箱梁結構與其它結構型式比選

經過對各種上部結構的比選，依據安全、適用、經濟、美觀、環保、耐久、快速施工等設計原則，比選情況詳見表1。

表1 高架橋梁基本結構型式綜合比選表

考慮到該工程橋梁標準寬度、橋墩間距、橋梁高跨比、寬跨比等，采用30 m 作為高架橋梁的基本跨徑。先簡支后連續體系，一般3～4 跨一聯。

3 小箱梁結構設計

3.1 斷面布置

S3 工程中有25.5 m、12 m、10 m 等斷面寬度，其中主線高架25.5 m 標準橋寬橫斷面由6 片小箱梁組成，梁距4.287 m，如圖2 所示；匝道12 m 標準橋寬由3 片小箱梁組成，梁距3.968 m，如圖3 所示；匝道10 m 標準橋寬由3 片小箱梁組成，梁距3.118 m，梁間通過0.25 m 寬超高性能混凝土（UHPC）濕接縫橫向連接，如圖4 所示。

圖2 B=25.5 m 小箱梁斷面（單位：mm）

圖3 B=12 m 小箱梁斷面（單位：mm）

圖4 B=10 m 小箱梁斷面（單位：mm）

3.2 結構設計

（1）依據斷面需求，小箱梁分為兩大類型，一種是底寬1.2 m，另一種是底寬1.5 m 小箱梁。底寬1.2 m小箱梁適用于橋寬B=10 m 及立交匝道變寬斷面；其余斷面均采用底寬1.5 m 小箱梁，跨中斷面如圖5 所示。

圖5 小箱梁斷面（單位：mm）

工程中小箱梁預制梁高統一采用1.6 m，頂板厚0.2 m，底板跨中厚0.2 m，支點處加厚至0.3 m；腹板跨中厚0.19 m，支點處加厚至0.32 m；挑臂厚0.25 m。梁縱向設置3 道橫隔梁，分別位于跨中和梁端。

（2）頂板負彎矩鋼束配置如圖6 所示，參數詳見表2。

圖6 小箱梁墩頂負彎矩斷面示意圖（單位:mm）

表2 頂板負彎矩鋼束配束表

（3）縱向鋼束配置如圖7 所示，僅示31 m 跨配束，參數詳見表3。

表3 縱向鋼束配束表

圖7 小箱梁縱向鋼束跨中斷面示意圖（單位:mm）

（4）該工程中小箱梁不帶橫坡預制，以小箱梁中心點為基點，整體轉動實現不同橫坡的需求，方便小箱梁的預制。梁底設置鋼板實現雙向水平，如圖8所示。

圖8 小箱梁安裝示意圖

（5）小箱梁跨中等高斷面采用2 m 模數，與模板的模數統一。為減小混凝土指標，頂板厚度為0.2 m，頂板內鋼束采用15.20-3，滿足錨墊板及錨固區混凝土抗壓強度的要求。邊梁挑臂等厚設置，更便于矢高預制。

（6）濕接縫采用兩種形式，梁間0.35～0.45 m 寬濕接縫采用C60 無收縮混凝土橫向連接；梁間0.25 m寬采用超高性能混凝土（UHPC）橫向連接。梁間0.35～0.45 m 寬濕接縫設置上寬下窄梯形縫，增加混凝土接觸面，減少模板用量，便于施工。相鄰小箱梁橋面鋼筋錯開布置，鋼筋不需進行現場焊接，如圖9 所示。

圖9 現澆濕接縫鋼筋示意圖（單位：mm）

4 計算分析

4.1 設計參數

（1）恒載

一期恒載：鋼筋混凝土容重γ=26 kN/m3。

二期鋪裝：瀝青混凝土100 mm，γ=24 kN/m3，鋼筋混凝土80 mm，γ=25 kN/m3。

防撞墻：邊防撞墻12 kN/m/ 側，中防撞墻8 kN/m。

（2）汽車荷載

公路-I 級。

（3）預應力

預應力采用高強度低松弛鋼絞線，金屬波紋管。預應力控制張拉力：錨下控制應力σcon=0.75 fpk（fpk=1 860 MPa）； 預應力鋼筋與管道壁的摩擦系數μ=0.23，管道系數每米局部偏差對摩擦的影響系數k=0.001 5。

（4）溫度影響

體系升溫25℃；體系降溫20℃；基準溫度15℃；橋面板局部升降溫按梯度溫度效應計算。升溫：T1=14℃，T2=5.5℃；降溫：T1=-7℃，T2=-2.75℃。

（5）基礎變位影響

縱橫向隔墩不均勻沉降L/3 000，L 為跨徑，按最不利組合。如根據實際計算沉降量較小時，可按實際計算沉降量取值。

（6）施工工況

計算中考慮的具體施工工況見表4。

表4 施工工況表

由于防撞護欄直接預制在邊梁上，因此邊梁計算時考慮單側全部防撞護欄的荷載。鋪裝按每片小箱梁承擔各自橋面面積內的鋪裝重量計算。

4.2 橫向分布系數計算

支點位置橫向分布系數的計算采用杠桿法。跨中橫向分布系數采用剛性橫梁法計算[2]。

4.3 應力控制

小箱梁以A 類預應力混凝土構件進行設計[1]，詳見表5。

表5 荷載組合下的應力控制

5 小箱梁在小半徑立交范圍內的運用

該工程中，共有三個立交節點，24 條匝道，匝道面積15 萬m2。立交布置復雜，匝道中心線半徑普遍偏小，其中最小中心線半徑只有100 m。在立交范圍內盡可能多的采用預制小箱梁結構，降低工程造價，縮短工期。

彎橋曲線半徑較小，跨徑較大時，一是外邊梁的翼緣長度（矢高）可能超過標準梁設計的范圍，橋面板需重新計算而不能完全利用標準圖的橋面板鋼筋；二是內邊梁的翼緣長度被“吃掉”較多，甚至可能切入梁肋。因此采用梁體整體向曲線外側平移的處理方式，可解決上述問題，如圖10 所示。

圖10 小箱梁平移圖（單位:mm）

采用梁體整體平移一定距離的方式，將內、外邊梁的跨中翼緣長度控制在合理范圍內，以便充分利用標準梁的配筋且不觸及梁肋本身，使小箱梁結構最大可能的適用于立交匝道范圍內。梁體整體平移后邊梁最小矢高控制在500 mm 左右，最大矢高控制在1 000 mm 左右。依據以上原則，同時盡量減少平移品種，最終確定了平移方案，平移原則詳見表6。

表6 小箱梁平移原則

在此原則上，還需要總體考慮相鄰連續墩處平移量一致，保證結構的連續性。梁體平移后，梁體中心線與橋面中心線必然存在差值e，此時下部結構應進行相應變化。可將下部結構整體往梁體平移的方向平移一樣的值，使橋墩中心線與梁體中心線對齊，使蓋梁擋塊位置滿足梁體安放的要求。這種處理辦法，橋墩蓋梁結構無需特殊設計，僅需注意樁位坐標放樣及相關高程計算即可。

經過平移優化后，小箱梁可運用于中心線半徑≥200 m 的立交匝道，最大跨徑布置為30 m，最終小箱梁結構在立交匝道上的使用面積達到7.5 萬m2，大大降低了立交范圍的造價及施工工期。

6 小箱梁在施工過程中需要注意的問題

（1）為了防止預制梁上拱度過大，及預制梁與橋面現澆層由于齡期差別而產生過大收縮差，存梁期不超過90 d。

（2）為方便小箱梁預制施工，該工程預制小箱梁頂面、底面均按平坡進行設置。施工安裝時，按道路橫坡進行安裝，小箱梁橋面頂板中心平面位置同小箱梁平面布置圖。同小箱梁一起預制的邊防撞墻，預制時應考慮梁體安裝時的旋轉角度，在小箱梁按橫坡放置后，應保持鉛垂狀態。防撞墻高度按豎曲線進行預制。

（3）為方便預制，小箱梁頂面不設預拱度，具體處理方法如下：道路豎曲線為凸曲線時，小箱梁預制梁高及瀝青混凝土鋪裝層厚度保持不變；道路設計豎曲線在一跨內的上拱值Δ 通過調整C50 鋼筋混凝土鋪裝厚度實現；C50 鋼筋混凝土鋪裝層在樁號中心線處的厚度為80 mm。當道路豎曲線為凹曲線時，小箱梁預制梁高不變；當豎曲線下凹值絕對值｜Δ｜≤50 mm 時，下凹值Δ 通過調整瀝青混凝土和鋼筋混凝土鋪裝層厚度實現；當豎曲線下凹值絕對值｜Δ｜＞50 mm 時，下凹值Δ 通過調整瀝青混凝土和鋼筋混凝土鋪裝層厚度、并將小箱梁梁體整體下壓實現；瀝青混凝土鋪裝層厚度不應小于85 mm；C50 鋼筋混凝土鋪裝層厚度不應小于45 mm。

（4）小箱梁在預制、運輸及安裝階段應采取可靠措施，防止發生傾覆；小箱梁吊裝就位后應及時進行可靠的橫向連接。

7 結語

通過對上海市S3 新建工程中小箱梁的設計理念和優化思路介紹，希望給設計人員一些參考和啟發。如何讓常規的預制構件更優化、施工更便捷，并能結合當地的施工技術，更好地發揮出傳統構件優勢。相信未來隨著更多高性能材料的出現，傳統橋梁結構能夠優化的空間還很大，今后會出現更多結構新穎、造型優美、施工便捷的橋梁結構形式。