新蓋房樞紐改擴建工程分洪閘交通橋設計分析

殷建偉

（河北省水利水電勘測設計研究院集團有限公司，天津 300250）

1 項目概況

1970年大清河北支治理，在新蓋房分別修建引河閘、灌溉閘、分洪閘、分洪堰等水利工程，即新蓋房樞紐，并完成了新蓋房分洪道復堤工程，設計標準為20年一遇。在40多年的運行過程中，新蓋房樞紐將中小洪水引入白洋淀，減輕新蓋房分洪道下游地區的洪澇災害，同時將洪水送入白洋淀，減少了東淀的泥沙淤積。遇較大洪水時，通過對樞紐的綜合調度可有效保護京津兩市、京九京滬鐵路、華北油氣田等重要基礎設施，以及下游廣大地區人民生命財產安全。

該樞紐能否安全運行，直接關系到整個大清河北支防洪安全。2019年6月開始對新蓋房樞紐進行改擴建設計，主要內容為原址重建分洪閘、灌溉閘、分洪堰，改建引河閘等，同時注重提升周邊景觀綠化空間，營造樞紐節點景觀。

分洪閘位于新蓋房分洪道首端，為新蓋房樞紐控制性工程，分洪閘為開敞式水閘，主要由上游防護段、閘室、交通橋和下游防護段組成。重建的分洪閘采用合頁壩結構型式，閘中心線與原中心線基本一致，閘室長24.5m，總寬84.5m。因原分洪閘交通橋利用了水工閘墩作為下部基礎，所以一并對交通橋進行拆除重建。

2 分洪閘交通橋布置方案

結合分洪閘重建整體布置及景觀效果情況，分洪閘交通橋布置孔徑為4×21.6m，橫向布置凈0.5m（欄桿）+8.0m（景觀長廊）+0.5m（欄桿）+6.5m（行車道）+0.5m（防撞護欄），汽車設計荷載采用公路-Ⅱ級，人群荷載標準3.0kN/m2，景觀長廊荷載9929.2kN（包含恒、活、風和地震荷載）。

交通橋橫向上游側設一座鋼結構景觀長廊，長廊主體為鋼框架結構，結構最高點相對標高11.45m，長廊以斜柱連接到交通橋上，斜柱下方沿橫橋向設置鋼筋混凝土條形基礎，條形基礎直接落在分洪閘交通橋橋面上；交通橋橫向下游側為6.5m寬行車道，行車道鋪裝采用40mm厚細粒式瀝青混凝土面層+黏層+60mm厚中粒式瀝青混凝土面層+透層+100mm厚C50W4防水混凝土鋪裝+水泥基滲透結晶型防水層，鋪裝層內設單層φ12＠10cm鋼筋網。行車道一側設C30混凝土防撞護欄，一側設C30混凝土欄桿帶，欄桿帶上設鋼管欄桿，寬度均為0.5m。橋面伸縮縫采用GQF-80型伸縮縫，橋頭兩側設限重標志牌。

3 分洪閘交通橋結構設計及計算

3.1 交通橋結構設計

交通橋上部結構采用先簡支后連續預應力鋼筋混凝土小箱梁，箱梁采用C50混凝土預制，梁高1.6m，中梁寬2.4m，邊梁寬2.85m，每孔橋采用3片中梁，2片邊梁，從橋梁上游側至橋梁下游側定義為1#梁～5#梁，箱梁間采用C50混凝土濕接縫連接。

交通橋下部橋墩結構采用蓋梁接樁基承臺柱式橋墩結構，鉆孔灌注樁基礎；從節約投資及降低阻水率考慮，下部橋臺結構利用水工擋墻，并在水工擋墻頂開槽作為橋臺蓋梁。

3.2 交通橋結構計算

分洪閘交通橋上設置了一座景觀長廊橋，長廊橋主體為鋼框架結構，共7跨，通過8排16根斜柱連接到交通橋上，斜柱下方沿橫橋向設置鋼筋混凝土條形基礎，條形基礎直接落在分洪閘交通橋橋面上，結構最高點相對標高11.45m。分洪閘交通橋上部結構為非標準跨徑，且上部荷載組合較為復雜，本工程重點對分洪閘交通橋上部結構進行了計算分析。

3.2.1 上部結構計算

上部結構計算按照JTG D60—2015《公路橋涵設計通用規范》和JTG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》等相關規定進行，主要計算工具為專業軟件橋梁博士V4.2。汽車設計荷載采用公路-Ⅱ級，均布荷載標準值為qk=7.875kN/m，集中荷載標準值Pk內插計算為303.2kN；人群荷載標準值3.0kN/m2，景觀長廊荷載9929.2kN（包含恒、活、風和地震荷載）。

上部結構計算主要通過分析上游側的景觀長廊荷載、人群荷載、下游側的汽車荷載和其他荷載在5片連續梁的分布組合情況，以1#梁上的荷載分布及組合計算為例。（荷載組合形式為：按承載能力極限狀態設計時，對持久設計狀況和短暫設計狀況采用作用的基本組合，對偶然設計狀況采用作用的偶然組合，對地震設計狀況采用作用的地震組合。按正常使用極限狀態設計時，采用作用的頻遇組合或準永久組合）。

圖1 交通橋模型橫向布置

圖2 1#梁景觀長廊荷載橫向分布影響線

上游側景觀長廊橋單排兩根柱底荷載G通過橫橋向地梁平均分到1#梁、2#梁和3#梁3片連續箱梁上，每片梁上的集中荷載為G/3，G/3與1#梁的橫向分布影響線相乘，求出1#梁的景觀橋荷載橫向分布值，其他4片梁計算方法一致。由此可得出5片梁上的8排景觀橋荷載的橫向分布情況，然后分別填入橋梁博士軟件模型對應節點位置。

圖3 1#梁景觀長廊荷載分布位置

下游側汽車荷載、上下游兩側人群荷載和其他荷載的分布組合計算，分別用每片梁的汽車均布荷載qk=7.875kN/m，集中荷載Pk=303.2kN；人群荷載3.0kN/m2，乘以對應的汽車荷載橫向分布系數和人群荷載橫向分布系數，計算出荷載分布情況，其他荷載安在小箱梁的實際位置輸入到模型對應節點位置處。

圖4 汽車荷載橫向分布系數

圖5 人群荷載橫向分布系數

經專業軟件橋梁博士V4.2計算，需對連續梁梁截面高度進行調整，由標準圖的1.4m提高到1.6m；梁體預應力鋼束長度及布置也相應進行調整，計算結果可以滿足對截面強度、配筋面積、永存預應力及截面法向拉應力等要求。

調整梁截面高度后4×21.6m預應力鋼筋混凝土小箱梁計算結果如圖6、圖7。

圖6 承載能力極限狀態彎矩包絡圖

圖7 正常使用極限狀態正應力包絡圖

3.2.2 下部結構計算

下部結構設計包括蓋梁、墩柱、承臺和樁基設計。蓋梁、墩柱設計按照JTG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》的相關規定進行，樁基設計計算按照JTG 3363—2019《公路橋涵地基與基礎設計規范》規定進行，主要計算工具為軟件“橋梁通8.0”。經專業軟件橋梁通8.0計算后，交通橋下部結構布置情況為：蓋梁尺寸為1.7m（寬）×1.5m（高）×15m（長）矩形截面，蓋梁橫坡雙向2.0%，蓋梁頂上設C50W4混凝土墊石，墊石上設板式橡膠支座；墩柱直徑1.2m，柱高5.83m；承臺尺寸為12.4m（寬）×2.0m（高）×16.25m（長）矩形截面；基礎采用四排16根直徑1.3m鉆孔灌注樁，樁長38m；水工擋墻頂開槽作為橋臺蓋梁，槽底設雙向2.0%橫坡，C50W4混凝土墊石，墊石上設滑動板式橡膠支座。

4 結語

新蓋房樞紐改擴建工程分洪閘交通橋的重建，滿足了新蓋房樞紐正常運行管理和防洪搶險物資運輸的交通需求，同時提升了樞紐周邊景觀綠化空間，營造樞紐節點景觀。在分洪閘交通橋重建的設計過程中，景觀長廊橋的布置為工程設計增加了新的難題，本文通過對分洪閘交通橋設計方案的總體介紹和說明，對交通橋上部、下部結構的具體計算和分析，最終確定了最佳設計方案。為后續類似工程的設計提供了參考，具有借鑒意義。