裝配式預應力混凝土簡支箱梁橋設計和施工

楊 迎，王裕滔

（1.四川鐵道職業學院，四川 成都 610072；2.中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川 成都 610084）

1 工程概述

道路紅線寬30～40 m，30 m寬紅線采用雙向四車道，40 m寬紅線采用雙向六車道，兩側人行道各寬4 m。道路在上跨毗河處設置一座3×35m的裝配式預應力混凝土連續小箱梁橋，橋梁全長110.92m，寬30m。

2 水文地質條件

2.1 地表水及地下水

上游水源起于柏條河，為排灌兩用河流。據現場觀察，河水呈無色、較為透明。勘察時在河道內發現有流水，測得水面寬約60.0 m，水深1.0～1.5 m，流速0.20 m/s，流量約15 m3/s。夏季洪水期河水對河床及兩岸具有較強的沖刷作用，河流水體與地下含水層已相通。經調查走訪當地村民得知，數十年間橋位處河水最高洪水位高程可達494.2 m（出現在1981年）。橋位處準確最高洪水位以水利主管部門權威數據為準。該處河床地形起伏較小，該段河道較直，流水大小主要受上游控制，夏季洪水期間流速較快，下切作用與側蝕作用較強。百年一遇洪水的一般沖刷深度為1.5 m，局部沖刷深度為2.5 m，最大沖刷深度為4.0 m。

該場地內所見地下水為賦存于砂卵石層中的孔隙潛水，該地下水由大氣降水及地表水補給，經地下徑流和地面蒸發排泄，具有埋藏淺、含水層較厚、分布廣、補給源近、富水性和透水性好的特征。多年平均降水量為911.7 mm。雜填土、粉土為弱透水層，砂層和卵石層屬于強透水層及含水層，水位隨季節性變化較大。勘察時為地下水平水期，初見水位處于砂層或卵石層上部，實測該地下水靜止水位標高約為492.0 m，該區地下水位年變幅約為2.0 m。查閱該區域水文地質資料，該地區豐水期為6—9月，枯水期為1—3月，其余月份為平水期。據了解近年處于正常條件下，最高地下水靜止水位約為494.2 m。地下水與地表的河水聯系緊密，雙方呈互補關系。根據檢測資料顯示，該橋區內的河水、地下水對混凝土及混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性，環境水對橋梁基礎施工有一定影響，河水對橋基、岸坡、河床具有較強的沖刷作用。

2.2 地形地貌

該場區位于成都平原東部，遠離龍門山和龍泉山2大斷裂帶，根據區域地質資料和橋位勘察資料進行綜合分析，場區內無影響場地穩定的斷裂構造，屬無破壞性地震區。場地地貌單元屬成都沖積平原沱江水系毗河河床、漫灘、一級階地。階面上的堆積物由第四系的沖積物構成，據勘察鉆探資料，堆積物厚度為13.7～21.4 m。基底為白堊系棕紅色砂質泥巖。橋位所處河段南高北低，其微地貌如下：0#橋臺位于毗河左岸漫灘和一級階地上，地形略有起伏；1#橋墩位于河床之上，地形平坦；2#橋墩位于毗河右側漫灘之上，地形較平坦；3#橋臺位于毗河右岸一級階地上，地形較平坦。橋區河段左右岸原為自然岸坡，數年前橋位處及其附近由于砂卵石采挖，形成巨坑，后經人工回填和水力作用泥沙淤積，造成橋位處兩岸地貌破壞、改變。勘察測得位于不同微地貌單元上的鉆孔孔口地面高程為490.70～498.71 m，相對高差8.01 m，起伏較大。現如今河道寬約75 m（勘察時水面寬約60 m），河床深約3.0 m。

2.3 氣象條件

該地區屬于亞熱帶濕潤季風氣候，四季較分明。年平均氣溫為16℃，絕對最高氣溫為35.5℃，絕對最低氣溫為﹣5.4℃。該地區年平均相對濕度為81.5%，多年平均降水量為911.7 mm。

3 橋梁總體結構分析

本橋為跨越毗河而設置，根據規劃資料，毗河遠期將進行拓寬改造，因此毗河大橋孔跨采用3×35 m布置，上部結構采用裝配式預應力混凝土連續箱梁，下部結構采用樁柱式橋墩和肋板式橋臺，基礎形式為樁基礎，且均為嵌巖樁設計。整體靜力計算采用平面桿系理論，以主梁橋軸線為基準劃分結構離散圖，如圖1所示。總體計算根據荷載組合要求的內容進行內力、應力計算，驗算結構在運營階段內力、應力是否符合規范要求。

圖1 結構離散圖

4 橋梁上部結構設計

橋梁上部結構設計，既要考慮橋梁受力特點及工程造價，也要結合橋梁實際情況。因此綜合考慮，該橋梁采用裝配式預應力混凝土連續箱梁結構，其設計要點如下。

4.1 箱梁梁體結構及主要尺寸

橋梁全寬30 m，分2幅修建，每幅寬15 m，每幅設2片邊梁（內側邊梁寬度與中梁一致）和3片中梁。小箱梁采用C50混凝土，梁高1.8 m，邊梁寬2.85 m（內邊梁寬2.4 m），中梁寬2.4 m，梁片之間采用濕接縫連接，濕接縫寬為0.635 m。橋梁橫坡為雙向人字坡，橫坡度為1.5%，橋面橫坡通過小箱梁腹板不等高、頂板傾斜來實現，保持底板水平。

4.2 預應力體系

預應力鋼束采用Φs15.2鋼絞線，抗拉標準強度fpk＝1 860 MPa，其抗拉設計強度為fpd＝1 260 MPa。縱向預應力鋼絞線采用金屬波紋管成孔，采用相應錨具及相應的張拉千斤頂。

4.3 計算情況及主要控制參數

簡支箱梁縱向結構按預應力混凝土構件設計，采用橋梁博士V3.5.0進行計算。

4.4 構造措施

為使結構內力能夠順暢傳遞，避免應力集中現象發生，對于異向截面相交的地方，必須做倒角處理，避免截面之間有小于90°的尖角出現，并順倒角設置分布鋼筋。為減少箱梁內外溫度差的影響，防止箱梁內施工及運營中可能的積水，在箱梁內每個箱室的底板分別設置4個Φ100 mm的泄水孔并兼作通氣孔使用，并在孔洞上設置鋼絲網，以避免雜物堵塞。

4.5 普通鋼筋設置原則

箱梁截面構造部分包括頂板、底板和腹板。均布置雙面鋼筋網，雙面鋼筋網之間設置蹬筋，使雙面鋼筋連成整體鋼筋骨架。在錨下除布設與錨具配套的螺旋筋外，必須布設不少于4層錨下鋼筋網，縱向鋼束錨后也應設置不少于4層錨后鋼筋網，并在鋼束同向設置加強鋼筋，以有效地散發集中的局部應力，即在錨具周圍設置構造鋼筋與梁體連接，以加強由于錨固對截面的削弱，并分散錨后的局部集中應力。

5 橋梁下部結構設計

5.1 橋墩

30 m橋寬橫向根據橋面布置等分為2幅橋，每幅橋橋墩均采用雙圓柱墩，柱間距取800 cm，柱徑取160 cm，下接Φ180 cm樁基。墩身和蓋梁均采用C40混凝土，樁基采用C30混凝土，樁間系梁采用C30混凝土。

5.2 橋臺

0號和3號臺均采用肋板式橋臺。臺帽厚170 cm，肋板厚130 cm，肋板間距570 cm，承臺取5.6 m×2.3 m×1.8 m，下接2根Φ130 cm樁基，樁間距取330 cm。臺帽、背墻和耳墻采用C40混凝土，肋板、承臺和樁基均采用C30混凝土。

5.3 樁基

墩臺基礎均按嵌巖樁設計，橋臺樁基嵌入中風化砂質泥巖，深度不小于4.5 m，橋墩樁基不小于6 m，樁基成孔方式采用機械成孔。要求樁底沉渣厚度不大于5 cm，樁的傾斜度不超過3‰。

6 橋梁抗震設計

該地區地震設計動峰值加速度為0.10g。根據CJJ166—2011《城市橋梁抗震設計規范》，該橋梁抗震設防烈度為7度，抗震設防類別為丙類，按8度設防。故該橋梁采取抗震設防措施如下：布置縱、橫向限位擋塊，樁基礎均采用螺旋箍筋，螺旋筋的接頭采用焊接；橋墩及樁基礎潛在塑性鉸區域內已按照抗震規范要求配置加密箍筋，在橋梁墩臺處防震擋塊內側墊橡膠墊塊，起緩沖消能作用。

7 橋梁耐久性設計

橋梁耐久性設計基準期為100年。上部結構安全等級等級為I-B級，下部結構等級為I-C級。

8 施工方案及注意事項

橋梁總體施工方案及工序如下：①施工橋梁范圍內的河堤至其馬道標高；②施工橋梁下部結構的樁基、承臺、肋板、墩柱，隨后完成橋梁范圍內的河堤護岸施工；③工廠或現場預制小箱梁；④現場架設裝配式預制小箱梁；⑤現澆中橫梁、濕接縫，張拉頂部負彎矩區域鋼束；⑥施工橋面鋪裝及附屬工程；⑦成橋荷載試驗，驗收。

樁基是橋梁工程的重要組成部分，承受著橋梁的整個質量，決定著橋梁運行的安全性。因此，在橋梁建設過程中，必須控制好樁基施工。樁基施工注意事項如下：①相鄰2根樁施工時不得同時成孔或同時澆筑混凝土。②施工過程中如發現地質情況與設計資料不符時，施工單位應同勘察、設計和監理三方按照單樁設計軸向力，并結合現場實際地質情況再次確定；樁基終孔時，應根據現場實際鉆（挖）孔記錄資料，判斷地層分類情況及相關力學性能指標，并確保樁基達到設計要求的巖層和深度。③為防止護壁泥漿侵入樁體而削弱斷面并影響樁基施工質量，要求鉆孔直徑不得小于設計樁徑，禁止采用小直徑鉆機通過擴孔方法形成樁基的方式。④樁基均預埋超聲波檢測管，設置比例100%。聲測管采用直縫鋼管，上部應高出樁頂50 cm，下部應用鋼板封底焊接，直至樁底，灌注混凝土前在管內灌滿水，上口處用塞子塞住。⑤聲測管設置根數為樁徑Φ1.3 m埋設3根、樁徑Φ1.8 m埋設4根；對樁基超聲檢測有問題的部位均應進行鉆探取樣，并進行成孔質量檢測。

承臺施工注意事項如下：①承臺施工前開挖必須做好防護處理，以保證邊坡的穩定性；②承臺施工時應提前預埋墩身鋼筋，并確保鋼筋定位準確和鋼筋接頭位置相互錯開，同時應注意承臺和橋墩相鄰塊段施工時間間隔不宜大于30 d的混凝土齡期差；③承臺澆筑混凝土施工時，應采取有效的散熱措施（如散熱管），控制承臺大體積混凝土的內外溫差不超過25℃，降低混凝土的水化熱，防止開裂。

橋墩施工注意事項如下：①施工前應根據工點現場的實際情況，制定詳細的橋墩施工組織方案及措施，對臨時支架、塔架等應進行詳細的設計及結構驗算，并報監理工程師批準后方可進行施工，確保施工工期、質量及安全；本設計段落橋梁墩高較矮，宜采用一次性澆注，橋墩模板采用定型鋼板。②施工過程中應保證主筋的位置準確及垂度滿足施工規范要求。③墩身主筋加工時應注意調整主筋的接頭位置，使同一截面主筋的接頭數量不超過50%[1]。④墩身主筋采用機械接頭等強連接，接頭應盡量設于受力較小區段，在任一接頭中心至長度為鋼筋直徑的40倍范圍內，同一根鋼筋不得有2個接頭。⑤混凝土的澆筑直接影響著混凝土的密實度，為了確保混凝土的質量，應該從澆筑方法和振搗2方面入手。澆注混凝土時應采用高頻振搗器進行振搗，確保混凝土的密實性[2]，同時還要防止混凝土產生離析。當混凝土澆筑到頂端時，還應采用二次振搗和二次抹面，刮去表面浮漿；混凝土澆注、振搗完畢后還應加強養護。外露部分應立即覆蓋，防止風干和日曬失水。整個養護期間，混凝土要處于有利于其硬化及強度增長的溫度和濕度環境中進行潮濕養護。在常溫下，養護應至少持續15 d，氣溫較低時需適當延長養護時間。

裝配式簡支箱梁施工一般注意事項如下：①澆筑箱梁混凝土前應用水濕潤混凝土，確保梁體與現澆混凝土接觸良好。②嚴格檢查附屬設施的預埋件是否齊全，確保無誤后方可澆筑。③施工時，應保證鋼筋位置和預應力孔道的準確性。④預制梁頂、底板和腹板時，施工單位應做好配合比試驗，正確選用骨料，且混凝土中的骨料最大粒徑不大于20 mm。⑤對于C50混凝土（箱梁混凝土），最大水膠比不大于0.36，最小膠凝材料用量不小于360 kg/m3，最大膠凝材料用量不得大于480 kg/m3；對于C40混凝土（橋墩、蓋梁混凝土），最大水膠比不大于0.45，最小膠凝材料用量不小于320 kg/m3，最大膠凝材料用量不得大于450 kg/m3；對于C35混凝土（樁基、系梁），最大水膠比不大于0.50，最小膠凝材料用量不小于300 kg/m3，最大膠凝材料用量不大于400 kg/m3；對于C30混凝土（人行道、搭板混凝土），最大水膠比不大于0.55，最小膠凝材料用量不小于280 kg/m3，最大膠凝材料用量不大于400 kg/m3。

9 結束語

箱梁具有抗扭性好、剛度大、穩定性好等優點[3]。該橋總體設計遵守“技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理”的橋梁設計基本原則[4]，同時根據水文氣象及地質條件，結合全線實際情況進行設計和施工方案制定，希望為今后類似橋梁設計和施工提供一些參考。