疏港高速春曉高架橋35 m整孔預制箱梁設計方案探討

何 駿

（浙江數智交院科技股份有限公司,浙江 杭州 310006）

0 引言

整孔預制箱梁結構由于質量可控、施工效率高、結構整體性和耐久性好、全壽命周期成本低、上部標準化程度高、施工快捷等優點，近年來在公路高架橋中獲得了廣泛使用。整孔預制箱梁基本均采用梁上運架梁工藝，由于梁體自重較大，單片梁自重達到1 000 t以上，對設備及結構上下部要求較高，結構跨徑及結構尺寸對造價影響顯著。文章以象山灣疏港高速春曉高架橋為背景，從設計方案角度研究適宜的箱梁結構、經濟跨徑及結構體系。

1 工程背景

象山灣疏港高速春曉高架橋位于浙江省寧波市梅山保稅區春曉工業園區境內，橋位平行沿海中線布設，橋梁起止里程為K0+973~K8+552，橋梁全長約7 479 m。橋梁采用雙向六車道高速公路標準，設計速度100 km/h，橋梁總寬2×16.25 m，標準段橋面橫坡2%。

橋址位于海積平原區，地勢較為平坦，臨近沿海中線。表部分布有填土，結構松散，厚0.7~3.5 m不等；下為海積的淤泥質粉質黏土，灰色，流塑狀，厚3.2~4.8 m，工程性質差；下部以含黏性土碎石為主，中密、密實狀，厚度3.5~35.1 m不等；下伏基巖為熔結凝灰巖，巖質堅硬。橋址區縱向基巖面起伏變化大，中風化巖埋深13.4~47.0 m不等。

2 橋梁上部結構設計

預制箱梁斷面形式采用常用的單箱單室斜腹板（圖1），橋梁標準跨徑35 m，調整跨為27 m、28 m、30 m、33.5 m，標準聯長5×35 m，箱梁梁高均為2.35 m。箱梁預制梁寬16.25 m，翼緣懸臂長度3.8 m，懸臂端厚度20 cm，懸臂根部厚度50 cm。箱梁頂板厚度28 cm，在支點附近頂板厚度增加至60 cm；跨中底板厚25 cm，在墩頂附近增加至50 cm；跨中腹板厚50 m，支點附近腹板增加至70 cm、100 cm，標準橫斷面如圖1所示。標準35 m中跨預制梁段自重為1 021.7 t；邊跨預制梁段自重為1 022.5 t，全橋合計主梁共391片。

圖1 整孔預制箱梁標準段橫斷面圖

3 橋型綜合比較

根據橋位處環境特點，高架橋方案應滿足以下要求：美觀、工期短、標準化，適當兼顧經濟性。

整體預應力箱梁造型美觀、造價適中，為城市高架中最常規選用的結構類型?，F澆方案工藝成熟，但常規支架現澆或移動模架施工工序復雜，工期長、安全性不高、施工質量不穩定，鑒于標準跨數量大、工期較長、施工質量不穩定，不利于整個項目的成本控制及質量控制，整孔預制架設方案近年來被廣泛應用，是當前大跨徑公路橋梁的重要實現方式[1-2]，在美觀、經濟、標準化等方面具有較好的平衡。節段拼裝施工要求較高，質量控制難度較大，體外預應力的采用使得防腐要求較高，經濟性稍差。

目前公路工程常用的預制梁主要有空心板、T梁、組合箱梁等。空心板試用跨徑較小，耐久性較差；組合小箱梁整體受力性能一般，耐久性略差，病害較多；T梁結構受力明確、豎向剛度大，耐久性好，但分片較多，施工較為繁瑣，景觀效果較差。

新型鋼結構美觀大方，施工方便，但整體鋼箱梁造價高、后期維護費用大。鋼混組合梁結構新穎、重量輕、施工方便，但組合梁上部結構費用較高、施工工序相對較多，運營階段維護成本相對較高。

綜合考慮整孔預制結構，現澆接縫少、集中預制質量易控制，耐久性和使用性能優越，景觀效果好，該橋梁最終確定采用整孔預制箱梁方案。

4 春曉高架橋整孔預制箱梁標準跨徑比選

根據項目現場實際及工程經驗，高架橋跨徑可取25~40 m。考慮到該橋全線采用高架，長度較長且穿越城鎮中心區域，過小的跨徑會墩柱林立，容易造成壓抑感，且不利于橋下被交路的布設，高架橋采用25 m跨徑偏小，故25 m跨不再比較。該項目對30 m、35 m、40 m跨徑進行經濟性比選，樁長按20 m、50 m分別估算數量，每1 m2估算造價按兩者平均取值，經濟跨徑工程量及造價比選如表1所示。

表1 整孔預制箱梁經濟跨徑比選表

由于箱梁造價與材料數量與運梁數量相關，跨徑越小，材料用量較省，但運梁片數增加施工費用相應增加。根據比選結果，30 m和35 m箱梁造價相差不大，考慮到35 m梁較高，預制時箱內拆裝模板、張拉預應力等具有更好的操作空間，內?？刹捎谜w液壓內模，避免人工拆裝費時費力精度差的缺點，故該橋推薦選用35 m為推薦跨徑。

5 結構計算

5.1 結構概述

采用通用有限元軟件Midas Civil建立5×35 m箱梁計算模型（圖2）。

圖2 5×35 m箱梁有限元計算模型

5.2 計算分析相關數據

該設計所考慮的荷載及荷載組合等均按《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60—2015）[3]及《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362—2018）[4]規范要求取用，橋梁基礎按不均勻沉降10 mm取用。

5.3 成橋階段計算結果整理

5.3.1 主梁持久狀況承載能力極限狀態驗算

主梁正截面抗彎、斜截面抗剪承載能力彎矩包絡圖如圖3、4所示，正截面抗彎驗算、斜截面抗剪驗算均滿足規范要求。

圖3 承載能力組合彎矩包絡圖（kN.m）

5.3.2 主梁持久狀況正常使用極限狀態驗算

（1）正截面抗裂驗算。該橋按全預應力構件進行正截面抗裂驗算時，在作用短期效應組合和長期效應組合下的主梁上、下緣處于受壓狀態，主梁滿足規范對于全預應力構件的正截面抗裂要求。

（2）斜截面抗裂驗算。該橋按全預應力構件計算時，在作用短期效應組合下主梁除中墩橫梁和邊支點附近的截面存在拉應力以外，其余界面均未出現拉應力，且以上切面主拉應力并不大，未超出1 MPa。短期組合主拉應力包絡如圖5所示。

圖5 短期組合主拉應力包絡圖（kPa）

（3）撓度驗算。該橋按作用短期效應組合計算的豎向最大撓度值為5.1 mm，考慮撓度長期增長系數，長期撓度為7.3 mm，規范允許值為L/600=58 mm，故滿足要求。

圖4 承載能力組合剪力包絡圖（kN）

5.4 主梁持久狀況應力驗算

5.4.1 正截面混凝土壓應力驗算

該橋按荷載標準值組合計算的主梁上緣最大壓應力為12.7 MPa，出現在墩頂附近；下緣最大壓應力為10.9 MPa。上下緣應力均滿足規范要求。

5.4.2 混凝土主壓應力驗算

該橋按荷載標準值組合計算的截面最大主壓應力為12.5 MPa，出現在墩頂附近，滿足規范要求。

6 結語

箱梁整孔預制、梁上運梁結構在我國高鐵建設領域應用較多，近年來在公路領域也逐漸被采用，適用于大型箱梁（或混凝土預制構件）批量化、工廠化預制，工期較短、造價適中，特別適用于對施工環境、工期要求高，標準跨徑規模大的工程。類似項目設計方案時，應積極增加整孔預制箱梁的比選內容，為整孔預制箱梁的應用開辟前景。