漢北河竟陵大橋主橋連續(xù)梁設(shè)計(jì)

嚴(yán)少波

（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，武漢 430051）

漢北河竟陵大橋是湖北省重要的南北向干線公路——皂（市）毛（嘴）公路上的控制性工程，已納入湖北省公路水路“十二五”規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目庫。該橋跨越漢北河，位于天門市區(qū)陸羽大道以北，漢北河老龍堤下游1.5km處。大橋的建設(shè)，對(duì)于優(yōu)化區(qū)域公路網(wǎng)布局，充分發(fā)揮干線公路的作用和功能，緩解中心城區(qū)交通壓力，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，加快天門融入武漢城市圈等方面具有重大意義［1］。

竟陵大橋橋跨布置為：4×20m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)空心板＋（40m＋5×70m＋40m）預(yù)應(yīng)力混凝土變高度連續(xù)箱梁＋4×20m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)空心板，全橋總長594.62m。大橋主橋?yàn)椋?0m＋5×70m＋40m）7跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋（如圖1所示）。大橋總體設(shè)計(jì)綜合考慮地形、通航、水文、地質(zhì)、防洪等因素，在滿足大橋使用功能的前提下，力求達(dá)到景觀協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)安全、方便施工。

1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)車速：80km／h。

橋面布置：按雙向6車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，橋梁寬度為24.5m，布置形式為0.5m（防撞墻）＋11m（行車道）＋0.5m（防撞墻）＋0.5m（分隔帶）＋0.5m（防撞墻）＋11m（行車道）＋0.5m（防撞墻）。

設(shè)計(jì)荷載基本參數(shù)：公路－Ⅰ級(jí)汽車荷載。

船舶撞擊力：主通航孔順?biāo)鞣较?50kN，橫水流方向550kN。

設(shè)計(jì)洪水頻率：1／100，最高通航水位27.951m，最低通航水位21.201m，設(shè)計(jì)水位29.225m。

橋下通航等級(jí)：按Ⅳ－（3）航道考慮，凈寬45m，凈高8.0m。

橋面平、縱、橫設(shè)計(jì)：平面位于R＝1400m圓曲線接直線段上，縱面位于i＝2.2%上坡接R＝7000的凸型豎曲線接i＝2.2%下坡上。橋面采用雙向橫坡2%。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 主梁設(shè)計(jì)

竟陵大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為七跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁采用單箱單室截面（如圖2所示），箱梁頂寬12.24m，箱梁底寬6.5m，兩側(cè)懸臂長度2.87m。箱梁混凝土標(biāo)號(hào)為C50。

箱梁支點(diǎn)截面根部梁高4m，跨中及端部梁高2m。箱梁根部底板厚65cm，跨中底板厚30cm。箱梁梁高、底板厚度從支點(diǎn)截面根部至跨中按1.8次拋物線變化，其中梁高的變化方程為：y＝0.003798 7x1.8＋2，底板厚的變化方程為：y＝0.000664 78x1.8＋0.3，式中x表示相對(duì)變化起點(diǎn)的距離，y表示相對(duì)變化起點(diǎn)的高差。

腹板在主墩墩頂0號(hào)梁段及左右三個(gè)梁段均為70cm，中跨跨中及邊跨現(xiàn)澆梁段為50cm，其它之間梁段腹板厚度由70cm變到50cm，腹板厚度在兩個(gè)箱梁節(jié)段內(nèi)直線變化。箱梁頂板厚度28cm。箱梁頂設(shè)有2%的單向橫坡。沿橋設(shè)計(jì)線，墩頂0號(hào)梁段長10m，梁段長度從根部至跨中各為：5×3.0m、4×3.5m，邊、中跨合攏段長2m。邊跨現(xiàn)澆段長3.65m。

竟陵大橋主橋上部結(jié)構(gòu)按預(yù)應(yīng)力混凝土全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，采用三向預(yù)應(yīng)力，縱、橫向預(yù)應(yīng)力采用《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB／T 5224—2003）標(biāo)準(zhǔn)270級(jí)高強(qiáng)度低松馳鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa，設(shè)計(jì)錨下張拉控制應(yīng)力1395MPa。箱梁縱向鋼束每股直徑15.2mm，采用大噸位群錨體系，最多每束達(dá)15根鋼絞線，最大控制張拉力2929.5kN。箱梁橫向預(yù)應(yīng)力鋼束每股直徑15.2mm，采用BM15－3扁錨體系，采用一端單根張拉方式，控制張拉力為585.9kN。豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32精軋螺紋粗鋼筋及軋絲錨，JLM錨具。豎向鋼束張拉方式按單端張拉，精軋螺紋粗鋼筋控制張拉力為542kN?？v向預(yù)應(yīng)力束管道采用預(yù)埋金屬波紋管成孔，橫、豎向預(yù)應(yīng)力束（筋）管道采用預(yù)埋金屬波紋管成孔，常規(guī)預(yù)應(yīng)力孔道壓漿工藝。

2.2 橋墩及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

主橋主墩采用圓端形薄壁墩，墩身厚3.0m，橫橋向?qū)?.75m。承臺(tái)順橋向長10.1m，橫橋向?qū)?.0m，高2.5m。承臺(tái)下接6根直徑1.5m的鉆孔樁，順橋向兩排、橫橋向3排布置。

主橋邊墩采用薄壁墩，蓋梁寬1.1m，長11.94m，高1.5m，墩身厚2.5m，橫橋向?qū)?.5m。承臺(tái)順橋向長6.3m，橫橋向?qū)?.5m，高2.0m。承臺(tái)下接4根直徑1.5m的鉆孔樁，順橋向兩排、橫橋向兩排布置。

為避免或減少因船舶碰撞橋墩帶來的墩身結(jié)構(gòu)局部破損、船體破損及相應(yīng)的損失，可在通航孔兩側(cè)橋墩四周采取用橡膠碰墊等浮式吸能設(shè)施圍護(hù)措施等。

2.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

竟陵大橋主橋整體計(jì)算采用桿系理論，以主梁橋軸線為基準(zhǔn)劃分結(jié)構(gòu)離散圖。采用Dr.Bridge3.2軟件建立有限元模型，主橋上部結(jié)構(gòu)共劃分176個(gè)單元，其中一個(gè)中支座采用水平及豎向約束，其余支座均采用豎向約束。計(jì)算模型及單元?jiǎng)澐秩鐖D3所示。

竟陵大橋主橋采用懸臂澆筑法，計(jì)算模型按照施工方案共劃分了46個(gè)計(jì)算階段，其中前45個(gè)階段為施工階段，最后一個(gè)階段為正常使用階段。每個(gè)懸臂施工階段包括掛籃就位、梁段澆筑、張拉預(yù)應(yīng)力束（筋）及掛籃前移等四個(gè)主要工況［2］。成橋運(yùn)營計(jì)算包括恒載、活載、支點(diǎn)沉降、溫度等工況［3］。

通過對(duì)結(jié)構(gòu)整體分析驗(yàn)算，綜合考慮了短暫狀況與持久狀況時(shí)的各種工況，包括自重、施工荷載、預(yù)應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力二次力、收縮徐變次內(nèi)力、非線性溫差、活載、基礎(chǔ)變位等作用；對(duì)箱梁施工、使用階段各截面的內(nèi)力、應(yīng)力，以及使用階段的強(qiáng)度等均進(jìn)行了計(jì)算分析，各種最不利荷載組合下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。表1為承載能力極限狀態(tài)組合下結(jié)構(gòu)控制斷面正截面彎矩值與最大抗力比較，圖4給出了結(jié)構(gòu)各單元正截面彎矩值與最大抗力比較圖，從圖中可以看出各截面內(nèi)力值均小于最大抗力，滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 承載能力極限狀態(tài)組合單元內(nèi)力與最大抗力比較表

2.4 耐久性設(shè)計(jì)及主要施工方法

1）嚴(yán)格控制混凝土原材料中骨料、水泥、粉煤灰等礦物摻合料、水、外加劑的質(zhì)量和混凝土配合比技術(shù)指標(biāo)，選擇合理的施工工藝［4］。

2）預(yù)應(yīng)力筋過于集中及預(yù)應(yīng)力噸位過大易導(dǎo)致混凝土開裂，設(shè)計(jì)合適可靠的豎向預(yù)應(yīng)力的同時(shí)，適當(dāng)增設(shè)腹板縱向預(yù)應(yīng)力下彎束，減小箱梁腹板主拉應(yīng)力。

3）箱梁0號(hào)梁段（墩頂）的橫隔板的厚度不宜太厚，應(yīng)盡可能與頂板、腹板的剛度匹配，設(shè)置足夠的底板鋼筋；在箱梁0號(hào)梁段的內(nèi)、外主筋的表面設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)片，同時(shí)箱梁0號(hào)梁段的混凝土中可加入抗混凝土開裂的杜拉纖維或鋼纖維，以提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能。

4）為提高預(yù)應(yīng)力筋的耐久性，預(yù)應(yīng)力孔道管采用水泥基漿體填充，采用真空吸（壓）漿工藝施工［5］。采用不低于結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度80%的細(xì)石混凝土封錨，封錨混凝土應(yīng)適當(dāng)添加膨脹劑，減少收縮影響；封錨混凝土厚度（錨具外緣至封錨面）不小于5cm。

竟陵大橋主橋多個(gè)主墩位于河道內(nèi)，主墩基礎(chǔ)施工必須趕在枯水期內(nèi)完成，可采用鋼管樁圍堰施工主墩承臺(tái)。墩身采用爬?；蚍，F(xiàn)澆，基樁采用鉆孔施工。主橋上部結(jié)構(gòu)施工工藝流程為：下部結(jié)構(gòu)施工完成后，在墩旁托架上澆筑0號(hào)塊，其余塊件（除合攏段及邊跨現(xiàn)澆段外）均以掛籃懸臂對(duì)稱澆筑，并張拉各階段預(yù)應(yīng)力鋼束，直至最大懸臂；然后按先邊跨后中跨的順序依次合攏；最后進(jìn)行橋面系施工。

3 結(jié) 語

作為湖北省公路水路“十二五”規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目，漢北河竟陵大橋的建成對(duì)改善天門市交通和武漢市城市圈的建設(shè)均有重要意義。結(jié)合該橋的設(shè)計(jì)過程，對(duì)橋梁的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、主梁設(shè)計(jì)和橋墩和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算、耐久性設(shè)計(jì)和主要施工方法等進(jìn)行了詳細(xì)介紹，從材料、構(gòu)造措施、施工工藝等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以保障大橋的長效使用壽命，希望能為同類橋梁的設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

［1］湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院.省道皂毛公路天門市竟陵至岳口段改建工程（第03合同段）施工圖設(shè)計(jì)［Z］.武漢：湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，2013.

［2］袁任重，姜友生，丁望星，等.荊岳長江公路大橋南邊跨主梁施工技術(shù)［J］.交通科技，2013（5）：46.

［3］牛遠(yuǎn)志.拉薩河特大橋引橋32m連續(xù)梁設(shè)計(jì)［J］.橋梁建設(shè)，2005（5）：3133.

［4］蘇 偉，王俊杰.秦沈客運(yùn)專線剛構(gòu)連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2001（11）：12－14.

［5］劉云飛，李 明.預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)—連續(xù)組合梁橋設(shè)計(jì)［J］.城市道橋與防洪，2004（4）：46－50.