溫州龍港新城連續剛構橋的設計與施工

陳 蘭

（上海市政工程設計研究總院集團浙江市政設計院有限公司，浙江杭州310000）

1 工程概況

溫州龍港新城巴艚大橋是連接龍港新城和崇夾岙港區的橋隧通道之一的跨海大橋，北起世紀大道、友誼大道口，向南跨越友誼大道北側規劃河道、友誼大道、巴艚堤壩、漁港碼頭、巴艚漁港及華潤路后接北嶺山隧道，主線全長約1.8 km（海上段約1 km，路上段約0.8 km），按近遠期實施考慮，分幅設計。巴艚大橋主通航孔位于巴艚堤壩南側，在漁港1#、2#碼頭之間，屬于海上段，分幅設計，通航孔凈寬125 m，凈高22.5 m，一跨跨越。主橋設計為L=（90+150+90）m三跨預應力混凝土連續鋼構（見圖1），考慮主橋基礎縱向尺寸、防撞設施等因素，主跨取150 m，一跨過通航孔，北側邊墩避開巴艚堤壩，分幅設計，單幅橋寬9.5 m（0.5 m防撞墻+0.5 m檢修道+8 m車行道+0.5 m防撞墻），近期雙向2車道，遠期雙向4車道。考慮遠期主橋實施及結構布置，兩幅橋中心距15 m。

圖1 主橋立面布置圖（單位：m）

2 主要設計標準

（1）設計荷載：汽車荷載：城—A級。

（2）抗震設防標準：

該地區抗震設防烈度為6度，設計基本地震動加速度值峰為0.05 g；橋梁抗震設防分類為乙類，抗震設計方法分類為B類，抗震措施按符合7度區要求設防。

（3）基本風速：百年一遇基本風速值33.8 m/s。

（4）結構設計安全等級：一級。

（5）環境類別：Ⅲ類。

（6）結構使用年限：100 a。

（7）通航凈空：主橋通航凈寬125 m，通航凈高22.5 m，最高通航水位4.47 m。

3 主橋結構設計

3.1 上部結構設計

主橋主梁采用（90+150+90）m預應力混凝土變截面箱梁，中支點梁高9.0m，邊支點和跨中梁高3.5 m，箱梁高度按1.8次拋物線線形變化，邊跨側與中跨側梁高對稱。橋梁截面為單箱單室直腹板箱型截面，箱梁頂板寬9.20 m，設置2%單向橫坡；底板寬5.20 m，橫向為平坡（見圖2）。箱梁截面頂板厚26 cm，底板厚25～100 cm，腹板厚45～75 cm，挑臂長度2.0 m，挑臂根部厚55 cm。墩頂及中跨跨中處設置橫梁。箱梁節段長度0＃段為12 m，其它節段長3.0～4.5 m，共17個節段，合龍段長2.0 m。全橋共設置1個主跨合龍段和2個邊跨合龍段。

箱梁采用縱向、豎向預應力體系。箱梁腹板束和頂、底板縱向束采用Φs15.2-12和Φs15.2-9高強度低松弛鋼絞線，均采用兩端張拉；豎向預應力鋼筋布置于腹板及墩梁節點橫梁內，在頂板上進行單端張拉，縱向標準間距0.5 m；墩頂橫梁設置人洞，為改善其受力設置橫向預應力，采用精軋螺紋鋼筋。箱梁設置了懸澆階段頂板及合龍段底板備用束，備用束可在堵管等特殊情況下使用。

圖2 主梁橫截面圖（單位：mm）

3.2 下部結構設計

主橋主墩采用空心薄壁墩，墩柱截面采用單箱單室，橫橋向寬5.2m，順橋向寬5.0m,壁厚0.8m，墩內設置一道橫隔板，承臺為圓形承臺，高4.0 m，封底混凝土厚1.5 m；樁基礎采用7φ2.0 m大直徑鉆孔灌注樁，持力層為10-3中等風化凝灰巖，嵌巖深度不小于2倍樁徑，鉆孔灌注樁要求樁端沉渣厚度≤5 cm，采用樁底后注漿工藝。

主橋邊墩采用獨柱接預應力L型蓋梁橋墩，蓋梁高3.4 m，頂寬1.2 m，底寬2.8 m，鋼束采用Φs15.2-12高強度低松弛鋼絞線，兩端張拉；立柱橫向寬2.8m，順橋向寬2.2m；承臺為矩形，高2.5m，其中Pm21封底混凝土厚1.0m；樁基采用6φ1.5m鉆孔灌注樁。根據地質條件，Pm18墩為摩擦樁，持力層為8-1粉質粘土層鉆孔灌注樁要求樁端沉渣厚度≤10 cm，采用樁底后注漿工藝；Pm21墩持力層為10-3中等風化凝灰巖，嵌巖深度不小于2倍樁徑，鉆孔灌注樁要求樁端沉渣厚度≤5 cm，采用樁底后注漿工藝。

4 結構分析

4.1 計算模型

利用有限元空間分析程序MIDAS-Civil建立全橋空間模型進行靜力分析。建模時按實際截面形式模擬主梁截面、橋墩截面和承臺截面，采用梁單元建模。邊界條件模擬為：中墩處墩、梁固結，采用剛性彈性連接模擬；邊墩處考慮支座與墩柱的組合剛度，采用一般彈性連接模擬。承臺底考慮樁-土相互作用對結構剛度的影響。主橋有限元模型見圖3所示。

圖3 主橋計算模型

4.2 計算荷載及荷載組合

（1）恒載：一期恒載為梁部自重。砼容重取26kN/m3,箱梁按實際斷面計取重量。二期恒載包括橋面防撞欄、橋面鋪裝、檢修道等，二期恒載為64.7 kN/m。

（2）活載：城－A級，并按城-A重車間距28 m（即前后車輛軸距10 m）進行驗算，橫向兩車道，不折減。

（3）沖擊系數、離心力和制動力按《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）考慮。

（4）溫度影響：整體升溫：25℃；整體降溫：25℃。橋面板局部升降溫：升溫：T1＝14℃，T2＝5.5℃，降溫：T1＝7℃，T2＝2.75℃。

（5）基礎變位：相鄰兩支座不均勻沉降按邊墩-20 mm、主墩-20 mm考慮。

（6）風荷載：百年一遇V10=33.8 m/s；施工階段風速重現期系數取0.88（重現期20 a）；最大行車風速V=25 m/s。

（7）地震力：抗震設防烈度采用7度，設計基本地震動加速度值峰為0.05 g。按7度進行E1地震作用下的抗震分析及抗震驗算。

（8）荷載組合：

恒載＋預加力＋混凝土收縮徐變+變位+汽車荷載＋溫度荷載＋風荷載（其中汽車荷載，溫度荷載，風荷載對組合值有利時不參與組合，不利時參與組合）。

a.持久狀況承載能力極限狀態計算：基本組合；

b.持久狀況正常使用極限狀態計算：作用短期效應組合和作用長期效應組合；

c.持久狀況和短暫狀況構件應力計算：標準值組合和施工階段驗算。

4.3 靜力計算分析

運營階段主梁靜力計算主要考慮成橋階段的恒載和活載、溫度力等附加力的組合，計算中考慮混凝土伸縮、徐變的影響。根據結構實際體系轉換順序進行施工階段模擬，在成橋運營階段最不利荷載作用下，結構抗力包絡圖如圖4所示。圖5為斜截面抗剪承協載力包絡圖。

圖4 正截面抗彎承載力包絡圖（外線為抗力，內線為內力）（單位：kN）

圖5 斜截面抗剪承載力包絡圖（外線為抗力，內線為內力）（單位：kN）

由圖4可知，在承載力能力極限狀態時邊跨端部最大、最小彎矩組合值為39704.3 kN·m、12 522.2 kN·m，極限抗力為84 704.9 kN·m；邊跨跨中最大、最小彎矩組合值為 -2 981.7 kN·m、-134 107.9 kN·m，極限抗力為-224 418.7 kN·m；邊跨最大正彎矩點最大、最小彎矩組合值為90 638.2 kN·m、8 189.7 kN·m，極限抗力為104 916.9 kN·m；中支點最大、最小彎矩組合值為 -853 813.2 kN·m、-1 297 679.5 kN·m，極限抗力為-1 517 400.7 kN·m；中跨跨中最大、最小彎矩組合值為163 806.3 kN·m、70 084.6 kN·m，極限抗力為171 784.8 kN·m。控制截面最大、最小彎矩組合值均小于極限彎矩抗力值，均滿足規范要求。

由圖5可知，在承載力能力極限狀態時邊跨支點最大、最小剪力設計值為-3 332.5 kN、-9 055.8 kN，極限抗力為-16 679.5 kN；邊跨跨中最大、最小剪力設計值為12236.5kN、6745.5kN，極限抗力為20075.0kN；中支點最大、最小剪力設計值為-30 869.6 kN、-44562.1 kN，極限抗力為 -55 340.9 kN；中跨跨中最大、最小剪力設計值為1 800.5 kN、-1 797.5 kN，極限抗力為±11 637.6 kN。控制截面最大、最小剪力設計值均小于極限剪力抗力值，均滿足規范要求。表1為主梁應力匯總表。

表1 主梁應力匯總表（單位：MPa）

由表1可知，在長期效應組合作用下結構沒有出現拉應力，上緣最大壓應力為11.04 MPa，下緣最大壓應力為11.89 MPa，應力均勻良好；在短期效應組合作用下，上緣最小正應力為1.76 MPa，下緣最小正應力為0.71 MPa，全橋基本沒有出現拉應力，最大主拉應力為-0.705 MPa，小于規范容許值-1.37 MPa；標準值組合作用下，上緣最大正應力為16.11 MPa，下緣最大正應力為13.96 MPa，小于規范容許值17.75 MPa，最大主壓應力為16.50 MPa，小于規范容許值21.30 MPa。結構強度滿足規范要求。

結構計算結果受拉區鋼束最大拉應力為1 187 MPa，小于規范容許值1 209 MPa，滿足規范要求。

5 主橋施工方案

巴艚大橋主橋采用懸臂澆筑法施工，施工階段主梁處于懸臂狀態，合龍前懸臂達到最大。根據施工總體安排，將（90+150+90）m箱梁劃分為18個梁段（0#～17#），詳細施工過程如下：

（1）施工樁基、承臺及橋墩。

（2）立模澆筑0#節段，完成懸臂施工固結，形成T構，張拉0#節段懸臂鋼束，及橫向、豎向預應力鋼筋。

（3）在0#節段上拼裝掛籃，采用掛籃懸臂對稱澆筑1#節段，張拉1#節段懸臂鋼束。

（4）移動掛籃至1#節段，采用掛籃懸臂對稱澆筑2#節段，張拉2#節段懸臂鋼束。

（5）重復步驟（4），依次分段懸臂對稱澆筑3#～17#節段及張拉相應節段懸臂鋼束，及橫向鋼束、豎向預應力鋼筋。

（6）懸澆同時，在邊墩承臺上分別搭設支架，立模澆筑邊跨現澆段。

（7）邊跨掛籃改成吊支架，澆筑邊孔合龍段，張拉邊跨跨中所有頂板及底板連續鋼束。

（8）中跨掛籃改成吊支架，施加頂推力，澆筑中孔合龍段，張拉中跨跨中頂板及部分底板連續鋼束。

（9）拆除掛籃或壓重，張拉橫向鋼束和豎向鋼筋，澆筑主梁挑臂后澆段，完成三跨剛構主梁施工。

（10）完成橋面防撞欄桿、橋面鋪裝、檢修道等附屬工程，全橋施工完成。

根據結構實際體系轉換順序進行施工階段模擬，施工階段最大壓應力為14.0 MPa，小于規范容許值19.88 MPa，最大拉應力為-0.31 MPa，小于規范容許值-1.534 MPa，滿足規范要求。

6 結語

巴艚大橋的技術標準、橋位選擇、橋型結構方案等均符合項目總體設計要求，在考慮滿足行車安全、舒適的同時，高度重視橋梁景觀設計，連續剛構橋梁建筑造型美觀、大方，與周圍環境良好協調。同時充分重視對水環境和自然景觀的保護，達到了人文景觀同自然景觀的完美結合，使巴艚大橋成為溫州龍港新城的標志性景觀建筑。大橋橋梁建設條件復雜，在設計與施工中必然存在難點，因此要結合設計與施工的需要，做好結構抗風抗震、防船舶撞擊、橋梁健康監測等其它科研工作，為大橋的設計與施工提供技術支撐。