福州洪塘大橋輔航道橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蔣 維 剛

(上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院，上海 200000)

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福州洪塘大橋輔航道橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蔣 維 剛

(上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院，上海 200000)

結(jié)合福州洪塘大橋工程實(shí)例，介紹了輔通航孔橋的設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并從總體布置、橫縱向設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算等方面，闡述了該輔航道橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施，歸納了施工的注意要點(diǎn)，為類(lèi)似橋梁設(shè)計(jì)施工提供參考。

輔航道橋，上部結(jié)構(gòu)，懸臂澆筑，荷載，預(yù)應(yīng)力

1 項(xiàng)目概況

洪塘大橋項(xiàng)目位于福州市中心城區(qū)，是連接上街片區(qū)與倉(cāng)山區(qū)及中心城區(qū)的重要越江通道，工程?hào)|起妙峰路，與一期工程銜接，西至閩侯上街國(guó)賓大道，現(xiàn)狀老橋主橋?yàn)橄鲁惺饺氰旒苓B續(xù)梁，引橋?yàn)轭A(yù)制T梁，老橋總長(zhǎng)度約1 846 m。

為滿足施工期間維持航運(yùn)不中斷，需設(shè)置輔通航孔作為施工期間的臨時(shí)航道。輔通航孔設(shè)置于現(xiàn)狀航道處(老橋主孔內(nèi))，作為新建主橋主孔規(guī)劃航道還未開(kāi)通前的限制性通航，可以滿足現(xiàn)狀航道等級(jí)下的單孔單向通航標(biāo)準(zhǔn)(通航凈寬45 m)。

本次輔通航孔橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)40+60+40=140 m；本橋作為城市景觀橋梁的一部分，考慮盡量減少橋梁施工、運(yùn)營(yíng)中對(duì)于環(huán)境的影響和污染，且考慮到施工期間不影響通航以及通航的安全性，經(jīng)綜合比選后，確定采用懸臂澆筑的施工方法。

2 采用基礎(chǔ)資料

2.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1)設(shè)計(jì)荷載：城—A級(jí)。人群荷載按CJJ 11—2011城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中第10.0.5條取用；2)橋面寬：橋?qū)?1.75 m；3)整體升降溫：-45 ℃～+35 ℃；4)梯度溫度：按JTG D60—2015公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范第4.3.12條取值；5)下部結(jié)構(gòu)不均勻沉降：沉降按1 mm考慮，取最不利工況進(jìn)行組合；6)地震烈度：7度設(shè)防(0.1g)；7)橋梁環(huán)境類(lèi)別：Ⅱ類(lèi)(濱海環(huán)境)；8)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γo=1.1；9)按JTG/T D60—01—2004公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算。地表類(lèi)別：A類(lèi)，基本風(fēng)速(百年一遇)：37.4 m/s，橋面運(yùn)營(yíng)設(shè)計(jì)風(fēng)速25 m/s，施工階段設(shè)計(jì)風(fēng)速按十年一遇25.7 m/s。

2.2 材料

上部結(jié)構(gòu)采用C50混凝土；箱梁配置的預(yù)應(yīng)力鋼束采用15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線；鋼筋采用HRB400鋼筋；防崩鋼筋采用HPB400。

2.3 荷載組合

組合一：準(zhǔn)永久荷載組合；組合二：頻遇荷載組合；組合三：標(biāo)準(zhǔn)值荷載組合。

3 總體布置及構(gòu)造

3.1 總體布置

輔通航孔橋全長(zhǎng)40+60+40=140 m，橋梁總體布置圖見(jiàn)圖1，橋面布置情況：4.0(人行道)+3.5(非機(jī)動(dòng)車(chē)道)+0.5(欄桿)+23.25(機(jī)動(dòng)車(chē)道)+0.5(防撞護(hù)欄)；梁高按二次拋物線變化。在支點(diǎn)處梁高為4.5 m，跨中梁高2.5 m，支座間距11 m。采用封閉箱形斷面，橫向?yàn)閱蜗?室，箱寬31.75 m。

3.2 構(gòu)造尺寸及節(jié)段劃分

主橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁，梁高按二次拋物線變化。在支點(diǎn)處梁高為4.5 m，跨中梁高2.5 m，支座間距11 m。采用封閉箱形斷面，橫向?yàn)閱蜗?室，直腹板的形式，箱寬31.75 m；主梁頂板厚度25 cm，底板厚度25 cm～80 cm，腹板厚度45 cm～75 cm；梁體兩側(cè)懸臂分別為2.7 m,2.2 m，懸臂板厚為20 cm～60 cm，橋面板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。箱梁采用C50混凝土，腹板預(yù)應(yīng)力采用M15.20-15J，頂?shù)装孱A(yù)應(yīng)力采用M15.20-12J，M15.20-9J，M15.20-9PT的配束形式。

箱梁采用懸臂澆筑方法施工，節(jié)段劃分圖見(jiàn)圖2。橋梁一共劃分7個(gè)節(jié)段，分別為0號(hào)塊段和6個(gè)懸臂澆筑節(jié)段，節(jié)段長(zhǎng)度分別為3.5 m，4 m。其中0號(hào)塊長(zhǎng)6 m。1號(hào)～2號(hào)節(jié)段長(zhǎng)3.5 m，3號(hào)～6號(hào)節(jié)段長(zhǎng)4 m。中跨合龍段長(zhǎng)2.0 m。整個(gè)邊跨處有8.94 m長(zhǎng)的支架現(xiàn)澆段，邊跨合龍段長(zhǎng)2.0 m，支點(diǎn)處均設(shè)雙支座，支座橫橋向間距為11 m。斷面見(jiàn)圖3，圖4。

4 縱向設(shè)計(jì)

4.1 縱向預(yù)應(yīng)力布置

預(yù)應(yīng)力的配置和采用的施工方法相結(jié)合，由于本次超寬變截面連續(xù)箱梁采用懸臂澆筑的施工方法，中跨每節(jié)段布置節(jié)段腹板束和頂板束，合龍段處布置底板束，邊跨布置連續(xù)鋼束。腹板束采用彎起鋼束，根據(jù)以往的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，這種方法能最好地控制混凝土梁斜裂縫的出現(xiàn)，使箱梁的主應(yīng)力變小，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。腹板束采用15.2-15，頂?shù)装迨謩e采用15.2-12和15.2-9。預(yù)應(yīng)力總體配置立面見(jiàn)圖5，圖6。

4.2 縱向結(jié)構(gòu)計(jì)算

縱向靜力計(jì)算根據(jù)橋梁施工流程劃分來(lái)考慮結(jié)構(gòu)計(jì)算階段，根據(jù)荷載組合要求的內(nèi)容進(jìn)行應(yīng)力、主梁極限承載力計(jì)算，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力及整體剛度是否符合規(guī)范要求。上部結(jié)構(gòu)按A類(lèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

總體計(jì)算時(shí)按實(shí)際施工過(guò)程模擬，先邊跨合龍，再中跨合龍。有限元計(jì)算模型見(jiàn)圖7。

具體計(jì)算需包含以下內(nèi)容：

1)持久狀況下的應(yīng)力驗(yàn)算。持久狀況下的應(yīng)力計(jì)算應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值組合進(jìn)行，按A類(lèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)要求，在最不利荷載作用下允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但拉應(yīng)力和壓應(yīng)力均需要控制在規(guī)范允許值內(nèi)。

2)抗裂性驗(yàn)算。主梁縱向按A類(lèi)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，抗裂驗(yàn)算采用作用的頻遇組合，不計(jì)汽車(chē)沖擊系數(shù)，抗裂驗(yàn)算應(yīng)滿足JTG D62—2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范第6.3.1條的規(guī)定。

3)強(qiáng)度計(jì)算。在持久狀況下承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，采用基本組合，且結(jié)果應(yīng)滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》第5章的規(guī)定。

4)最大懸臂狀態(tài)計(jì)算。在最大懸臂狀態(tài)時(shí)考慮豎向風(fēng)荷載作用，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行最大懸臂狀態(tài)安全性驗(yàn)算。根據(jù)JTG D60—01—2004公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范第4.5條取相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和荷載工況，左右不對(duì)稱系數(shù)取0.5。

5)撓度及預(yù)拱度計(jì)算。上部結(jié)構(gòu)擾度驗(yàn)算應(yīng)參照J(rèn)TG D62—2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范第6.5條的規(guī)定執(zhí)行，上部結(jié)構(gòu)的豎向最大撓度不應(yīng)大于1/600L，L為上部結(jié)構(gòu)的計(jì)算跨徑，經(jīng)過(guò)計(jì)算可知上部結(jié)構(gòu)的擾度滿足規(guī)范要求。

4.3 橫向結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.3.1 橋面板計(jì)算

采用封閉箱形斷面，橫向?yàn)閱蜗?室，直腹板的形式，箱寬31.75 m；主梁頂板厚度25 cm，底板厚度25 cm～80 cm，腹板厚度45 cm～75 cm；梁體兩側(cè)懸臂分別為2.7 m，2.2 m，橋面板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。橫向配置直徑16 mm的鋼筋。橋面板計(jì)算模型見(jiàn)圖8。

經(jīng)計(jì)算橋面板的裂縫滿足規(guī)范規(guī)定的要求。

4.3.2 橫梁計(jì)算

輔通航孔橋的中橫梁寬2.5 m，高4 m，橫梁上設(shè)有人孔，端橫梁寬1.5 m，高2.5 m。橫梁按A類(lèi)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，橫梁鋼束規(guī)格采用15.2-17。

橫梁計(jì)算模型見(jiàn)圖9。

經(jīng)計(jì)算端橫梁和中橫梁都滿足規(guī)范規(guī)定的抗裂及抗剪要求。

5 施工方法

本橋采用懸臂澆筑施工方法：邊跨部分節(jié)段及主墩0號(hào)段混凝土梁采用支架現(xiàn)澆的施工方法，其余梁段均采用懸臂澆筑方案。先合龍邊跨，最后合龍中跨。

1)0號(hào)和邊跨段澆筑。

在主墩承臺(tái)上搭設(shè)鋼管支架，在支架上澆筑邊跨現(xiàn)澆段及中跨0號(hào)塊，完成0號(hào)塊的臨時(shí)固接。

2)節(jié)段懸臂澆筑。

懸臂澆筑1號(hào)～6號(hào)塊箱體，張拉各節(jié)段相應(yīng)的腹板束和頂?shù)装孱A(yù)應(yīng)力鋼束。縱向節(jié)段重量最大約為3 200 kN，掛籃的最大重量控制在1 280 kN以下。掛籃每個(gè)節(jié)段施工均應(yīng)嚴(yán)格控制施工標(biāo)高。掛籃在投入使用前，須經(jīng)過(guò)壓重試驗(yàn)，確保掛籃的強(qiáng)度和剛度，減小掛籃的非彈性變形，并應(yīng)記錄掛籃的彈性變形。

3)合龍段合龍。

中跨合龍前先檢查合龍標(biāo)高。箱梁合龍段臨時(shí)連接可采用勁性骨架形式。在正式施工前，需先對(duì)一天中的氣溫變化進(jìn)行觀測(cè)，選擇合適時(shí)間，焊接合龍段間的勁性骨架后，一次澆筑混凝土。整個(gè)過(guò)程在盡量短的時(shí)間內(nèi)完成。混凝土澆筑完并達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后張拉合龍束。

6 結(jié)語(yǔ)

福州洪塘大橋是連接上街片區(qū)與倉(cāng)山區(qū)及中心城區(qū)的重要越江通道，項(xiàng)目的早日建成對(duì)福州當(dāng)?shù)氐慕煌ǜ纳菩Ч@著，同時(shí)也對(duì)經(jīng)濟(jì)文化的發(fā)展帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。輔通航孔橋的設(shè)計(jì)綜合考慮了橋址的通航條件、施工工期、施工風(fēng)險(xiǎn)等因素，本文總結(jié)了連續(xù)梁橋上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程，懸臂澆筑過(guò)程中節(jié)段的劃分，預(yù)應(yīng)力的配置以及上部結(jié)構(gòu)的橫向設(shè)計(jì)，本橋還有橋梁寬度比較寬的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以為類(lèi)似超寬箱梁橋的設(shè)計(jì)提供一定的借鑒。

[1] 項(xiàng)海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2] 范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2012.

[3] 馮 雙.懸臂澆筑法在大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁設(shè)計(jì)及施工中的應(yīng)用[J].中國(guó)市政工程,2014,10(5):89-94.

On upper structural design of auxiliary shipping channel bridge at Hongtang Bridge of Fuzhou

Jiang Weigang

(ShanghaiUrbanConstructionDesignInstitute,Shanghai200000,China)

Combining with the Hongtang Bridge of Fuzhou, the paper introduces the design technical standards for the auxiliary shipping channel bridge, illustrates its upper structural design measures from the total allocation, horizontal and longitudinal design, and structural calculation, and sums up the construction precautions, so as to provide some reference for similar construction design.

auxiliary shipping channel bridge, upper structure, cantilevel grouting, loading, prestress

1009-6825(2016)18-0172-03

2016-04-15

蔣維剛(1985- )，男，工程師

U442

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