拱形連續剛構橋設計與施工

范佐銀

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引 言

西寧市是中國夏都旅游城市，近年來，隨著城市的發展，需在海湖新區火燒溝上架設多座橋梁，以滿足整個新區的總體路網規劃和景觀要求，海晏路跨火燒溝橋梁是其中一座。該橋東接西寧市舊城區，西接新城區，上跨火燒溝景觀帶，北臨湟水河景觀帶，要求建設成為一座融生態型、觀光型和藝術性為一體的景觀交通橋梁。本著適明、經濟、安全和美觀的原則，在設計時經過認真方案比選，確定了帶有變化的拱形連續剛構橋結構，滿足了功能與景觀的要求，該橋將會成為海湖新區旅游、觀光的景點之一。本文簡要介紹了該橋梁設計與施工的情況。

1 工程概況

海晏路橋位于西寧市海湖新區，橫跨火燒溝條，它東與文亭路相交，西與文博路相接，是該新區路網連接的重要工程。橋梁所跨的火燒溝為景觀帶，為了結合景觀效果，經過多方案比較分析，決定采用主跨21m+30 m+21m拱形連續剛構橋方案，橋梁全長78.16 m，橋寬30 m，分左右幅設計，橋型布置如圖1所示。

1.1 主要技術標準

（1）道路等級：城市次干道；

（2）設計荷載：城-A級；人群3.5 kN/m2；

（3）橋面布置：6.0m（人行道）+9.0m（行車道）+9.0m（行車道）+6.0m（人行道）=30.0m；

（4）溫度：整體升降溫±35℃；

（5）地震基本烈度：地震基本烈度為Ⅶ度，地震動峰值加速度系數0.10g。

1.2 地質概況

擬建場地位于西寧盆地中部，西寧盆地是在前元古界基底上發育的中一新生代陸相斷陷盆地，受北部大板山南坡及南部拉雞山北緣大斷裂控制，盆地內沉積了巨厚的中一新生代陸相碎屑巖，地層產狀平緩，褶皺開闊，地表斷裂跡象極少，存在的僅為基底小斷裂。在勘探的控制深度內地層由第四系松散堆積物及第三系泥巖組成，自上而下依次為雜填土（Q4ml）、黃土狀土（Q4al）、卵石（Q4al+pl）、泥巖（N1x）。

2 結構總體設計

2.1 上部結構

上部結構采用預應力混凝土連續箱梁，主梁斷面采用變截面單箱多室結構，在結構高度較小的情況下獲得較大的結構剛度。截面高度按圓曲線方程變化，跨中設4m長等高度梁段。主梁V形墩頂梁高170 cm，跨中梁高120 cm。頂板寬15m，底板寬10.6m，懸臂2.2m。箱梁頂板厚20 cm，底板厚20 cm，腹板寬40 cm。在梁端處頂、底板厚度均由20 cm漸變為40 cm，腹板由40 cm漸變到80 cm。全橋共設4道100 cm厚橫隔梁，以便上、下部結構傳力。邊跨長21m，中跨30m，邊中跨比為0.7。邊跨較大主要是考慮利用長邊跨來平衡樁頂水平力，同時減少中跨跨中正彎矩，橫斷面布置圖如圖2所示。

2.2 下部結構

2.2.1 橋墩設計

海晏橋橋墩為V形墩，兩側V撐采用變截面矩形板，變化曲線采用圓弧線，板厚為0.6~0.8m，

圖1 橋型布置圖（單位：cm）

圖2 橫斷面布置圖（單位：cm）

板寬為10.6m。V形墩兩側V撐均與梁體和承臺固結，采用C50鋼筋混凝土結構。承臺為12m×1.8m×1.5m矩形斷面，基礎為鉆孔灌注樁，樁徑1.2m。

2.2.2 橋臺設計

該橋橋臺柱式耳臺，兩岸橋臺高度分別為4.5m和3.5m，臺帽高1.2m。橋臺兩側護坡與火燒溝景觀順接，基礎為鉆孔灌注樁，樁徑1.2m。

2.2.3 其他

橋面鋪裝為等厚8 cm現澆混凝土+9 cm瀝青混凝土鋪裝，伸縮縫為D-80型伸縮縫。

3 結構計算分析

海晏路橋采用高次超靜定的剛梁柔墩的墩梁固接體系，區別于普通連續剛構橋所采用的薄壁墩或柱式墩去適應不同工況下的內力變化的普通做法。采用柔性基礎以適應預應力次內力和溫度變化對梁體內力影響，使得主梁受力趨向連續梁受力性質。通過調整邊、中跨的比例來平衡樁頂位移和水平力。

3.1 結構內力分析計算

該結構為墩梁固接的剛構體系，從體系形成到結構受力按3個施工階段和使用階段劃分，施工階段分別為橋墩、邊跨及中跨箱梁（未包含中跨2m合攏段）澆筑階段、張拉主梁預應力階段（含支架支撐）、主梁2m合攏段澆筑階段并張拉合攏預應力階段、主梁和橋墩支架拆除進行體系轉化的階段。使用階段考慮了恒載、預應力、汽車荷載、整體溫升35℃、整體溫降35℃、溫度梯度效應、混凝土收縮與徐變和基礎變位。計算縱橫向內力采用平面桿系假定，利用北京邁達斯技術有限公司MIDAS 2006程序進行內力分析計算。根據各階段工況組合內力和應力的情況，調整斷面尺寸和預應力鋼束，將各階段受力和應力控制在安全范圍內。使用階段主要應力值如圖3~圖6所示。

圖3 主梁上緣拉應力（單位：MPa）

圖4 主梁下緣拉應力（單位：MPa）

圖5 主梁上緣壓應力（單位：MPa）

圖6 主梁下緣壓應力（單位：MPa）

3.2 預應力鋼束布置

按計算結果，主梁按預應力A類構件設計，V形墩按普通鋼筋混凝土構件設計。在主梁布置預應力鋼束，鋼束采用單根直徑s15.2mm，鋼絞線面積A=139mm2，標準抗拉強度fpk=1 860MPa，張拉控制應力采用0.75fpk，彈性模量EP=1.95×105MPa。

為了減小預應力次內力的影響，主梁縱向預應力鋼束布置方式為：邊跨、V形墩頂、中跨底板布設短的正彎矩束，單端張拉，錨于橫隔梁內；腹板束為分段布置，兩端張拉，鋼束布置如圖7所示。

圖7 鋼束布置圖（單位：cm）

4 施工方法

作為高次超靜定體系，如何有效減小次內力是整個施工順序設計的重點。主體結構均采用滿堂支架現澆施工，施工順序為：（1）鉆孔灌注樁及承臺施工；（2）澆筑V形墩兩側V撐至主梁連接處；（3）澆筑邊跨、V墩頂及跨中箱梁，其中預留1m的V墩頂后澆段和2m的中跨跨中合龍段；（4）澆筑V形墩1m后澆段；（5）張拉腹板鋼束、邊跨底板束、V墩頂底板束；（6）澆筑中跨跨中合攏段；（7）張拉合攏鋼束；（8） 澆筑左右兩幅橋的50 cm后澆帶，使其橋面形成整體；（9）施工橋面系及附屬。施工過程中將V墩頂設置1m后澆帶、及張拉完鋼束后澆筑合攏段的原因在于：將以上階段分離出來后，可以有效的減少收縮、徐變和預應力引起的次內力，使結構受力更合理，能有效的利用預應力。

該橋已竣工驗收，2010年10月份正式通車運營，成橋運營照片如圖8所示。

圖8 成橋運營照片

5 結 語

現代橋梁建設不僅要滿足通行的功能要求，造型的美觀亦是各方追求的目標，尤其是在景觀新區，優美的環境需要人們駐足欣賞。本橋設置拱形梁，線形流暢，線條簡潔，造型猶如大雁展翅預飛，實現了功能與景觀的完美結合。在橋施工中，較多考慮用定型模板，保證整體外觀造新，確保了施工質量。文中介紹的拱形連續剛構橋是中小跨徑景觀橋梁的較好選擇，可為同類橋梁設計提供參考。