內荊河特大橋主橋設計分析

陳樂元

（湖北省工業建筑集團有限公司，湖北 武漢430000）

1 橋梁概況

內荊河特大橋是洪湖市環湖綠道PPP項目中的一座特大橋，全長1118.0m，跨徑組合（3×40+3×40+4×40）m+（70+130+70）m+（4×40+4×40+3×40）m。橋面寬度為0.5m（SA級防撞護欄）+9m（行車道)+4.5m（非機動車道）+0.5m（SA級防撞護欄）=14.5m。本橋為跨越洪城新河、內荊河而設，內荊河規劃為限制性Ⅳ級航道，通航凈空為55m（凈寬）×8m（凈高），最高通航水位為25.16m。路線與內荊河交角132度，橋梁與路線正交，則橋下凈寬不小于90m。并考慮到河堤防護、墩身寬度、安全距離、結構下弦最小距離等因素，主橋采用70m+130m+70m預應力混凝土變截面連續梁。主橋立面布置如圖1所示。

2 自然地理條件

2.1 氣象和水文

場區氣候屬亞熱帶季風濕潤氣候，其特點是冬夏長，春秋短，降水充沛，溫暖濕潤，日照充足，無霜期長。氣溫一月最低，平均氣溫3.7℃,七月最高,平均氣溫28.9℃,年平均降水量1320mm,四至六月是全年降水集中期，全年一、二、三、十一、十二月為地下水枯水期，其余月份為豐水期。

2.2 區域地質構造

洪湖地區屬于揚子準地臺兩湖段坳，為新華夏第二沉降帶南延部分。東西分布為江漢斷陷和華容斷隆兩個三級構造單元，其中又以洪湖市為界分別為陳沱口地塹和沔陽凹陷兩個四級構造單元。華容斷隆約包括白螺鎮至螺山鎮段，區內被第四紀沉積層覆蓋，零星出露前寒武紀淺變質巖系和燕山期玄武巖。陳沱口地塹包括螺山鎮至洪湖市段，地塹呈北西西向，地塹內二疊系，侏羅系，白堊系和第三系均有發育。沔陽凹陷包括洪湖市到新灘鎮段，凹陷東西兩側分別受沙湖—湘陰斷裂控制，凹陷及其內部主要構造線呈北東方向，凹陷內地層以白堊系和下第三系沙市組、新溝咀組為主，厚度變化較小。

2.3 地形、地貌

建設場地位于洪湖市小港管理區，上跨內荊河?？辈焓┕r地面高程為23.425～25.78m；內荊河河床高程為19.12～19.56m。場地屬長江中下游沖積平原地貌單元，系長江北岸一級階地。

3 主橋箱梁構造

主橋上部采用（70+130+70）m預應力混凝土變截面連續梁，邊中跨比為0.538。

主梁采用C55混凝土，單箱單室直腹板箱形斷面，支點處梁高8m，高跨比為1/16.25，跨中梁高3m，高跨比為1/43.3，箱梁高度按1.8次拋物線變化。箱梁頂寬為14.5m，底板寬度為7m，翼緣懸臂長度為3.75m。

在滿足結構安全的前提下，應使底板、頂板、腹板、加腋、齒板等細部尺寸輕型化。

箱梁頂板厚度：0號塊為50cm，其余梁段為28cm。

箱梁底板厚度：0號塊為150cm，其余各梁段從距墩中心3.5m處至合龍段處由100cm按1.8次拋物線漸變至32cm。

箱梁腹板厚度：0號塊為90cm，1～9號梁段為90cm，12～16號梁段為60cm，10～11號梁段由90cm按線形變化至60cm。

箱梁0號塊橫隔梁寬4m，跨中橫隔板厚度為0.4m；端橫梁厚1.5m。0號段長11m，1～16號段長度分別為4×3m＋3×3.5m＋9×4m，邊跨現澆段長3.84m，中邊跨合龍段長均為2m。箱梁標準橫斷面如圖2所示。

4 預應力體系

主橋箱梁預應力布置采用三向預應力體系，應根據受力需要，合理設置橫向預應力，并與縱向、豎向預應力構造布置相協調[1]。

主橋縱向預應力鋼束：采用按《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224—2014）技術標準生產的高強度低松弛鋼絞線，規格為Φs15.2。T0、T1～T16、T14'、T15'頂板懸澆鋼束采用15-22；PT頂板懸澆預備鋼束采用15-22；W1～W4節段腹板懸澆鋼束采用15-22；W5～W14節段腹板懸澆鋼束采用15-19；CT中跨頂板連續鋼束采用15-17；CB1～CB8、CB5'、CB6'中跨底板連續鋼束采用15-22；PCB中跨底板預備鋼束采用15-22；ST1～ST4邊跨頂板連續鋼束采用15-19；SB1～SB5邊跨底板連續鋼束采用15-17；PSB邊跨底板預備鋼束采用15-19。縱向預應力鋼束均采用兩端張拉，張拉控制應力為0.75fpk＝1395MPa?？v向預應力鋼束斷面布置示意圖如圖3所示。

主橋橫向預應力鋼束：采用《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224—2014）標準生產的高強度低松弛鋼絞線，規格為Φs15.2-3，沿橋縱向間距為50cm；單端對稱交叉張拉，張拉應力采用0.7fpk＝1302MPa。

主橋豎向預應力鋼束：在每側腹板內按雙排布置，采用YL32精軋螺紋粗鋼筋，沿橋縱向間距為50cm；單端張拉控制應力采用0.9fpk＝706.5MPa。

5 下部結構

主橋主墩采用帶圓角的等截面矩形實心墩，橫橋向寬7.0m，縱橋向寬5.0m，另外承臺平面尺寸為13.5m×13.5m，厚度為4.0m。樁基采用樁徑為200cm的鉆孔灌注樁，單個承臺底部設置9根基樁，方形布置。

主橋與引橋過渡墩采用帶圓角的等截面矩形實心墩，橫橋向寬6.5m，縱橋向寬2.4m；承臺平面尺寸為7.5m×7.5m，厚度為3.0m。樁基采用樁徑為180cm的鉆孔灌注樁，單個承臺底部設置4根基樁，方形布置。

6 結構計算

主橋上部結構采用懸臂澆筑施工，總的施工順序是：墩頂0號塊的澆筑，懸臂節段掛籃現澆，各橋跨間的合龍段施工及相應的施工結構體系轉換，橋面系施工[2]。按此施工順序及成橋運營狀態，考慮各風險工況的荷載組合，形成各階段的計算圖式，分析結構各階段的應力和位移，主要計算結論如下：

主梁持久狀況承載能力極限狀態：正截面抗彎承載力和斜截面抗剪承載力驗算滿足規范要求。

主梁持久狀況正常使用極限狀態：正截面抗裂和斜截面抗裂驗算滿足規范關于全預應力構件的要求。

主梁持久狀況和短暫狀況應力：持久狀況混凝土最大壓應力、混凝土最大主壓應力、預應力鋼束拉應力及短暫狀況混凝土應力，均滿足規范關于全預應力構件的要求。

在荷載頻遇組合下，計入撓度長期增長系數后，主梁跨中撓度值為90.2mm，小于L/600=216.7mm，滿足規范對撓度的要求。

箱梁橫向框架計算分析滿足規范要求。

7 結語

內荊河特大橋主橋為3跨預應力混凝土變截面連續梁，主跨較大，結構受力較復雜，結合計算，通過調整結構尺寸和預應力鋼束布置，最終使該橋在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態均處于較理想狀態。