山區大跨度連續剛構橋設計方案探討

李加柱

摘 要：預應力混凝土連續剛構橋由于具有較好安全性、經濟性、實用性是目前大跨徑橋梁中的主要橋型，這種結構形式抗震性能好、結構整體性強，尤其適用于高陡丘陵等復雜地形。本文結合國道G323線乳源上圍至沙坪段改建工程--鴨麻湖大橋主橋的結構設計思路來探討該類橋梁的設計流程和設計要點，可為同類建設條件下的橋梁設計提供參考。

關鍵詞：連續剛構橋;高陡丘陵;橋梁設計

中圖分類號：U448.23 文獻標識碼：A

0 引言

山區丘陵復雜地形地質情況下，橋梁主橋方案在滿足功能要求的前提下，重點突出結構的安全性、經濟性、實用性，設計時應結合橋位處建設條件，進行多方案充分比較，側重于采用技術成熟，便于施工和養護成本低的橋型，以使大橋順利、盡早地投入使用，同時力求造型美觀，布局合理，使大橋與周圍的景觀協調。基于此，連續剛構橋成為重點考慮方案。

1 工程概況

國道G323線乳源上圍至沙坪段改建工程全段位于廣東省韶關市乳源縣西南部，線路全長39.606 km。處于地形條件非常復雜的高山峻嶺地區，沿線地勢起伏，山體表面植被茂密。鴨麻湖大橋橋位地處高陡丘陵，跨越丘陵間谷地、省道S258線及溪流。該項目為二級公路，設計速度40 km/h，橋梁標準寬度為0.5 m（防護欄）+9 m（行車道）+0.5 m（防護欄），彎道橋梁加寬。地震動峰值加速度為0.05 g。

2 主橋結構設計

2.1 總體設計

鴨麻湖大橋橋跨組合為6×25+2×40+（75+135+75）+25 m，橋梁全長545.6 m，本橋位于A=108緩和曲線及R=260 m圓曲線上。上部結構采用25 m先簡支后橋面連續小箱梁，40 m預應力砼先簡支后連續剛構T梁，主橋跨越大潭河采用75+135+75連續剛構箱梁;下部結構主墩采用矩形薄壁空心墩，主墩基礎采用承臺+群樁基礎。

2.2 主橋上部結構設計

主橋上部結構采用（75+135+75）m PC連續剛構，主梁采用C55混凝土，全橋寬10.0 m，采用單箱單室箱形斷面，其中箱寬6.0 m，兩側翼緣板懸臂長2.0 m。主梁根部梁高為8 m，高跨比為1/16.875，跨中及邊跨端部梁高為3.3 m，高跨比為1/40.9。主梁按照3.5 m、4.5 m、5.0 m分段，共分為18種梁段，梁高變化采用2次拋物線H（m）=1.129 74×10-3x2 +3.3，梁高H系箱梁中心處高度，主梁橫坡由腹板高度調整，底板保持水平，頂板橫向設置2%的橫坡。

主梁采用雙向預應力體系，包括縱向預應力和豎向預應力。主梁按全預應力構件設計。縱向頂板預應力鋼束采用φs15.2-17、φs15.2-19、φs15.2-22 mm高強低松弛鋼絞線，縱向腹板采用φs15.2-17、φs15.2-19鋼絞線，邊跨底板采用φs15.2-17鋼絞線，中跨底板采用φs15.2-22鋼絞線。鋼絞線抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa。頂板鋼束布置以平彎線型為主，錨固端附近采用局部豎彎;腹板鋼束布置在錨固端附近，局部采用豎彎;底板鋼束采用平、豎彎結合布置。

豎向預應力鋼筋布置于腹板，采用φs15.2-3 mm高強低松弛鋼絞線，在頂板上進行單端張拉，采用二次張拉工藝。預應力管道均采用塑料波紋管，縱向管道內徑分別為φ90、φ100、φ120 mm，豎向管道內徑φ50，采用真空壓漿工藝灌漿。

2.3 主橋下部結構設計

下部結構主墩采用薄壁空心墩，墩身采用單箱單室截面，縱橋向寬4.0～5.0 m，對應壁厚0.6～1.1 m，橫橋向寬與上部箱梁箱寬相同為6.0 m，對應壁厚為0.8～1.8 m。主墩采用C40混凝土。

承臺平面尺寸為12.4×8.0 m，厚為4.0 m。主墩基礎采用46根φ160 cm鉆孔灌注樁，采用嵌巖樁設計，樁底沉渣厚度應不大于5 cm。采用C30水下混凝土。

3 設計要點分析

3.1 主橋橋型選擇

由于橋位區地貌屬山間谷地與低山丘陵地貌類型，地形起伏大，地面標高在160.0～270.0 m之間，首先結合地形、橋梁墩臺尺寸、墩高以及橋位處溶洞發育等情況綜合考慮，找到合適的主墩落墩位置，初步確定主跨跨徑宜為100～200 m，對應可采用的橋型有連續剛構、連續箱梁、矮塔斜拉橋、拱橋等。從安全、經濟、耐久性和美觀四方面對四種橋型進行比較分析，結果如下表。

根據上述對比并結合該項目的建設條件，在保證結構安全可靠的基礎上，連續剛構橋施工工藝成熟，建設成本低，后期維護費用少是最適合的橋型方案。

3.2 橋跨布置的選擇

鴨麻湖大橋橋位處于高陡丘陵，橋梁采用的跨徑不宜過小，否則橋下墩柱林立，視野局狹，影響美觀。并且橋位區屬于溶洞發育區，較多的墩臺樁基會導致施工風險增加，同時影響施工進度。因此此類橋梁的橋跨布置需結合地形、地質情況，靈活應用橋梁技術指標對主橋跨徑布置進行優化，以降低施工難度和工程造價。

3.3 下部結構形式的選擇

連續剛構橋體系由于受到溫度變化、混凝土收縮、徐變及汽車制動力的影響，會使橋梁上部結構產生水平位移，因此橋墩在滿足支承上部結構重量、活載和穩定的要求之外，還要具有一定的柔度。對于連續剛構，主墩常采用單薄壁墩或雙薄壁墩。采用的橋墩形式主要考慮以下幾個方面：

第一，橋墩柔度。橋墩高度與固定跨長之比是判斷能否采用連續剛構橋的指標之一。根據統計，連續剛構橋的橋墩高度與固定跨長之比回歸值為1/8，對于雙薄壁連續剛構橋不一定受此限制，可調節雙薄壁的雙壁間距和壁厚，以適應固定跨長較大的場合。通常橋墩高度不應小于L/10，在橋墩較低情況下必須采用柔性墩身[1]。

第二，滿足施工中可能的不平衡重量的要求。

第三，滿足承臺基礎平面尺寸盡量小的要求。

如果單薄壁墩能滿足上述第一、二條要求，應優先考慮單薄壁墩，因為單薄壁墩的承臺尺寸可遠小于雙薄壁墩。

4 問題及對策

4.1 大跨度連續剛構橋存在的問題

當前，大跨度連續剛構橋存在的主要問題有以下幾點：

（1）箱梁開裂，包括腹板剪切裂縫—由于截面尺寸設計不合理，豎向預應力不足導致;底板縱向裂縫—由于底板鋼束較多，徑向力引起過大的橫向彎曲變形導致跨中底板崩裂;頂底板橫向裂縫—由于縱向預應力不足導致。

（2）跨中下撓，主要由混凝土收縮徐變、設計配束偏少預應力強度偏低及對長期預應力損失預估不足導致。

（3）橋墩剛度不足，上區大跨連續剛構橋多為高墩主橋，風荷載較大，橋墩橫向剛度不足導致橋梁橫向位移較大影響行車舒適及行車安全。

4.2 設計對策

針對以上工程中出現的問題，設計從以下幾方面考慮：

（1）箱梁構造尺寸如梁高、梁底拋物線、腹板厚、0#塊尺寸等都需根據計算合理確定，合理的尺寸選擇是橋梁的安全保障。結合大量工程實踐，箱梁根部梁高取值L/16～L/17，跨中取L/40～L/50較為合理;當L<150 m梁底宜采用2次拋物線，L≥150 m宜采用1.8次拋物線[2]。腹板厚度需要滿足構造要求又要有足夠得空間放置預應力筋，根據跨徑一般選擇65～90 cm，根部到跨中腹板厚度利用1～2節段漸變過渡，盡量減少恒載引起的彎矩。

（2）應設計合理的腹板下彎鋼束，使下彎束覆蓋全梁高范圍，在全梁高范圍提供豎向預壓應力，防止預應力不足導致的腹板開裂。

（3）在設計過程中應充分預估預應力筋的應力損失及施工偏差，提高安全儲備，在不考慮豎向預應力的情況下，縱向預應力應滿足主拉應力的需求并留有足夠的應力富裕。豎向預應力采用二次張拉錨固體系，控制應力損失。

（4）應加強細節構造的設計，采用增加跨中橫隔板、底板鋼束增加U型筋等方法控制跨中底板的橫向彎曲變形。

（5）山區連續剛構橋高墩的設計應特別關注橋墩橫向剛度的問題，應根據《公路橋梁抗風設計規范》的要求對橋梁的風振加速度指標進行驗算，進而達到控制橋墩墩頂橫向位移的目的。

5 結語

預應力混凝土連續剛構橋常用于大跨徑及山間重丘地帶，橋梁的安全性和耐久性設計尤為重要，本文結合國道G323線乳源上圍至沙坪段改建工程--鴨麻湖大橋的橋梁設計方案，探討了連續剛構橋主橋的上下部結構設計要點、橋型橋跨的選擇、設計存在的問題及應對策略，為同類橋梁的建設積累了寶貴經驗。

參考文獻：

[1]魏濤多跨連續剛構橋的設計參數分析及研究[D].長安大學，2010.

[2]郝曉光，楊未蓬，唐輝.超高墩大跨度剛構-連續梁橋抗震性能研究[J].世界橋梁，2020（4）：35-39.