一閘交通橋設計工作中若干問題研究與思考

吳曉榮 沈 云 陳朋飛

（中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230601）

南四湖二級壩壩頂道路及交通橋作為二級壩樞紐的重要組成部分，是連接南四湖湖東、湖西的唯一通道，主要承擔防汛搶險功能，兼顧為當地群眾生產生活提供便利條件。

1 工程標準

二級壩除險加固工程屬大（1）型工程，其主要建筑物一閘交通橋為1 級建筑物，連接壩頂公路等級為二級公路，橋梁汽車荷載等級采用公路-Ⅰ級。

2 工程現狀

現狀一閘共計39 孔，每孔凈寬6.00m，全閘總長299.26m，下游設置交通橋為鋼筋混凝土板橋結構，橋面凈寬6.8m。因現有交通橋汽車荷載等級不滿足規范要求，且現場檢測結果顯示橋面鋪裝層受損嚴重，橋梁處于不安全狀態，故本次加固設計將提高橋梁汽車荷載等級，設計內容為拆除重建橋板、橋面鋪裝及附屬結構等。

3 工程方案設計

橋梁設計以“功能適用、安全可靠、造價經濟、結構耐久”為原則，結合原一閘橋設計斷面，擬定一閘交通橋總長299.26m，共39 孔，單孔跨徑為邊跨7.70m，中跨7.44m，橋面凈寬7.0m，全寬8.0m。橋梁上部結構采用裝配式預應力混凝土簡支空心板梁，橋面鋪裝為15～20cm 厚混凝土現澆層+8cm 厚瀝青混凝土，下部結構為原一閘閘墩進行加高。

橋梁橫斷面結構圖見圖1。

圖1 交通橋橫斷面結構圖

3.1 橋面板型式比選

根據交通橋單跨跨徑及國內已建橋梁工程經驗，橋板結構型式主要對預制混凝土簡支空心板、連續現澆整體板及預制混凝土簡支T 梁三種方案進行比選。從橋梁功能性、結構特性、行車舒適性等方面比較，三者都是滿足工程要求的。

箱梁施工工藝較空心板復雜，且造價較高；空心板施工技術成熟難度小，吊裝安裝方便，工程投資小。鑒于一閘橋板單跨跨度較小及現場施工條件不便，故最終選用空心板梁結構型式。

3.2 閘墩冒梁加固設計

一閘交通橋橋板基礎為保留1985年第一次除險加固時建設的老閘閘墩及底板。原橋板拆除后，閘墩墩頂臺帽高程不一，且不滿足本次橋梁設計高程要求，擬在其上通過植筋方式加固閘墩冒梁至38.04m 高程。

在閘墩上植筋施工前，先在合適位置進行試驗以確定鉆孔方案，并確保不破壞閘墩原有結構。嚴格按照植筋的工藝流程：定位-鉆孔-洗孔-注膠-植筋-固化養護-抗拔試驗-綁筋澆筑混凝土等，進行冒梁的加高加固工作。

4 橋梁結構設計

4.1 上部結構計算

本次設計采用商用軟件《橋梁博士》對橋梁上部結構進行計算分析，并以《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）及《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG3362-2018）為標準，以簡支板橋為基本結構，按鋼筋混凝土構件進行結構應力驗算。

以邊板為例，計算模型圖見圖2。

圖2 《橋梁博士》邊板計算模型圖

考慮橋梁上部結構自重、梁截面溫度荷載、橋板徐變收縮、人群荷載及汽車荷載等若干荷載組合工況，對上部結構構件進行撓度、正截面抗彎承載力、斜抗剪承載力、正截面抗裂、受壓區混凝土邊緣壓應力、受拉鋼筋應力及混凝土中性軸剪應力等進行計算分析。結果表明，上述計算成果均能滿足規范要求。

主要結構計算成果見圖3～圖9。

圖3 撓度計算結果圖

圖9 混凝土中性軸剪應力結果圖

4.2 下部閘墩冒梁加固計算

圖4 正截面抗彎承載力計算結果圖

圖5 斜截面抗剪承載力計算結果圖

圖6 正截面抗裂計算長期效應組合結果圖

圖7 受壓區混凝土邊緣壓應力結果圖

圖8 受拉鋼筋應力結果圖

閘墩冒梁加高植筋計算按照《混凝土結構后錨固技術規程》（JGJ145-2013）及《混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2013）中相關內容進行設計。單根植筋錨固的承載力設計值應符合下列公式規定：

Ntb—植筋鋼材受拉承載力設計值；

fy—植筋用鋼筋的抗拉強度設計值；

As—鋼筋截面面積；

ld—植筋錨固深度設計值；

ls—植筋的基本錨固深度；

ψN—考慮各種因素對植筋受拉承載力影響而需加大錨固深度的修正系數；

ψαe—考慮植筋位移延性要求的修正系數。

計算得到植筋鋼筋直徑為25mm，受拉承載力設計值為176kN，單根植筋拉拔力特征值不低于54kN，錨固長度為400mm。

5 設計方案應用實踐

一閘交通橋位于國道518 交通主干道上，車流量較大，重型車輛較多，超載車輛過往頻繁，易對橋面鋪裝層造成破壞，造成巨大的經濟損失和不良的社會影響。一閘交通橋橋面鋪裝設計由瀝青混凝土層+防水層+混凝土調平層構成，它既能調整與控制橋面高程與橫向坡度，增強橋梁整體性，又能起到防水作用。對橋面鋪裝進行結構優化，改善調平層與上層瀝青鋪裝層、及調平層與下層橋面板之間的結構薄弱受力面，使其具有良好的路用性能，具有非常重要的意義。

經過分析研究，一閘交通橋混凝土調平層設計厚度為150～200mm，設置兩層鋼筋網，且在兩層鋼筋網之間增設架立短鋼筋，以增強橋面受力橫向聯結；同時，橋板鉸縫內填充C50 微膨脹細石混凝土，在鉸縫內增加架立鋼筋與調平層鋼筋網焊接，以加強鉸縫與鋪裝層的整體性；最后，將空心板頂部預留的抗剪鋼筋，與調平層鋼筋網焊接，以增加橋板與鋪裝層的連接。

通過以上優化設計措施，可以提高橋板的承載能力，增強橋面上部結構各主梁間橫向聯結，從而增加橋梁的橫向剛度，加強橋梁上外部荷載的橫向分布，使車道荷載能更多地分配給其他主梁承擔，從而提高橋梁的使用耐久性。

6 結語

本文基于2018 版《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》，結合二級壩除險加固工程一閘交通橋拆除重建工程實例，從設計思路、方案比選、結構計算及設計優化創新等各方面逐一闡述，對橋梁設計過程做了詳細的整體敘述，為設計人員對類似工程的設計研究提供一定的參考■