資陽市兩河口連續剛構橋的設計及計算分析

胡 偉

（四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

隨著交通基礎設施建設的不斷發展，高墩大跨橋梁越來越多，地形地質條件復雜多變，為設計和施工帶來了巨大的挑戰。連續剛構橋采用預應力混凝土結構，有兩個以上主墩，采用墩梁固結體系，具有T形剛構橋和連續橋梁的優點，在橋梁建設時得到廣泛應用。

采用懸臂澆筑法施工的連續剛構橋，在地形陡峻的場地，經常出現交界墩較高或地基軟弱的情況。施工過程中，搭架風險高，基礎處理困難，處治費用高。連續剛構橋邊中跨比一般介于0.5～0.8之間，若縮短邊跨現澆段長度，便可以采用非落地支架法施工，這樣可以省去基礎處理的工作，節約建設費用，加快施工進度。

本文以資陽市蜀都大道東延線資簡段兩河口沱江特大橋為例，對連續剛構橋設計及計算進行研究，以期為同類型橋梁設計提供借鑒。

1 工程概況與設計標準

1.1 工程概況

蜀都大道東延線資簡段建設工程起于資潼高速文龍寺互通，銜接資潼高速文龍寺互通連接線，與連接線平面交叉，而后自北向南途經保和鎮文龍寺、晏家壩村，跨越沱江進入董家壩，路線沿董家壩規劃主干線布設；終點順接已建成的蜀鄉大道，實現城東新區與資潼高速的快速連接，將董家壩、晏家壩、文龍寺串聯，有利于帶動城市周邊的發展和未來城市的拓展。兩河口沱江特大橋作為蜀都大道東沿線資簡段的控制性工程，為跨越沱江而設，北接晏家壩，南連董家壩，全長814m，采用（16×30）m簡支小箱梁+（85+160+85）m連續剛構橋（如圖1所示），橋面全寬40m，雙向6車道，采用分幅設計。

圖1 兩河口沱江特大橋主橋立面圖（單位：m）

1.2 主要設計技術標準

蜀都大道東延線資簡段設計公路等級：一級公路；行車速度：60km/h；設計荷載：公路-I級，人群荷載2.5kN/m2；橋面寬度：3.4m人行道+0.6m防撞欄桿+15m車行道+2m中央分隔帶+15m車行道+0.6m防撞欄桿+3.4m人行道，總寬40m；設計洪水頻率：1/300；抗震設防烈度：Ⅵ度；抗震設防措施等級：7級；航道等級：Ⅴ級；最高通航水位：358.56m，通航凈高不小于8m；設計安全等級：一級；橋梁設計基準期為100年；環境類別：Ⅰ級。

2 連續剛構橋跨徑組合設計

2.1 現場情況分析

兩河口沱江特大橋，后退側16號交界墩位于河漫灘區，經實地調查可知現場粘沙石層較厚，約8~10m。汛期沱江水位上漲淹沒線超越交界墩處地面。前進側19號橋臺位于斜坡上，地形陡峻。

邊跨現澆段若采用搭架現澆施工，16號交界墩處粘沙石層較厚，支架地基處理需要采用基礎換填或者樁基礎方式，處治工程量大、費用高。19號橋臺處，陡峻斜坡地形也不利于支架架設。

2.2 主橋跨徑設計思路

為解決主梁邊跨現澆段無法搭架現澆的問題，故提出了對連續剛構橋邊跨現澆段采用非落地支架法設計。但是邊中跨比太小，會在邊跨墩臺處產生負反力，支座或者主梁需要采取相應的抗拔措施，包括設置拉壓支座或者配重的方式。

拉壓支座雖然能夠解決邊跨負反力的問題，但是運營階段頻繁出現荷載交替，對于支座壽命及耐久性要求較高。其全壽命周期更換次數較多，且需要定期檢查及維護，運營階段管養工作量較大，維護及更換費用較高。

邊跨配重方案能較好地解決邊跨負反力的問題，但是如果配重過大，則需要采用更多的配束去平衡自重增加產生的荷載，會造成結構尺寸變大，配筋增多。

最佳設計思路為選取合適的邊中跨比，采用適當配重，讓其既能減小邊跨現澆段的長度，保證懸吊支架或者掛籃懸澆支架能處理邊跨現澆段澆筑的問題，又不在墩臺處產生負反力。

2.3 主橋跨徑設計組合

根據資陽市交通運輸局航務管理處【2020】26號文《關于蜀都大道東延線資簡段（文龍寺至蜀鄉大道段）建設項目兩河口沱江特大橋航道通航條件影響評價的審核意見》，兩河口沱江特大橋滿足沱江Ⅴ級規劃航道通航凈空尺度和技術要求，通航孔凈寬150m，最高通航水位時橋梁凈高10.72m。最高通航水位358.56m，設計最低通航水位348.80m。

根據橋位處通航論證結果，該橋主跨跨徑確定為160m。經初步計算，當邊中跨比接近0.53時，邊跨現澆段長度為4m，可采用非落地支架法施工，經適當配重后（端橫梁寬2.2m），邊跨墩臺處不產生負反力。據此，兩河口沱江特大橋連續剛構主橋跨徑組合確定為85m+160m+85m。

2.4 主橋設計跨徑的影響

2.4.1 對河段泄洪的影響

該跨徑組合對河段泄洪影響分析結果為：在300年和50年一遇洪水時，特大橋引起的河道過水面積綜合縮窄率分別為4.82%和4.74%，橋墩對河道行洪斷面束窄作用不大，對河道泄洪影響較小。特大橋引起的上游斷面最大壅高分別為0.12m和0.10m，最大壅水范圍分別為橋位以上500m和460m。因此，特大橋建成后對引起的壅水高度較小，壅水范圍不大，不會明顯增加橋區河段的淹沒范圍，對河道防洪水位影響較小。

2.4.2 對河勢穩定的影響

該跨徑組合對河勢穩定的影響分析結果為：特大橋引起河道地形的變化，僅限于工程附近局部區域，對整個河道地形影響很小。由于原河道過水面積較大，橋墩尺寸相對較小，對河道束窄作用不大，工程建成后僅橋墩局部區域流速有較小的變化，300年和50年一遇洪水時，工程后橋區河段流速增加超過0.2m/s的范圍分別為80m和70m，且流速增值在橫向分布不連續。除此之外，其余河段的流速分布、主流線位置均無變化，水流動力軸線亦無變化，河道水流順暢，流速、流態與工程建設前基本上保持一致。故工程的建設對所在河道的總體河勢條件和局部河勢穩定的影響較小。

2.5 跨徑組合設計合理性分析

根據結構計算結果、橋位處通航論證、行洪論證及河勢穩定分析，該橋引橋跨徑取30m，主橋跨徑組合取85m+160m+85m是可行的。

3 連續剛構橋主梁與墩臺設計

3.1 連續剛構橋箱梁構造設計

3.1.1 整體設計

兩河口沱江橋特大橋主橋為85m+160m+85m連續剛構，為三向預應力鋼筋混凝土結構，箱梁截面采用分幅式單箱雙室。單幅箱梁頂板寬19.85m，箱梁底板寬13.2m。箱梁兩側懸臂長3.325m，箱梁頂板采用2%單向橫坡，底板水平。箱梁中跨跨中及邊跨現澆合龍段梁高為3.2m（橫坡坡腳側腹板外側梁高），主跨橋墩與箱梁相接的0號梁段高度為10.2m（橫坡坡腳側腹板外側梁高）。

3.1.2 梁高設計

變高度橋梁底版縱向線形直接影響結構受力，在1/4跨徑處容易出現正應力和抗剪指標不滿足的情況。設計時采用低次拋物線的方法進行優化，在不改變邊跨現澆段支點梁高和中跨跨中梁高的情況下，適當對1/4跨處梁高進行加大[1]。該橋梁高從中跨跨中至主墩根部位置，梁高按1.6次拋物線變化。

3.1.3 梁厚設計

箱梁腹板在主墩墩頂范圍內厚度為100cm。主墩處根部至中跨跨中梁段，腹板厚度組成分別是70cm、60cm。各節梁段的腹板端部設置了配筋加強的抗剪齒口。箱梁底板厚度采用130~35cm漸變，采用1.5次拋物線方式變化，由主墩根部漸變至中跨跨中及邊跨現澆段。

3.1.4 節段設計

該橋箱梁0號塊節段長度為13m，單個“T”沿縱橋向劃分為20個節段，節段長度從T構根部至端部依次為10×3m，10×4.25m，T構懸臂總長為79m。采用掛籃懸臂澆筑施工1~20號節段，1~20號梁段懸臂施工完成后，現澆邊跨21~22號梁段，然后掛籃懸臂施工中跨21#合龍段。全橋左右兩幅橋共有2個中跨合龍段，合龍段長度為2m。邊跨現澆及合龍段共長4.8m。

3.2 連續剛構橋主梁預應力設計

3.2.1 鋼束設計

兩河口沱江特大橋主橋箱梁縱向預應力鋼束采用15.2鋼絞線，fpk=1860MPa（鋼束張拉力見表1）。頂板縱向預應力鋼束均為兩端對稱張拉，分為三類，一是逐段張拉的鋼束（鋼束布置見圖2），錨固在腹板和頂板；二是中跨合龍束，錨固在頂板齒板；三是邊跨合龍束，錨固在頂板齒板和梁端。中跨底板束錨固在底板齒板。邊跨底板束錨固在底板齒板和梁端。

圖2 連續剛構橋懸臂澆筑鋼束圖

表1 縱向預應力鋼束張拉力表

3.2.2 預應力設計

（1）豎向預應力采用15.2鋼絞線，豎向預應力滯后一個節段張拉；

（2）橫向預應力采用15.2鋼絞線，橫向預應力滯后一個節段張拉；

（3）體外束可以改善主梁的受力狀態，增大跨中截面的壓應力儲備[2]。體外束EC1~EC2在主橋施工期間進行首次張拉，張拉控制應力為744MPa；運營期若箱梁出現超預期的下撓，或為改善箱梁應力時，可對體外束進行再次張拉，張拉控制應力不得大于1116MPa。

3.3 連續剛構橋墩臺設計

墩柱的側移剛度與慣性矩成正比，在保證足夠截面積的條件下，為了獲得較小的側移慣性矩，主墩采用雙薄壁墩實心墩[3]。橫向寬度14.2m，縱向寬度1.6m，兩薄壁間凈距為6.8m?；A為分離式承臺群樁基礎，承臺平面尺寸為17.5m×17.5m，厚5m。每個承臺下共設9根樁基，樁基直徑2.5m。為防止主墩墩身開裂，在主筋外側布置帶肋鋼筋焊接網。交界墩采用三柱矩形墩，橫橋向寬2m，縱橋向寬3.5m?；A采用承臺樁基礎。19#橋臺為輕型橋臺，樁徑2.0m。

4 連續剛構橋主梁施工順序設計

兩河口沱江特大橋主橋箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工。在主墩墩頂預埋三角托架，當主墩施工完成以后，在立模澆筑0號梁段，掛籃懸臂澆筑其余梁段。

該橋邊跨現澆合龍段采用吊架施工（即非落地支架）。全橋合龍分兩個階段完成，第一階段現澆邊跨現澆及合龍段；第二階段現澆合龍中跨。

4.1 邊跨現澆段及合龍段施工順序

在T構兩懸臂端設水箱作平衡重，設吊架現澆邊跨現澆段及合龍段（吊架一端支承于交界墩或橋臺上，另一端由掛籃改裝而成），澆筑混凝土時邊跨端水箱同步等效放水。待混凝土齡期、強度及彈性模量達到設計要求后，張拉邊跨頂、底板鋼束。

4.2 中跨合龍段施工順序

將中跨懸臂端掛籃改裝為吊架。為改善主墩墩身受力，合龍前先在中跨跨中對梁體進行水平頂推，頂推至設計位移量后，在滿足設計合龍溫度的情況下，焊接合龍骨架。澆筑合龍段砼時，中跨端水箱同步放水。待混凝土齡期、強度及彈性模量達到設計要求后，張拉中跨頂、底板鋼束。

5 連續剛構橋結構計算分析

5.1 計算參數選取

（1）汽車荷載橫向分配系數為2.691；

（2）混凝土結構的收縮徐變按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）取值；

（3）全橋結構體系溫差、非線性溫差按照《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）取值；

（4）掛籃重量1500kN；

（5）根據氣象資料，全橋結構合龍體系溫差取值為18℃，實際施工時合龍溫度可在15℃~20℃間選??；

（6）濕度79%；

（7）合龍時水平推力按5000kN計入。

5.2 靜力計算結果

箱梁按全預應力構件設計（連續剛構整體計算模型見圖3）。連續剛構橋的計算原則是把上部結構和下部結構作為整體，用彈性理論解析[4]。計算結果顯示，短期效應組合時梁不出現拉應力；長期效應組合時梁不出現拉應力；基本組合時梁最大壓應力：17.1MPa；承載能力極限狀態截面強度驗算均滿足規范要求。

主墩承載能力計算成果：設計主墩截面承載能力大于結構計算內力，滿足規范要求。

圖4 連續剛構整體計算模型

5.3 剛度計算結果

（1）主跨：δ=15.6mm≤160000/600=266.7mm；

（2）邊跨：δ=4.4mm≤85000/600=141.7mm。

計算結果表明，結構尺寸滿足車輛行駛的剛度要求，能夠保證橋梁正常使用。

6 結束語

綜上所述，以資陽市蜀都大道東延線資簡段兩河口沱江特大橋為例，對連續剛構橋設計計算進行了實例研究。兩河口沱江特大橋主梁橋面寬40m，主梁采用85m+160m+85m跨徑組合，邊中跨比接近0.53，邊跨現澆段長度僅為4m，可以采用非落地支架法施工。經結構計算及通航和行洪論證，該橋跨徑組合合理，能夠滿足地方通行及河道通航要求。該橋可為國內同類型橋梁設計提供借鑒。