库区桥梁方案比选与设计施工技术

龚臻 李升甫， 李翠平 何云勇，

（1.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610041； 2.西南交通大学，四川 成都 610031；3. 中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031）

一、项目概况

青衣江发源于四川邛崃山脉巴朗山与夹金山之间的蜀西营（海拔高程4930m），经宝兴、雅安、洪雅、夹江于乐山草鞋渡处汇入大渡河。青衣江流域水力资源蕴藏量大，水电开发和建设条件好。华能雨城电站位于雅安市多营镇，该段青衣江河道已成为库区，两岸多营镇和对岩镇居民多采用码头轮渡方式沟通，或绕行十几公里从上下游其他桥梁通行。雅安市通过精准扶贫、落实“渡改桥”专项工程，拟建设多营大桥，跨越青衣江库区，以消除江河渡口船舶渡运安全隐患，改善两岸居民出行条件，减少迂回，降低社会综合成本，提高路网整体效益，促进雅安交通运输发展。

该桥连接线起于国道318线多营绕城与玉屏街平交口，改造玉屏街、金莲街，于多营南端设大桥跨越青衣江至对岩垭口，下穿在建雅康高速，与国道108线平交并止于国道108线，路线全长1.613km，其中多营大桥长590.75m，桥型布置为10×30+(75+130+75)m预应力混凝土现浇连续箱梁，多营岸接线长641.5m，对岩岸接线长351m。建成后拟撤销搭沟漩渡口。

图1 拟建大桥位置图

二、桥型方案比选

多营青衣江大桥桥位与河道基本正交，河面宽约260m，主河槽靠近对岩一侧，多营一侧为逐渐抬升的河滩。桥位下游约500m为华能雨城电站坝址，电站坝顶高程600.50m，运行水位596.00m～597.50m，受电站蓄水影响，流速较缓，水深15m～18m。根据桥位处于库区的特点，考虑地形、地质、行洪、施工条件，拟定了3个桥型比选方案。

方案一，10×25m小箱梁+8×40mT梁；柱式墩台，桩基础，如图2所示。跨越河道处桥梁采用40m跨径T梁，外挂装饰板，形成拱式桥外观，水中桩基采用搭设钢栈桥钻孔法施工。该方案结构简洁、工艺成熟、施工快捷方便、造价约7675.5万元。缺点是库区深水中有28个桥墩桩基，水深从5m逐渐变化到17m，钢栈桥规模大，设置长度约280m，桩基施工对环境影响较大且景观效果较差。

方案二，9×30m小箱梁+（85+150+85）m矮塔斜拉桥；主桥桥墩采用设分水尖的矩形墩，引桥下部结构柱式墩台，桩基础，如图3所示。桥塔高约20m，每个桥塔对称布置11对斜拉索。主墩在河道范围，对应的水深分别为6.2m和14.0m，需在河中搭设钢栈桥和钢平台，桩基和承台采用钻孔法配合钢吊箱施工。该方案桥梁外形挺拔、景观效果较好，主桥梁高较小，深水中桥墩基础减少为8个，对环境影响小，钢栈桥规模小，设置长度约130m，造价约9428.8万元，但施工较复杂、工期较长，后期需换索，养护费用较高。

方案三，10×30m小箱梁+（75+130+75）m悬浇连续箱梁；主桥桥墩采用设分水尖的矩形墩，引桥下部结构柱式墩台，桩基础，如图4所示。主墩也在河道范围，对应的水深分别为8.8m和15.2m，施工措施和方案二类似。该方案桥梁外形刚劲、美观大方，主桥整体性好、易于养护、施工工艺成熟，深水中桥墩基础也减少为8个，对环境影响较小，钢栈桥规模较小，设置长度约145m，造价约8335.5万元。经比选，推荐采用深水基础较少，工程造价适中的悬浇连续梁作为实施方案。

图2 方案一：主桥混凝土T梁立面图

图3 方案二：主桥矮塔斜拉立面图

图4 方案三：主桥悬浇连续箱梁立面图

三、主桥结构设计

（一）箱梁结构

箱梁0号块长11.2m，每个主墩“T”构沿纵桥向分为15个对称的节段，分别为2.9m，7×3.5m，7×4.4m，合龙段长2.4m，边跨现浇段长8.65m。0号块采用墩旁托架现浇，1号～15号块采用挂篮悬浇，边跨现浇段采用落地支架施工，合龙段采用吊架或落地支架均可。悬臂浇注节段最大控制重量1816kN，挂篮自重按900kN考虑。

箱梁采用单箱单室箱型截面，顶板宽12.1m，顶板设2%横坡，底板宽7m，水平布置。跨中及边跨现浇段梁高3m，墩顶0号块梁高8.0m。腹板厚度有100cm、70cm、50cm3种。底板在墩顶支座处厚240cm，其余从110cm渐变至32cm。梁高和底板厚度均按1.6次抛物线变化。

（二）预应力体系

纵向预应力设置了顶板束、下弯束、底板束、合龙束、预备束，均采用φs15.2钢绞线，两端张拉。顶板束锚固在腹板与承托交界处，下弯束锚固在截面中性轴附近，悬浇节段完成即张拉。底板束锚固在下齿块，合龙之后分批张拉。合龙束锚固在上齿块，与底板束的张拉顺序综合考虑。预备束孔位预留，根据施工情况确定是否设置。

横向预应力采用直线方式布束，在0号块范围采用M15-5钢绞线，其余部位按间距50cm布置M15-2钢绞线，单根张拉力195.3kN。竖向预应力在主梁腹板内按间距50cm布置M15-3钢绞线，底板锚固，顶板张拉，每束张拉力为585.5kN。由于竖向钢束长度较短，为减小损失，采用了低回缩量锚具。

（三）钢束张拉顺序

箱梁为三向预应力结构，采用挂篮悬浇方式施工，纵向顶板束和下弯束可在已浇混凝土强度达到90%以上且龄期大于5天后对称张拉，但该节段的横向和竖向钢束此时不张拉，而是采用“滞后张拉”的方式。通过计算分析，横向和竖向束滞后纵向束一个节段，其效应能更加均匀地分布到相邻的几个梁段上，使得永存预应力与标准值的偏差小于10%，对提高主梁横向抗弯能力和腹板抗剪能力效果较好。当挂篮悬浇到最后一个节段，其横向和竖向钢束也先不张拉，而是等待合龙段混凝土浇注后，再一起张拉。

（四）下部结构

如图5所示，主墩采用钢筋混凝土实心墩，横桥向7.0m，纵桥向4.0m，墩身在洪水位下设置分水尖。主墩底部与承台连接，承台厚4.0m，平面尺寸11×9.5m，下设4根直径2.5m的钻孔灌注桩；墩顶与主梁通过支座相连。交界墩也采用实心墩，桥墩厚度为2.5m，承台厚3.5m，下设4根直径1.8m桩基。

图5 主桥断面图

四、主桥上部结构计算分析

计算分析采用MIDAS/Civil软件，主梁采用空间梁单元模拟，支座采用弹性连接模拟。梁体结构视为均质弹性体，不考虑结构材料的非线性，如图6所示。计算模型荷载考虑自重、二期恒载、预应力荷载、温度作用、公路I级车道荷载、不均匀沉降等。自重系数采用1.04，由程序自动计算。相对湿度：80%；温度作用（合龙温度20℃，结构体系温差取±20℃。温度梯度取T1=14℃，T2=5.5℃。基础变位：主墩处沉降均按1cm考虑。挂篮自重按800kN考虑。

如图7、8所示，主梁持久状况下正截面抗弯承载力、斜截面抗剪承载力均满足要求。如图9、10所示，在荷载短期效应组合工况下，主梁正常使用极限状态的正截面未出现拉应力，斜截面最大主拉应力小于1.1MPa，正截面和斜截面抗裂验算均满足要求。如图11、12所示，正常使用阶段，主梁持久状态下正截面最大压应力小于17.8MPa，斜截面最大主压应力小于21.4MPa，均满足要求。

图6 主桥结构有限元计算模型

图7 主梁正截面抗弯承载能力效应-抗力包络图

图8 主梁斜截面抗剪承载能力效应-抗力包络图

图9 主梁正常使用极限状态正截面抗裂验算

图10 主梁持久状况斜截面抗裂验算

图11 主梁持久状况正截面法向压应力验算

图12 主梁持久状况斜截面主压应力验算

五、施工技术分析

（一）连续箱梁施工工艺

1.0号梁段施工

当主桥墩完成后，墩顶0号梁段拟在墩顶设置相应的临时固结支座，设置相应的临时钢管支撑。由于0号梁段高度为8m，长11.2m，混凝土数量较大，预应力管道密集，为减轻托架负荷和保证混凝土浇注质量，竖向可分层浇注，但最多分为2层，分层位置宜设在顶板倒角下1m处，应保证新老混凝土的结合质量和加强养生。

2.悬臂浇注梁段

在0号梁段两端安装挂篮，挂篮安装完毕后进行预压测试，并记录预压时的弹性变形曲线，以尽可能消除非弹性变形和获得标高控制数据。各梁段要求一次浇注完成，保持对称平衡施工，不对称重量不得大于100kN。每个T上用两个挂篮同时浇注箱梁节段。施工顺序为移动挂篮、绑扎钢筋浇注节段、张拉顶板束，有竖向预应力的节段滞后一个节段张拉竖向预应力，如此反复进行到两侧浇注至15号节段，在边跨侧采用施加水箱配重。边跨现浇段采用搭架施工，先合龙边跨，张拉边跨顶底板束，最后合龙中跨，张拉中跨顶底板束，施工桥面铺装和护栏等二期恒载。

3.边跨现浇段

由于该桥整体高度均不高，边跨现浇段采用在交界墩旁设置落地满堂支架浇注的方式施工。施工前需对支架进行预压，根据支架的弹性变形和施工控制要求，确定底模标高。边跨底板束张拉时，需保证箱梁和支架间水平向自由变形。

4.合龙段施工

箱梁合龙，即由悬臂体系转换为连续体系，是控制全桥受力状态和线型的关键工序，因此合龙顺序和工艺都必须严格控制。全桥分两个合龙阶段，第一阶段同时合龙两个边跨；第二阶段合龙中跨，其施工顺序和过程如下。

边跨合龙：施工完成15号和边跨现浇梁段后，在合龙段两侧设水箱作平衡重，合龙段两侧水箱容水重量相当于合龙段所浇混凝土重量，中跨对应压重。安装边跨合龙段劲性骨架，在一天的低温时段浇注边跨合龙段，边浇混凝土边同步等效放水，待混凝土强度大于90%设计强度后，混凝土养护龄期不小于5天，张拉顶底板合龙束。拆除边跨现浇段托架，准备中跨合龙。

中跨合龙：在中跨两悬臂端将挂篮改装为吊架(吊架重不超过300kN)，并在悬臂端设水箱作平衡重，合龙段两侧水箱容水重量相当于合龙段所浇混凝土重量。在温度处于15℃至20℃时，焊好合龙骨架，绑扎合龙段钢筋。在第二天清晨3时左右当天温度最低时浇注合龙段混凝土，边浇混凝土边同步等效放水。待混凝土强度达到设计强度的90%以上时，混凝土养护龄期不小于5天，按顺序张拉纵向顶底板束，拆除吊架后张拉横、竖向预应力。

5.连续梁体系转换

对于跨域河堤的连续箱梁当主桥墩完成后，主墩与主梁临时固接；采用临时垫块承受压力与普通钢筋锚固承受弯矩产生的拉力。墩顶0号梁段可在墩顶预埋牛腿支承的托架上施工，预埋牛腿及托架应认真设计验算。主墩钢筋必须伸入梁体内120cm以上，并注意埋入0号块竖向预应力钢筋。浇注混凝土前应对托（支）架进行堆载预压，采用的预压重等同于每延米墩顶块件一期恒载重。0号梁段施工可采用两次浇注，浇注完成后，组拼施工挂篮，悬臂浇注法对称施工主梁。搭架现浇边跨现浇段，先边跨合龙，再中跨合龙，拆除0号块临时支座及相应临时支承，完成体系转换。

（二）下部结构施工方法

连续箱梁主墩和交界墩采用翻模施工；主桥基础采用钻孔灌注法施工；主墩承台采用围堰立模现浇施工。

主桥基础的施工宜安排在枯水期进行，承台采用围堰隔水立模现浇施工，承台混凝土体积较大，设计采用冷却水管或低水化热水泥施工，减少水化热，防止混凝土开裂。先在承台位置进行围堰后，再在其上安置钻机，成孔后采用水下灌注混凝土的方式完成桩基施工，为了有效提高灌注桩的质量，应尽量选用带有长护筒的钻孔灌注桩的机械设备，尤其对处于河床内的桩基础，力求把钢护筒深入基岩，以便在清水中灌注水下混凝土，确保灌注桩的成孔尺寸及混凝土的浇注质量。

六、结语

多营青衣江大桥位于雨城电站库区影响范围内，桥墩基础多位于深水区，通过对简支T梁、大跨连续梁、矮塔斜拉桥3种桥型的对比分析，推荐采用了上部结构受力明确、整体性好、工艺成熟，下部结构深水基础少、施工难度小，后期养护成本低，造价适中，环境影响小，景观效果较好的大跨连续梁方案；并进行了计算分析和结构设计，提出了合适的预应力布置形式、张拉方式，合龙顺序，体系转换时机；总结了基础采用钢护筒，承台采用钢吊箱，上部梁体采用支架、托架和挂篮的施工方法。