主线高架桥预应力混凝土预制箱梁标准化设计方案

丁卫锋，贺轶静

(西安中交土木科技有限公司，陕西 西安 710075)

1 工程概况

龙州河特大桥工程位于定安县龙州镇境内，桥梁上部结构采用预应力混凝土简支桥面连续小箱梁。其桥墩为柱式墩，桥台为肋板台，桥台及过渡墩处设置D80型伸缩缝。桥跨布置为2×(5×25)+4×(4×30)+7×(4×25)+2×(5×25)m，桥梁全长1 685.6 m(含耳墙)。

2 标准化设计思路及要点

2.1 思 路

本项目设计方案确定前确定了工厂化、预制化、标准化、大型化的建设目标，采取的结构形式不仅应符合相关的技术规范，更应当便于标准化、模数化、机械化的施工作业，同时考虑其经济适用。

2.2 要 点

1)平面位于缓和曲线上的桥梁，进行上部箱梁的预制时应根据主梁参数表所规定的尺寸预制，并不断调整梁长、钢筋确保其满足预制尺寸。边跨伸缩缝端应严格按照设计图纸中所要求的角度进行预制，其余部位则根据标准图所要求的角度预制。在箱梁预制施工时，应当按照其有关尺寸对相应的构造及钢筋进行调整，使之与预制构造尺寸相符[1]。

设计中，要想发挥预制结构桥梁在施工时方便快捷和节省造价的优势，就要求每片梁在预制时尽量预制成标准等梁长。在等角度布置时，由曲线引起的梁长变化可通过等梁长法和变梁长法两种方法解决。

在设计时应尽量采用等梁长法，虽然变梁长法设计简单，但会造成施工难度较大等问题。梁长变化值增多，施工时需频繁调整模板，且对长度变化的预制梁要逐一编号，场地周转不便，所以应以等梁长法设计为主，其次考虑变梁长法。此外，径向布孔的预制梁桥需考虑弦弧差对桥梁外边缘线线形的影响，当弦弧差<10 cm时，一般可通过调整外侧护栏的线形来拟合桥梁外边缘线的曲线线形；当弦弧差>10 cm时，则必须通过调整边梁悬臂以适应曲线。

2)位于平曲线段上的桥梁，在设计时布梁中心线为标准跨径，同时理论跨径线采取径向布置。通过不断调整预制梁长解决所产生的内、外弧差[2]。梁长变化段应尽可能布置在两等分跨中中横隔梁的两侧，而预应力钢束变化段则设计于跨中直线段范围内。在施工过程中，墩顶现浇连续段钢筋可根据通用标准中的相关布置标准进行设计布置，并通过现浇连续段的具体尺寸适当调整钢筋长度。边梁外悬臂需要结合路线的平面资料进行合理放样，将每片梁8等分然后选择合适的点严格控制圆弧线变化。

3)预应力混凝土应先进行简支后连续装配式箱梁上部结构的施工，而连续箱梁通常为多箱单独预制的型式，先进行简支安装，后实施现浇连续接头的结构体系。为了增强桥梁在横向上的整体性，一方面要在端头处设置横隔梁，同时在跨间设置横隔板，并确保横隔板与主梁保持垂直相交。为方便模板的制作并保证模板的外形美观，主梁在纵向上的外轮廓尺寸固定，桥梁曲线线形则根据梁长及边梁悬臂进行不断的调整而形成。

4)桥台背墙线应当与梁端线保持平行，主梁预制为直线梁，同时相邻跨预制为折线梁，通过适当调节边梁悬臂端的尺寸或者护栏相应位置的途径逐渐形成桥面曲线，曲线桥施工时是根据预制梁长以及墩顶现浇段长度而实现的，在施工过程中应根据设计图纸所要求的梁长参数实施支模的浇筑作业，并进行相应的编号，有序存放管理。预制箱梁顶板横坡是利用旋转梁体实现的，路线纵坡、路拱横坡则是利用不等高的支座垫石结合梁底钢板而实现，对于超高过渡段横坡应根据逐跨调整旋转梁体角度的方式，并利用现浇面板以及铺装混凝土对该段桥面进行调平处理。

5)桥面横坡通过预制箱梁顶、墩台盖梁及支座垫石相互结合而形成，其中箱梁顶板、桥面板应该沿着坡面进行浇筑，而用于箱梁底面支座的钢板在预埋时应呈水平状态。由于桥梁纵横综合坡会在一定程度上影响施工效果，因此应确定预埋钢板的中心外露值，若不符合相关的调平标准，则应在梁底增设合适的楔形块确保钢板保持水平。预制箱梁钢绞线的锚具均布置在梁端，为达到这一要求需要在其内部进行一定程度的加厚，而腹板内预应力钢束不仅存在竖向弯曲，还在主梁加厚段存在一定的平面弯曲。

3 标准化设计具体方案

3.1 小箱梁上部结构设计

本桥上部组合箱梁制作时根据标准图进行，先后铺设10 cm沥青混凝土、防水层以及10cm C40整体化混凝土现浇层形成稳定桥面。桥梁上部结构为直梁的型式，平面部分利用调整梁长的方式适应相应曲线。施工过程应当根据各段的桥型布置、梁长设计以及相关的技术参数有序进行，并严格控制所需梁板的预制长度。

在桥梁的弯道段、单幅桥与边梁存在一定的弦弧差，预制梁在制作时均制成直梁，然后根据设计标准利用多点放样的方式形成相应的弯道线形。在进行外包式防撞栏的施工时，应当根据桥型布置图和线位图实施准确的定位，确保形成设计的桥梁线形。桥面横坡是通过墩台帽横坡和梁底楔形块横坡共同形成的，而桥梁纵坡则是通过墩台高程差而形成。

除此之外，还应当根据桥型布置图以及有关的设计图纸确定泄水管，确保预留孔位置准确合理，通常情况下泄水孔位于横向水流下游处边梁上。为确保行车的安全，上跨主线桥的桥面应选择封闭式排水的方式。主线上各类桥梁的排水通常设计为垂直排水，但是泄水管不能将水直接泄至主线、互通匝道或者对环保有特殊要求的区域，应该充分利用纵、横管道将水排至预定位置并进行相应的净化处理。

伸缩缝选择D80型，在预制梁板的同时还应当根据桥梁设计构造进行钢筋预埋作业，并调整其尺寸符合桥梁设计要求。而预制梁板也应当具体标注其所在的梁体位置；桥梁外侧设置外包式混凝土护栏，并在悬臂端预留10 m的部分使伸出钢筋可以与外侧防撞栏钢筋进行绑扎，最后实施浇筑作业；桥梁内侧边梁悬臂端在预制时要求一次浇筑成形，且大、小桩号桥台的搭板均为8 m。

3.2 下部结构设计

1)墩台盖梁设计为双悬臂简支梁，通过杠杆法对活载分配系数进行合理的计算，并对斜截面抗剪的强度进行相应的计算。桥墩按照柔性墩的有关标准进行设计，其水平力根据集成刚度分配法的方式合理分配，根据承载极限进行配筋的相关设计，并严格控制缝宽。

2)本桥左右幅2～25、30～32、47～63号桥墩桩基根据嵌岩桩的相关标准设计，其余桥墩桩基则根据摩擦桩的相关标准设计，桩基内力按“m”法进行计算，根据承载极限进行配筋的相关设计，并结合正常的运行极限控制缝宽。

3)桩基设计控制。对于中风化岩层，若单轴饱和抗压标准值frk≥10 MPa则按照嵌岩桩的相关参数计算，若<10 MPa则按照摩擦桩的相关参数计算。嵌岩深度不仅要满足设计对受力的要求，还应当满足以下条件时的最小嵌岩深度要求。

(1)持力层frk≥30 MPa时：12 m≤桩长L≤20 m时，嵌岩深度2.0D；20 m<桩长L≤30 m时，嵌岩深度1.5D；桩长L>30 m时，嵌岩深度1.0D。

(2)持力层frk<30 MPa时：12 m≤桩长L≤20 m时，嵌岩深度3.0D；20 m<桩长L≤30 m时，嵌岩深度2.5D；桩长L>30 m时，嵌岩深度2.0D。

嵌岩桩孔底的沉渣根据5 cm的厚度进行相关设计。除此之外，该段项目中墩台的桩基都设计为摩擦桩，再进行相关计算时台后填土的内摩擦角取30°。

3.3 原材料的检验

施工时所用到的原材料应根据同一厂家、同一批次、相同规格等要素进行质量检验，确保质量、力学性能及相关成分等与标准相符。

在加工制造时，应当全面考虑焊接时产生的收缩余量及加工制造余量。将板件切割为所需零件时，首先选择精密切割下料，并确保切割面的硬度(不超过HV350)及切割边缘表面质量符合要求。此外，对零件进行矫形及弯曲时，优先选择冷矫及冷弯的工艺，确保零件表面无明显凹痕或损伤。若选择热矫工艺加工时，应将温度合理控制在600℃～800℃，不得进行锤击或冷水降温。

4 结束语

实践证明，对预制箱梁进行标准化设计能够大大缩短设计周期，确保设计的合理性，也有利于施工过程的标准化。本文结合龙州河特大桥工程主线高架桥预应力混凝土预制箱梁施工时所采用的设计标准化，为桥梁的顺利施工提供了有力的技术支持，有助于施工单位及时掌握并运用施工技术，在降低施工投入的同时还能够提升施工效率，保障施工质量，最后满足桥梁工程建设的质量要求。

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