(108+195+108)m预应力混凝土连续刚构关键技术

2020-10-15何明权

四川建材 2020年9期

关键词：刚构主桥合龙

何明权

(宜宾市叙州区农村公路建设管理所，四川宜宾 644601)

1 工程概况

项目位于四川省宜宾市叙州区泥溪镇，起于岷江左岸泥溪镇华顺店，与拟建省道310孔滩至泥溪段公路相接，新建龙头山大桥跨山沟后，通过新建泥溪特大桥跨越岷江，止于岷江右岸泥南乡老房沟附近顺接规划省道310线、省道215线共线段。

上部结构主桥采用(108+195+108)m预应力混凝土三跨连续刚构，挂篮悬臂施工；主梁采用单箱单室截面，横向按双幅分离、对称布置；主墩为双肢薄壁墩、承台接群桩基础，墩身采用滑升模板施工。桥梁效果见图1。

图1 桥梁效果图

2 技术标准

公路等级：一级公路。

设计速度：60 km/h。

荷载等级：公路-Ⅰ级；人群荷载：主桥2.875 kN/m2、引桥3.45 kN/m2。

桥面宽度：26.5 m=2.25 m人行道+2.5 m非机动车道+2×3.5 m行车道+0.5 m路缘带+2 m中央分隔带+0.5 m路缘带+2×3.5 m行车道+2.5 m非机动车道+2.25 m人行道。

桥梁抗震设防类别：A类；地震动峰值加速度：0.10 g，地震动反应谱特征周期：0.45 s，基本地震烈度：Ⅶ度，抗震设防措施等级：8级。

设计洪水频率：特大桥1/300、大桥1/100。

通航标准：内河Ⅲ-(3)级。

船舶撞击力：主墩横桥向800 kN，主墩顺桥向650 kN。

设计安全等级：一级。

设计基准期：100年。

环境类别：I类。

场地类别：Ⅱ类。

环境的年平均相对湿度：80%。

3 结构设计概况

3.1 总体设计思路

主孔跨径的大小对河道防洪、通航和桥梁建设投资均影响较大。根据《四川省内河水运发展规划》(2010年9月)，岷江乐山～宜宾段规划为Ⅲ级航道，桥位处河段按Ⅲ级航道标准考虑，当水上过河建筑物轴线的法线方向与水流流向的交角≤5°且横向流速<0.3 m/s时，天然河流Ⅲ级航道通航净空尺度要求：双向通航孔净宽110 m，上底宽96 m，净高10 m，侧高6 m；当交角>5°且横向流速>50.3 m/s时，通航净宽必须在上述基础上按规定加大；当水流横向流速>0.8 m/s时，应一跨过河或在通航水域中不得设置墩柱。

通过多种方案对比，综合考虑桥梁施工难度及风险、后期养护成本、岷江珍稀鱼类保护等诸多因素，确定主桥采用(108+195+108)m预应力混凝土连续刚构。

3.2 主桥结构设计

主桥箱梁为三向预应力结构，采用单箱单室截面，左右分幅设计。单幅箱梁顶板宽13.1 m，底板宽7.5 m，外翼板悬臂长2.8 m，箱梁顶板设置成2%单向横坡。箱梁跨中及边跨支架现浇段梁高4.1 m，箱梁根部断面和墩顶0号梁段高为12.5 m；箱梁高均以边腹板外侧为准。从距离中跨跨中1.0 m至箱梁根部，箱高以1.6次抛物线变化。箱梁腹板在墩顶范围内厚120 cm，刚构腹板有75、65、55 cm三种厚度。箱梁底板厚0号梁段为180 cm，其余梁段底板从箱梁根部截面的150 cm厚以1.6次抛物线渐变至32 cm厚。箱梁0号段长15.0 m，悬臂施工节段长度为11×3.0 m+14×4.0 m，全桥两幅共设6个合龙段，其长度均为2.0 m，边跨现浇段长度为9.3 m。1号～25号梁段采用挂篮悬臂浇筑施工，悬臂浇筑节段最大控制重量为2 594.8 kN(1#梁段)，挂篮设计自重1 300 kN(含施工荷载)。

纵向预应力束采用15φs15.2～24φs15.2高强低松弛钢绞线，竖向预应力束采用3φs15.2高强低松弛钢绞线，箱梁顶板内沿纵向每隔50 cm左右交错设一道横向预应力束，采用2φs15.2高强低松弛钢绞线。主桥体外束作为后期运营中预应力储备，体外预应力采用27φs15.2、19φs15.2环氧涂层钢铰线无粘结成品索，热挤HDPE防护；边跨、中跨均布置4束体外束，10#、19#梁段横隔板也作为运营期间体外束的转向隔板，转向隔板内预埋体外束转向器，箱梁内预埋固定体外束减震器的钢板。

主墩采用分幅设计，墩身高度分别为36、35 m，采用钢筋混凝土双肢薄壁墩身，承台接钻孔灌注桩基础；每个墩身双肢间净距5.6 m，每肢纵向厚度2.2 m，横向宽度8.5 m，两侧为圆端型；承台采用分离式，单个承台顺桥向长16 m，横桥向宽14.74 m，厚5.5 m；桩基础按端承桩设计，一个承台采用9根直径2.5 m钻孔灌注桩。

3.3 桥梁施工顺序

1)下部结构施工。泥溪岷江特大桥1#、2#主墩水中基础采用钢管桩钻孔平台及双壁钢围堰施工，在桥梁上游适当位置设置钢栈桥，作为材料运输通道；3#交界墩基础采用筑岛围堰施工。主墩桩基、承台、墩身施工方案：搭设钢栈桥及钢管桩钻孔平台→分批分组钻孔或冲孔→分批分组浇筑桩基混凝土→制作及下放钢围堰、浇筑承台封底混凝土→破桩，分区、分层施工承台→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→采用翻模法或爬模法施工主墩墩身→继续向上施工墩身。每个主墩处至少应配置1部高塔吊与1部施工电梯，其余所需则为常规的施工设备，混凝土均采用输送泵运送浇筑。

2)上部结构施工。

(1)主梁节段施工。主梁采用挂篮悬臂浇筑。主桥墩完成后，用万能杆件组拼托架浇筑零号块件,挂篮依次悬臂浇筑其余梁段，设计挂篮悬浇节段最大重量为2 594.8 kN，挂篮设计自重1 300 kN(包括施工荷载)。

(2)主梁边跨现浇段。主桥边跨现浇段(27#梁段)在落地支架上立模一次连续浇筑完成，支架设置完成后，须对现浇支架进行预压，且预压重量≥1.2倍箱梁自重，同时对墩顶偏位进行观测；支架在梁体浇筑前必须检验支架及地基的强度及稳定性，消除支架的非弹性变形。边跨底板束张拉时和边跨合龙后，为保证梁体和支架间水平向自由变形，需在现浇段底模与支架支承面处垫四氟滑板。现浇段底模安装时应按要求在交接墩位置安设支座。

(3)主梁合龙段施工。全桥分三个合龙阶段，第一、二阶段合龙两岸边跨：支架上浇筑箱梁的边跨现浇段，将边跨挂篮改装为合龙吊架，进行水箱压重，中跨跨中则进行相应配重，完成岸边边跨合龙及混凝土浇筑，待满足要求后张拉边跨顶、底板钢束。第三阶段合龙中跨：在中跨两悬臂端将挂篮改装为吊架，并在悬臂端设水箱作平衡重。为改善墩身受力，用千斤顶在中跨合龙段同步施加水平力顶推，在满足设计合龙温度情况下，焊好合龙骨架，浇筑合龙段混凝土，边浇混凝土边同步等重量放水，待满足要求后张拉边跨顶、底板钢束。

4 主要计算分析

主桥箱梁按全预应力构件设计，按梁单元进行主梁施工及成桥阶段的结构静力计算，材料按线弹性计。计算中考虑的荷载及作用包括：结构自重、基础变位、预应力荷载、均匀升降温、温度梯度正反温差、挂篮荷载、施工荷载、活载、汽车制动力、二期恒载、过桥管线。

4.1 计算荷载

恒载：主梁重量按设计尺寸计算，横隔板按集中荷载加在对应位置，混凝土容重取26 kN/m3，二期恒载按桥面系实际荷载取值。

汽车活载：公路-Ⅰ级；人群荷载：主桥2.875 kN/m2；考虑纵向折减系数0.97、横向车道系数0.78和偏载系数1.2等确定汽车荷载的横向分布系数；非机动车道按《城市桥梁设计规范(2019年版)》(CJJ 11—2011)[3]10.0.6条规定，按人群荷载考虑(最不利情况)。

整体升降温25℃，混凝土的温度线胀系数αc=1.0×10-5，钢的温度线胀系数αs=1.2×10-5。梯度温度按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)[4]中第4.3.10条执行。桥面板收缩徐变按实际加载龄期由程序自动计算，支座不均匀沉降主墩按2 cm、交界墩按1 cm考虑。

4.2 结构整体分析

主桥整体分析采用桥梁博士V3.6.0建立平面模型进行计算；主桥梁体共划分为135个节点，134个单元；桥墩每1 m划分1个单元；承台底约束刚度按m法计算考虑。计算模型如图2所示。

图2 计算模型图

1)主梁承载力极限状态计算(基本组合γ0S≤R)。

(1)抗弯强度。见图3～4。

图3 最大内力及抗力图

图4 最小内力及抗力图

(2)抗剪强度。见图5。

图5 最大最小剪力包络图

2)主梁抗裂验算。

按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)[5]，全预应力混凝土构件，在作用(或荷载)短期效应组合下应满足：σst-0.80σpc≥0；全预应力混凝土构件，在作用(或荷载)短期效应组合下，现场浇筑构件，主拉应力应满足：σtp0.4ftk=1.14MPa。主梁频遇组合抗裂验算表见表1。