内荆河特大桥主桥设计分析

陈乐元

（湖北省工业建筑集团有限公司，湖北 武汉430000）

1 桥梁概况

内荆河特大桥是洪湖市环湖绿道PPP项目中的一座特大桥，全长1118.0m，跨径组合（3×40+3×40+4×40）m+（70+130+70）m+（4×40+4×40+3×40）m。桥面宽度为0.5m（SA级防撞护栏）+9m（行车道)+4.5m（非机动车道）+0.5m（SA级防撞护栏）=14.5m。本桥为跨越洪城新河、内荆河而设，内荆河规划为限制性Ⅳ级航道，通航净空为55m（净宽）×8m（净高），最高通航水位为25.16m。路线与内荆河交角132度，桥梁与路线正交，则桥下净宽不小于90m。并考虑到河堤防护、墩身宽度、安全距离、结构下弦最小距离等因素，主桥采用70m+130m+70m预应力混凝土变截面连续梁。主桥立面布置如图1所示。

2 自然地理条件

2.1 气象和水文

场区气候属亚热带季风湿润气候，其特点是冬夏长，春秋短，降水充沛，温暖湿润，日照充足，无霜期长。气温一月最低，平均气温3.7℃,七月最高,平均气温28.9℃,年平均降水量1320mm,四至六月是全年降水集中期，全年一、二、三、十一、十二月为地下水枯水期，其余月份为丰水期。

2.2 区域地质构造

洪湖地区属于扬子准地台两湖段坳，为新华夏第二沉降带南延部分。东西分布为江汉断陷和华容断隆两个三级构造单元，其中又以洪湖市为界分别为陈沱口地堑和沔阳凹陷两个四级构造单元。华容断隆约包括白螺镇至螺山镇段，区内被第四纪沉积层覆盖，零星出露前寒武纪浅变质岩系和燕山期玄武岩。陈沱口地堑包括螺山镇至洪湖市段，地堑呈北西西向，地堑内二叠系，侏罗系，白垩系和第三系均有发育。沔阳凹陷包括洪湖市到新滩镇段，凹陷东西两侧分别受沙湖—湘阴断裂控制，凹陷及其内部主要构造线呈北东方向，凹陷内地层以白垩系和下第三系沙市组、新沟咀组为主，厚度变化较小。

2.3 地形、地貌

建设场地位于洪湖市小港管理区，上跨内荆河。勘察施工时地面高程为23.425～25.78m；内荆河河床高程为19.12～19.56m。场地属长江中下游冲积平原地貌单元，系长江北岸一级阶地。

3 主桥箱梁构造

主桥上部采用（70+130+70）m预应力混凝土变截面连续梁，边中跨比为0.538。

主梁采用C55混凝土，单箱单室直腹板箱形断面，支点处梁高8m，高跨比为1/16.25，跨中梁高3m，高跨比为1/43.3，箱梁高度按1.8次抛物线变化。箱梁顶宽为14.5m，底板宽度为7m，翼缘悬臂长度为3.75m。

在满足结构安全的前提下，应使底板、顶板、腹板、加腋、齿板等细部尺寸轻型化。

箱梁顶板厚度：0号块为50cm，其余梁段为28cm。

箱梁底板厚度：0号块为150cm，其余各梁段从距墩中心3.5m处至合龙段处由100cm按1.8次抛物线渐变至32cm。

箱梁腹板厚度：0号块为90cm，1～9号梁段为90cm，12～16号梁段为60cm，10～11号梁段由90cm按线形变化至60cm。

箱梁0号块横隔梁宽4m，跨中横隔板厚度为0.4m；端横梁厚1.5m。0号段长11m，1～16号段长度分别为4×3m＋3×3.5m＋9×4m，边跨现浇段长3.84m，中边跨合龙段长均为2m。箱梁标准横断面如图2所示。

4 预应力体系

主桥箱梁预应力布置采用三向预应力体系，应根据受力需要，合理设置横向预应力，并与纵向、竖向预应力构造布置相协调[1]。

主桥纵向预应力钢束：采用按《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224—2014）技术标准生产的高强度低松弛钢绞线，规格为Φs15.2。T0、T1～T16、T14'、T15'顶板悬浇钢束采用15-22；PT顶板悬浇预备钢束采用15-22；W1～W4节段腹板悬浇钢束采用15-22；W5～W14节段腹板悬浇钢束采用15-19；CT中跨顶板连续钢束采用15-17；CB1～CB8、CB5'、CB6'中跨底板连续钢束采用15-22；PCB中跨底板预备钢束采用15-22；ST1～ST4边跨顶板连续钢束采用15-19；SB1～SB5边跨底板连续钢束采用15-17；PSB边跨底板预备钢束采用15-19。纵向预应力钢束均采用两端张拉，张拉控制应力为0.75fpk＝1395MPa。纵向预应力钢束断面布置示意图如图3所示。

主桥横向预应力钢束：采用《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224—2014）标准生产的高强度低松弛钢绞线，规格为Φs15.2-3，沿桥纵向间距为50cm；单端对称交叉张拉，张拉应力采用0.7fpk＝1302MPa。

主桥竖向预应力钢束：在每侧腹板内按双排布置，采用YL32精轧螺纹粗钢筋，沿桥纵向间距为50cm；单端张拉控制应力采用0.9fpk＝706.5MPa。

5 下部结构

主桥主墩采用带圆角的等截面矩形实心墩，横桥向宽7.0m，纵桥向宽5.0m，另外承台平面尺寸为13.5m×13.5m，厚度为4.0m。桩基采用桩径为200cm的钻孔灌注桩，单个承台底部设置9根基桩，方形布置。

主桥与引桥过渡墩采用带圆角的等截面矩形实心墩，横桥向宽6.5m，纵桥向宽2.4m；承台平面尺寸为7.5m×7.5m，厚度为3.0m。桩基采用桩径为180cm的钻孔灌注桩，单个承台底部设置4根基桩，方形布置。

6 结构计算

主桥上部结构采用悬臂浇筑施工，总的施工顺序是：墩顶0号块的浇筑，悬臂节段挂篮现浇，各桥跨间的合龙段施工及相应的施工结构体系转换，桥面系施工[2]。按此施工顺序及成桥运营状态，考虑各风险工况的荷载组合，形成各阶段的计算图式，分析结构各阶段的应力和位移，主要计算结论如下：

主梁持久状况承载能力极限状态：正截面抗弯承载力和斜截面抗剪承载力验算满足规范要求。

主梁持久状况正常使用极限状态：正截面抗裂和斜截面抗裂验算满足规范关于全预应力构件的要求。

主梁持久状况和短暂状况应力：持久状况混凝土最大压应力、混凝土最大主压应力、预应力钢束拉应力及短暂状况混凝土应力，均满足规范关于全预应力构件的要求。

在荷载频遇组合下，计入挠度长期增长系数后，主梁跨中挠度值为90.2mm，小于L/600=216.7mm，满足规范对挠度的要求。

箱梁横向框架计算分析满足规范要求。

7 结语

内荆河特大桥主桥为3跨预应力混凝土变截面连续梁，主跨较大，结构受力较复杂，结合计算，通过调整结构尺寸和预应力钢束布置，最终使该桥在承载能力极限状态和正常使用极限状态均处于较理想状态。