一闸交通桥设计工作中若干问题研究与思考

吴晓荣 沈 云 陈朋飞

（中水淮河规划设计研究有限公司 合肥 230601）

南四湖二级坝坝顶道路及交通桥作为二级坝枢纽的重要组成部分，是连接南四湖湖东、湖西的唯一通道，主要承担防汛抢险功能，兼顾为当地群众生产生活提供便利条件。

1 工程标准

二级坝除险加固工程属大（1）型工程，其主要建筑物一闸交通桥为1 级建筑物，连接坝顶公路等级为二级公路，桥梁汽车荷载等级采用公路-Ⅰ级。

2 工程现状

现状一闸共计39 孔，每孔净宽6.00m，全闸总长299.26m，下游设置交通桥为钢筋混凝土板桥结构，桥面净宽6.8m。因现有交通桥汽车荷载等级不满足规范要求，且现场检测结果显示桥面铺装层受损严重，桥梁处于不安全状态，故本次加固设计将提高桥梁汽车荷载等级，设计内容为拆除重建桥板、桥面铺装及附属结构等。

3 工程方案设计

桥梁设计以“功能适用、安全可靠、造价经济、结构耐久”为原则，结合原一闸桥设计断面，拟定一闸交通桥总长299.26m，共39 孔，单孔跨径为边跨7.70m，中跨7.44m，桥面净宽7.0m，全宽8.0m。桥梁上部结构采用装配式预应力混凝土简支空心板梁，桥面铺装为15～20cm 厚混凝土现浇层+8cm 厚沥青混凝土，下部结构为原一闸闸墩进行加高。

桥梁横断面结构图见图1。

图1 交通桥横断面结构图

3.1 桥面板型式比选

根据交通桥单跨跨径及国内已建桥梁工程经验，桥板结构型式主要对预制混凝土简支空心板、连续现浇整体板及预制混凝土简支T 梁三种方案进行比选。从桥梁功能性、结构特性、行车舒适性等方面比较，三者都是满足工程要求的。

箱梁施工工艺较空心板复杂，且造价较高；空心板施工技术成熟难度小，吊装安装方便，工程投资小。鉴于一闸桥板单跨跨度较小及现场施工条件不便，故最终选用空心板梁结构型式。

3.2 闸墩冒梁加固设计

一闸交通桥桥板基础为保留1985年第一次除险加固时建设的老闸闸墩及底板。原桥板拆除后，闸墩墩顶台帽高程不一，且不满足本次桥梁设计高程要求，拟在其上通过植筋方式加固闸墩冒梁至38.04m 高程。

在闸墩上植筋施工前，先在合适位置进行试验以确定钻孔方案，并确保不破坏闸墩原有结构。严格按照植筋的工艺流程：定位-钻孔-洗孔-注胶-植筋-固化养护-抗拔试验-绑筋浇筑混凝土等，进行冒梁的加高加固工作。

4 桥梁结构设计

4.1 上部结构计算

本次设计采用商用软件《桥梁博士》对桥梁上部结构进行计算分析，并以《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）为标准，以简支板桥为基本结构，按钢筋混凝土构件进行结构应力验算。

以边板为例，计算模型图见图2。

图2 《桥梁博士》边板计算模型图

考虑桥梁上部结构自重、梁截面温度荷载、桥板徐变收缩、人群荷载及汽车荷载等若干荷载组合工况，对上部结构构件进行挠度、正截面抗弯承载力、斜抗剪承载力、正截面抗裂、受压区混凝土边缘压应力、受拉钢筋应力及混凝土中性轴剪应力等进行计算分析。结果表明，上述计算成果均能满足规范要求。

主要结构计算成果见图3～图9。

图3 挠度计算结果图

图9 混凝土中性轴剪应力结果图

4.2 下部闸墩冒梁加固计算

图4 正截面抗弯承载力计算结果图

图5 斜截面抗剪承载力计算结果图

图6 正截面抗裂计算长期效应组合结果图

图7 受压区混凝土边缘压应力结果图

图8 受拉钢筋应力结果图

闸墩冒梁加高植筋计算按照《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2013）及《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）中相关内容进行设计。单根植筋锚固的承载力设计值应符合下列公式规定：

Ntb—植筋钢材受拉承载力设计值；

fy—植筋用钢筋的抗拉强度设计值；

As—钢筋截面面积；

ld—植筋锚固深度设计值；

ls—植筋的基本锚固深度；

ψN—考虑各种因素对植筋受拉承载力影响而需加大锚固深度的修正系数；

ψαe—考虑植筋位移延性要求的修正系数。

计算得到植筋钢筋直径为25mm，受拉承载力设计值为176kN，单根植筋拉拔力特征值不低于54kN，锚固长度为400mm。

5 设计方案应用实践

一闸交通桥位于国道518 交通主干道上，车流量较大，重型车辆较多，超载车辆过往频繁，易对桥面铺装层造成破坏，造成巨大的经济损失和不良的社会影响。一闸交通桥桥面铺装设计由沥青混凝土层+防水层+混凝土调平层构成，它既能调整与控制桥面高程与横向坡度，增强桥梁整体性，又能起到防水作用。对桥面铺装进行结构优化，改善调平层与上层沥青铺装层、及调平层与下层桥面板之间的结构薄弱受力面，使其具有良好的路用性能，具有非常重要的意义。

经过分析研究，一闸交通桥混凝土调平层设计厚度为150～200mm，设置两层钢筋网，且在两层钢筋网之间增设架立短钢筋，以增强桥面受力横向联结；同时，桥板铰缝内填充C50 微膨胀细石混凝土，在铰缝内增加架立钢筋与调平层钢筋网焊接，以加强铰缝与铺装层的整体性；最后，将空心板顶部预留的抗剪钢筋，与调平层钢筋网焊接，以增加桥板与铺装层的连接。

通过以上优化设计措施，可以提高桥板的承载能力，增强桥面上部结构各主梁间横向联结，从而增加桥梁的横向刚度，加强桥梁上外部荷载的横向分布，使车道荷载能更多地分配给其他主梁承担，从而提高桥梁的使用耐久性。

6 结语

本文基于2018 版《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，结合二级坝除险加固工程一闸交通桥拆除重建工程实例，从设计思路、方案比选、结构计算及设计优化创新等各方面逐一阐述，对桥梁设计过程做了详细的整体叙述，为设计人员对类似工程的设计研究提供一定的参考■