新盖房枢纽改扩建工程分洪闸交通桥设计分析

殷建伟

（河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司，天津 300250）

1 项目概况

1970年大清河北支治理，在新盖房分别修建引河闸、灌溉闸、分洪闸、分洪堰等水利工程，即新盖房枢纽，并完成了新盖房分洪道复堤工程，设计标准为20年一遇。在40多年的运行过程中，新盖房枢纽将中小洪水引入白洋淀，减轻新盖房分洪道下游地区的洪涝灾害，同时将洪水送入白洋淀，减少了东淀的泥沙淤积。遇较大洪水时，通过对枢纽的综合调度可有效保护京津两市、京九京沪铁路、华北油气田等重要基础设施，以及下游广大地区人民生命财产安全。

该枢纽能否安全运行，直接关系到整个大清河北支防洪安全。2019年6月开始对新盖房枢纽进行改扩建设计，主要内容为原址重建分洪闸、灌溉闸、分洪堰，改建引河闸等，同时注重提升周边景观绿化空间，营造枢纽节点景观。

分洪闸位于新盖房分洪道首端，为新盖房枢纽控制性工程，分洪闸为开敞式水闸，主要由上游防护段、闸室、交通桥和下游防护段组成。重建的分洪闸采用合页坝结构型式，闸中心线与原中心线基本一致，闸室长24.5m，总宽84.5m。因原分洪闸交通桥利用了水工闸墩作为下部基础，所以一并对交通桥进行拆除重建。

2 分洪闸交通桥布置方案

结合分洪闸重建整体布置及景观效果情况，分洪闸交通桥布置孔径为4×21.6m，横向布置净0.5m（栏杆）+8.0m（景观长廊）+0.5m（栏杆）+6.5m（行车道）+0.5m（防撞护栏），汽车设计荷载采用公路-Ⅱ级，人群荷载标准3.0kN/m2，景观长廊荷载9929.2kN（包含恒、活、风和地震荷载）。

交通桥横向上游侧设一座钢结构景观长廊，长廊主体为钢框架结构，结构最高点相对标高11.45m，长廊以斜柱连接到交通桥上，斜柱下方沿横桥向设置钢筋混凝土条形基础，条形基础直接落在分洪闸交通桥桥面上；交通桥横向下游侧为6.5m宽行车道，行车道铺装采用40mm厚细粒式沥青混凝土面层+黏层+60mm厚中粒式沥青混凝土面层+透层+100mm厚C50W4防水混凝土铺装+水泥基渗透结晶型防水层，铺装层内设单层φ12＠10cm钢筋网。行车道一侧设C30混凝土防撞护栏，一侧设C30混凝土栏杆带，栏杆带上设钢管栏杆，宽度均为0.5m。桥面伸缩缝采用GQF-80型伸缩缝，桥头两侧设限重标志牌。

3 分洪闸交通桥结构设计及计算

3.1 交通桥结构设计

交通桥上部结构采用先简支后连续预应力钢筋混凝土小箱梁，箱梁采用C50混凝土预制，梁高1.6m，中梁宽2.4m，边梁宽2.85m，每孔桥采用3片中梁，2片边梁，从桥梁上游侧至桥梁下游侧定义为1#梁～5#梁，箱梁间采用C50混凝土湿接缝连接。

交通桥下部桥墩结构采用盖梁接桩基承台柱式桥墩结构，钻孔灌注桩基础；从节约投资及降低阻水率考虑，下部桥台结构利用水工挡墙，并在水工挡墙顶开槽作为桥台盖梁。

3.2 交通桥结构计算

分洪闸交通桥上设置了一座景观长廊桥，长廊桥主体为钢框架结构，共7跨，通过8排16根斜柱连接到交通桥上，斜柱下方沿横桥向设置钢筋混凝土条形基础，条形基础直接落在分洪闸交通桥桥面上，结构最高点相对标高11.45m。分洪闸交通桥上部结构为非标准跨径，且上部荷载组合较为复杂，本工程重点对分洪闸交通桥上部结构进行了计算分析。

3.2.1 上部结构计算

上部结构计算按照JTG D60—2015《公路桥涵设计通用规范》和JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》等相关规定进行，主要计算工具为专业软件桥梁博士V4.2。汽车设计荷载采用公路-Ⅱ级，均布荷载标准值为qk=7.875kN/m，集中荷载标准值Pk内插计算为303.2kN；人群荷载标准值3.0kN/m2，景观长廊荷载9929.2kN（包含恒、活、风和地震荷载）。

上部结构计算主要通过分析上游侧的景观长廊荷载、人群荷载、下游侧的汽车荷载和其他荷载在5片连续梁的分布组合情况，以1#梁上的荷载分布及组合计算为例。（荷载组合形式为：按承载能力极限状态设计时，对持久设计状况和短暂设计状况采用作用的基本组合，对偶然设计状况采用作用的偶然组合，对地震设计状况采用作用的地震组合。按正常使用极限状态设计时，采用作用的频遇组合或准永久组合）。

图1 交通桥模型横向布置

图2 1#梁景观长廊荷载横向分布影响线

上游侧景观长廊桥单排两根柱底荷载G通过横桥向地梁平均分到1#梁、2#梁和3#梁3片连续箱梁上，每片梁上的集中荷载为G/3，G/3与1#梁的横向分布影响线相乘，求出1#梁的景观桥荷载横向分布值，其他4片梁计算方法一致。由此可得出5片梁上的8排景观桥荷载的横向分布情况，然后分别填入桥梁博士软件模型对应节点位置。

图3 1#梁景观长廊荷载分布位置

下游侧汽车荷载、上下游两侧人群荷载和其他荷载的分布组合计算，分别用每片梁的汽车均布荷载qk=7.875kN/m，集中荷载Pk=303.2kN；人群荷载3.0kN/m2，乘以对应的汽车荷载横向分布系数和人群荷载横向分布系数，计算出荷载分布情况，其他荷载安在小箱梁的实际位置输入到模型对应节点位置处。

图4 汽车荷载横向分布系数

图5 人群荷载横向分布系数

经专业软件桥梁博士V4.2计算，需对连续梁梁截面高度进行调整，由标准图的1.4m提高到1.6m；梁体预应力钢束长度及布置也相应进行调整，计算结果可以满足对截面强度、配筋面积、永存预应力及截面法向拉应力等要求。

调整梁截面高度后4×21.6m预应力钢筋混凝土小箱梁计算结果如图6、图7。

图6 承载能力极限状态弯矩包络图

图7 正常使用极限状态正应力包络图

3.2.2 下部结构计算

下部结构设计包括盖梁、墩柱、承台和桩基设计。盖梁、墩柱设计按照JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的相关规定进行，桩基设计计算按照JTG 3363—2019《公路桥涵地基与基础设计规范》规定进行，主要计算工具为软件“桥梁通8.0”。经专业软件桥梁通8.0计算后，交通桥下部结构布置情况为：盖梁尺寸为1.7m（宽）×1.5m（高）×15m（长）矩形截面，盖梁横坡双向2.0%，盖梁顶上设C50W4混凝土垫石，垫石上设板式橡胶支座；墩柱直径1.2m，柱高5.83m；承台尺寸为12.4m（宽）×2.0m（高）×16.25m（长）矩形截面；基础采用四排16根直径1.3m钻孔灌注桩，桩长38m；水工挡墙顶开槽作为桥台盖梁，槽底设双向2.0%横坡，C50W4混凝土垫石，垫石上设滑动板式橡胶支座。

4 结语

新盖房枢纽改扩建工程分洪闸交通桥的重建，满足了新盖房枢纽正常运行管理和防洪抢险物资运输的交通需求，同时提升了枢纽周边景观绿化空间，营造枢纽节点景观。在分洪闸交通桥重建的设计过程中，景观长廊桥的布置为工程设计增加了新的难题，本文通过对分洪闸交通桥设计方案的总体介绍和说明，对交通桥上部、下部结构的具体计算和分析，最终确定了最佳设计方案。为后续类似工程的设计提供了参考，具有借鉴意义。