资阳市两河口连续刚构桥的设计及计算分析

胡 伟

（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

随着交通基础设施建设的不断发展，高墩大跨桥梁越来越多，地形地质条件复杂多变，为设计和施工带来了巨大的挑战。连续刚构桥采用预应力混凝土结构，有两个以上主墩，采用墩梁固结体系，具有T形刚构桥和连续桥梁的优点，在桥梁建设时得到广泛应用。

采用悬臂浇筑法施工的连续刚构桥，在地形陡峻的场地，经常出现交界墩较高或地基软弱的情况。施工过程中，搭架风险高，基础处理困难，处治费用高。连续刚构桥边中跨比一般介于0.5～0.8之间，若缩短边跨现浇段长度，便可以采用非落地支架法施工，这样可以省去基础处理的工作，节约建设费用，加快施工进度。

本文以资阳市蜀都大道东延线资简段两河口沱江特大桥为例，对连续刚构桥设计及计算进行研究，以期为同类型桥梁设计提供借鉴。

1 工程概况与设计标准

1.1 工程概况

蜀都大道东延线资简段建设工程起于资潼高速文龙寺互通，衔接资潼高速文龙寺互通连接线，与连接线平面交叉，而后自北向南途经保和镇文龙寺、晏家坝村，跨越沱江进入董家坝，路线沿董家坝规划主干线布设；终点顺接已建成的蜀乡大道，实现城东新区与资潼高速的快速连接，将董家坝、晏家坝、文龙寺串联，有利于带动城市周边的发展和未来城市的拓展。两河口沱江特大桥作为蜀都大道东沿线资简段的控制性工程，为跨越沱江而设，北接晏家坝，南连董家坝，全长814m，采用（16×30）m简支小箱梁+（85+160+85）m连续刚构桥（如图1所示），桥面全宽40m，双向6车道，采用分幅设计。

图1 两河口沱江特大桥主桥立面图（单位：m）

1.2 主要设计技术标准

蜀都大道东延线资简段设计公路等级：一级公路；行车速度：60km/h；设计荷载：公路-I级，人群荷载2.5kN/m²；桥面宽度：3.4m人行道+0.6m防撞栏杆+15m车行道+2m中央分隔带+15m车行道+0.6m防撞栏杆+3.4m人行道，总宽40m；设计洪水频率：1/300；抗震设防烈度：Ⅵ度；抗震设防措施等级：7级；航道等级：Ⅴ级；最高通航水位：358.56m，通航净高不小于8m；设计安全等级：一级；桥梁设计基准期为100年；环境类别：Ⅰ级。

2 连续刚构桥跨径组合设计

2.1 现场情况分析

两河口沱江特大桥，后退侧16号交界墩位于河漫滩区，经实地调查可知现场粘沙石层较厚，约8~10m。汛期沱江水位上涨淹没线超越交界墩处地面。前进侧19号桥台位于斜坡上，地形陡峻。

边跨现浇段若采用搭架现浇施工，16号交界墩处粘沙石层较厚，支架地基处理需要采用基础换填或者桩基础方式，处治工程量大、费用高。19号桥台处，陡峻斜坡地形也不利于支架架设。

2.2 主桥跨径设计思路

为解决主梁边跨现浇段无法搭架现浇的问题，故提出了对连续刚构桥边跨现浇段采用非落地支架法设计。但是边中跨比太小，会在边跨墩台处产生负反力，支座或者主梁需要采取相应的抗拔措施，包括设置拉压支座或者配重的方式。

拉压支座虽然能够解决边跨负反力的问题，但是运营阶段频繁出现荷载交替，对于支座寿命及耐久性要求较高。其全寿命周期更换次数较多，且需要定期检查及维护，运营阶段管养工作量较大，维护及更换费用较高。

边跨配重方案能较好地解决边跨负反力的问题，但是如果配重过大，则需要采用更多的配束去平衡自重增加产生的荷载，会造成结构尺寸变大，配筋增多。

最佳设计思路为选取合适的边中跨比，采用适当配重，让其既能减小边跨现浇段的长度，保证悬吊支架或者挂篮悬浇支架能处理边跨现浇段浇筑的问题，又不在墩台处产生负反力。

2.3 主桥跨径设计组合

根据资阳市交通运输局航务管理处【2020】26号文《关于蜀都大道东延线资简段（文龙寺至蜀乡大道段）建设项目两河口沱江特大桥航道通航条件影响评价的审核意见》，两河口沱江特大桥满足沱江Ⅴ级规划航道通航净空尺度和技术要求，通航孔净宽150m，最高通航水位时桥梁净高10.72m。最高通航水位358.56m，设计最低通航水位348.80m。

根据桥位处通航论证结果，该桥主跨跨径确定为160m。经初步计算，当边中跨比接近0.53时，边跨现浇段长度为4m，可采用非落地支架法施工，经适当配重后（端横梁宽2.2m），边跨墩台处不产生负反力。据此，两河口沱江特大桥连续刚构主桥跨径组合确定为85m+160m+85m。

2.4 主桥设计跨径的影响

2.4.1 对河段泄洪的影响

该跨径组合对河段泄洪影响分析结果为：在300年和50年一遇洪水时，特大桥引起的河道过水面积综合缩窄率分别为4.82%和4.74%，桥墩对河道行洪断面束窄作用不大，对河道泄洪影响较小。特大桥引起的上游断面最大壅高分别为0.12m和0.10m，最大壅水范围分别为桥位以上500m和460m。因此，特大桥建成后对引起的壅水高度较小，壅水范围不大，不会明显增加桥区河段的淹没范围，对河道防洪水位影响较小。

2.4.2 对河势稳定的影响

该跨径组合对河势稳定的影响分析结果为：特大桥引起河道地形的变化，仅限于工程附近局部区域，对整个河道地形影响很小。由于原河道过水面积较大，桥墩尺寸相对较小，对河道束窄作用不大，工程建成后仅桥墩局部区域流速有较小的变化，300年和50年一遇洪水时，工程后桥区河段流速增加超过0.2m/s的范围分别为80m和70m，且流速增值在横向分布不连续。除此之外，其余河段的流速分布、主流线位置均无变化，水流动力轴线亦无变化，河道水流顺畅，流速、流态与工程建设前基本上保持一致。故工程的建设对所在河道的总体河势条件和局部河势稳定的影响较小。

2.5 跨径组合设计合理性分析

根据结构计算结果、桥位处通航论证、行洪论证及河势稳定分析，该桥引桥跨径取30m，主桥跨径组合取85m+160m+85m是可行的。

3 连续刚构桥主梁与墩台设计

3.1 连续刚构桥箱梁构造设计

3.1.1 整体设计

两河口沱江桥特大桥主桥为85m+160m+85m连续刚构，为三向预应力钢筋混凝土结构，箱梁截面采用分幅式单箱双室。单幅箱梁顶板宽19.85m，箱梁底板宽13.2m。箱梁两侧悬臂长3.325m，箱梁顶板采用2%单向横坡，底板水平。箱梁中跨跨中及边跨现浇合龙段梁高为3.2m（横坡坡脚侧腹板外侧梁高），主跨桥墩与箱梁相接的0号梁段高度为10.2m（横坡坡脚侧腹板外侧梁高）。

3.1.2 梁高设计

变高度桥梁底版纵向线形直接影响结构受力，在1/4跨径处容易出现正应力和抗剪指标不满足的情况。设计时采用低次抛物线的方法进行优化，在不改变边跨现浇段支点梁高和中跨跨中梁高的情况下，适当对1/4跨处梁高进行加大[1]。该桥梁高从中跨跨中至主墩根部位置，梁高按1.6次抛物线变化。

3.1.3 梁厚设计

箱梁腹板在主墩墩顶范围内厚度为100cm。主墩处根部至中跨跨中梁段，腹板厚度组成分别是70cm、60cm。各节梁段的腹板端部设置了配筋加强的抗剪齿口。箱梁底板厚度采用130~35cm渐变，采用1.5次抛物线方式变化，由主墩根部渐变至中跨跨中及边跨现浇段。

3.1.4 节段设计

该桥箱梁0号块节段长度为13m，单个“T”沿纵桥向划分为20个节段，节段长度从T构根部至端部依次为10×3m，10×4.25m，T构悬臂总长为79m。采用挂篮悬臂浇筑施工1~20号节段，1~20号梁段悬臂施工完成后，现浇边跨21~22号梁段，然后挂篮悬臂施工中跨21#合龙段。全桥左右两幅桥共有2个中跨合龙段，合龙段长度为2m。边跨现浇及合龙段共长4.8m。

3.2 连续刚构桥主梁预应力设计

3.2.1 钢束设计

两河口沱江特大桥主桥箱梁纵向预应力钢束采用15.2钢绞线，fpk=1860MPa（钢束张拉力见表1）。顶板纵向预应力钢束均为两端对称张拉，分为三类，一是逐段张拉的钢束（钢束布置见图2），锚固在腹板和顶板；二是中跨合龙束，锚固在顶板齿板；三是边跨合龙束，锚固在顶板齿板和梁端。中跨底板束锚固在底板齿板。边跨底板束锚固在底板齿板和梁端。

图2 连续刚构桥悬臂浇筑钢束图

表1 纵向预应力钢束张拉力表

3.2.2 预应力设计

（1）竖向预应力采用15.2钢绞线，竖向预应力滞后一个节段张拉；

（2）横向预应力采用15.2钢绞线，横向预应力滞后一个节段张拉；

（3）体外束可以改善主梁的受力状态，增大跨中截面的压应力储备[2]。体外束EC1~EC2在主桥施工期间进行首次张拉，张拉控制应力为744MPa；运营期若箱梁出现超预期的下挠，或为改善箱梁应力时，可对体外束进行再次张拉，张拉控制应力不得大于1116MPa。

3.3 连续刚构桥墩台设计

墩柱的侧移刚度与惯性矩成正比，在保证足够截面积的条件下，为了获得较小的侧移惯性矩，主墩采用双薄壁墩实心墩[3]。横向宽度14.2m，纵向宽度1.6m，两薄壁间净距为6.8m。基础为分离式承台群桩基础，承台平面尺寸为17.5m×17.5m，厚5m。每个承台下共设9根桩基，桩基直径2.5m。为防止主墩墩身开裂，在主筋外侧布置带肋钢筋焊接网。交界墩采用三柱矩形墩，横桥向宽2m，纵桥向宽3.5m。基础采用承台桩基础。19#桥台为轻型桥台，桩径2.0m。

4 连续刚构桥主梁施工顺序设计

两河口沱江特大桥主桥箱梁采用挂篮悬臂浇筑施工。在主墩墩顶预埋三角托架，当主墩施工完成以后，在立模浇筑0号梁段，挂篮悬臂浇筑其余梁段。

该桥边跨现浇合龙段采用吊架施工（即非落地支架）。全桥合龙分两个阶段完成，第一阶段现浇边跨现浇及合龙段；第二阶段现浇合龙中跨。

4.1 边跨现浇段及合龙段施工顺序

在T构两悬臂端设水箱作平衡重，设吊架现浇边跨现浇段及合龙段（吊架一端支承于交界墩或桥台上，另一端由挂篮改装而成），浇筑混凝土时边跨端水箱同步等效放水。待混凝土龄期、强度及弹性模量达到设计要求后，张拉边跨顶、底板钢束。

4.2 中跨合龙段施工顺序

将中跨悬臂端挂篮改装为吊架。为改善主墩墩身受力，合龙前先在中跨跨中对梁体进行水平顶推，顶推至设计位移量后，在满足设计合龙温度的情况下，焊接合龙骨架。浇筑合龙段砼时，中跨端水箱同步放水。待混凝土龄期、强度及弹性模量达到设计要求后，张拉中跨顶、底板钢束。

5 连续刚构桥结构计算分析

5.1 计算参数选取

（1）汽车荷载横向分配系数为2.691；

（2）混凝土结构的收缩徐变按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）取值；

（3）全桥结构体系温差、非线性温差按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）取值；

（4）挂篮重量1500kN；

（5）根据气象资料，全桥结构合龙体系温差取值为18℃，实际施工时合龙温度可在15℃~20℃间选取；

（6）湿度79%；

（7）合龙时水平推力按5000kN计入。

5.2 静力计算结果

箱梁按全预应力构件设计（连续刚构整体计算模型见图3）。连续刚构桥的计算原则是把上部结构和下部结构作为整体，用弹性理论解析[4]。计算结果显示，短期效应组合时梁不出现拉应力；长期效应组合时梁不出现拉应力；基本组合时梁最大压应力：17.1MPa；承载能力极限状态截面强度验算均满足规范要求。

主墩承载能力计算成果：设计主墩截面承载能力大于结构计算内力，满足规范要求。

图4 连续刚构整体计算模型

5.3 刚度计算结果

（1）主跨：δ=15.6mm≤160000/600=266.7mm；

（2）边跨：δ=4.4mm≤85000/600=141.7mm。

计算结果表明，结构尺寸满足车辆行驶的刚度要求，能够保证桥梁正常使用。

6 结束语

综上所述，以资阳市蜀都大道东延线资简段两河口沱江特大桥为例，对连续刚构桥设计计算进行了实例研究。两河口沱江特大桥主梁桥面宽40m，主梁采用85m+160m+85m跨径组合，边中跨比接近0.53，边跨现浇段长度仅为4m，可以采用非落地支架法施工。经结构计算及通航和行洪论证，该桥跨径组合合理，能够满足地方通行及河道通航要求。该桥可为国内同类型桥梁设计提供借鉴。