疏港高速春晓高架桥35 m整孔预制箱梁设计方案探讨

何 骏

（浙江数智交院科技股份有限公司,浙江 杭州 310006）

0 引言

整孔预制箱梁结构由于质量可控、施工效率高、结构整体性和耐久性好、全寿命周期成本低、上部标准化程度高、施工快捷等优点，近年来在公路高架桥中获得了广泛使用。整孔预制箱梁基本均采用梁上运架梁工艺，由于梁体自重较大，单片梁自重达到1 000 t以上，对设备及结构上下部要求较高，结构跨径及结构尺寸对造价影响显著。文章以象山湾疏港高速春晓高架桥为背景，从设计方案角度研究适宜的箱梁结构、经济跨径及结构体系。

1 工程背景

象山湾疏港高速春晓高架桥位于浙江省宁波市梅山保税区春晓工业园区境内，桥位平行沿海中线布设，桥梁起止里程为K0+973~K8+552，桥梁全长约7 479 m。桥梁采用双向六车道高速公路标准，设计速度100 km/h，桥梁总宽2×16.25 m，标准段桥面横坡2%。

桥址位于海积平原区，地势较为平坦，临近沿海中线。表部分布有填土，结构松散，厚0.7~3.5 m不等；下为海积的淤泥质粉质黏土，灰色，流塑状，厚3.2~4.8 m，工程性质差；下部以含黏性土碎石为主，中密、密实状，厚度3.5~35.1 m不等；下伏基岩为熔结凝灰岩，岩质坚硬。桥址区纵向基岩面起伏变化大，中风化岩埋深13.4~47.0 m不等。

2 桥梁上部结构设计

预制箱梁断面形式采用常用的单箱单室斜腹板（图1），桥梁标准跨径35 m，调整跨为27 m、28 m、30 m、33.5 m，标准联长5×35 m，箱梁梁高均为2.35 m。箱梁预制梁宽16.25 m，翼缘悬臂长度3.8 m，悬臂端厚度20 cm，悬臂根部厚度50 cm。箱梁顶板厚度28 cm，在支点附近顶板厚度增加至60 cm；跨中底板厚25 cm，在墩顶附近增加至50 cm；跨中腹板厚50 m，支点附近腹板增加至70 cm、100 cm，标准横断面如图1所示。标准35 m中跨预制梁段自重为1 021.7 t；边跨预制梁段自重为1 022.5 t，全桥合计主梁共391片。

图1 整孔预制箱梁标准段横断面图

3 桥型综合比较

根据桥位处环境特点，高架桥方案应满足以下要求：美观、工期短、标准化，适当兼顾经济性。

整体预应力箱梁造型美观、造价适中，为城市高架中最常规选用的结构类型。现浇方案工艺成熟，但常规支架现浇或移动模架施工工序复杂，工期长、安全性不高、施工质量不稳定，鉴于标准跨数量大、工期较长、施工质量不稳定，不利于整个项目的成本控制及质量控制，整孔预制架设方案近年来被广泛应用，是当前大跨径公路桥梁的重要实现方式[1-2]，在美观、经济、标准化等方面具有较好的平衡。节段拼装施工要求较高，质量控制难度较大，体外预应力的采用使得防腐要求较高，经济性稍差。

目前公路工程常用的预制梁主要有空心板、T梁、组合箱梁等。空心板试用跨径较小，耐久性较差；组合小箱梁整体受力性能一般，耐久性略差，病害较多；T梁结构受力明确、竖向刚度大，耐久性好，但分片较多，施工较为繁琐，景观效果较差。

新型钢结构美观大方，施工方便，但整体钢箱梁造价高、后期维护费用大。钢混组合梁结构新颖、重量轻、施工方便，但组合梁上部结构费用较高、施工工序相对较多，运营阶段维护成本相对较高。

综合考虑整孔预制结构，现浇接缝少、集中预制质量易控制，耐久性和使用性能优越，景观效果好，该桥梁最终确定采用整孔预制箱梁方案。

4 春晓高架桥整孔预制箱梁标准跨径比选

根据项目现场实际及工程经验，高架桥跨径可取25~40 m。考虑到该桥全线采用高架，长度较长且穿越城镇中心区域，过小的跨径会墩柱林立，容易造成压抑感，且不利于桥下被交路的布设，高架桥采用25 m跨径偏小，故25 m跨不再比较。该项目对30 m、35 m、40 m跨径进行经济性比选，桩长按20 m、50 m分别估算数量，每1 m2估算造价按两者平均取值，经济跨径工程量及造价比选如表1所示。

表1 整孔预制箱梁经济跨径比选表

由于箱梁造价与材料数量与运梁数量相关，跨径越小，材料用量较省，但运梁片数增加施工费用相应增加。根据比选结果，30 m和35 m箱梁造价相差不大，考虑到35 m梁较高，预制时箱内拆装模板、张拉预应力等具有更好的操作空间，内模可采用整体液压内模，避免人工拆装费时费力精度差的缺点，故该桥推荐选用35 m为推荐跨径。

5 结构计算

5.1 结构概述

采用通用有限元软件Midas Civil建立5×35 m箱梁计算模型（图2）。

图2 5×35 m箱梁有限元计算模型

5.2 计算分析相关数据

该设计所考虑的荷载及荷载组合等均按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）[3]及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）[4]规范要求取用，桥梁基础按不均匀沉降10 mm取用。

5.3 成桥阶段计算结果整理

5.3.1 主梁持久状况承载能力极限状态验算

主梁正截面抗弯、斜截面抗剪承载能力弯矩包络图如图3、4所示，正截面抗弯验算、斜截面抗剪验算均满足规范要求。

图3 承载能力组合弯矩包络图（kN.m）

5.3.2 主梁持久状况正常使用极限状态验算

（1）正截面抗裂验算。该桥按全预应力构件进行正截面抗裂验算时，在作用短期效应组合和长期效应组合下的主梁上、下缘处于受压状态，主梁满足规范对于全预应力构件的正截面抗裂要求。

（2）斜截面抗裂验算。该桥按全预应力构件计算时，在作用短期效应组合下主梁除中墩横梁和边支点附近的截面存在拉应力以外，其余界面均未出现拉应力，且以上切面主拉应力并不大，未超出1 MPa。短期组合主拉应力包络如图5所示。

图5 短期组合主拉应力包络图（kPa）

（3）挠度验算。该桥按作用短期效应组合计算的竖向最大挠度值为5.1 mm，考虑挠度长期增长系数，长期挠度为7.3 mm，规范允许值为L/600=58 mm，故满足要求。

图4 承载能力组合剪力包络图（kN）

5.4 主梁持久状况应力验算

5.4.1 正截面混凝土压应力验算

该桥按荷载标准值组合计算的主梁上缘最大压应力为12.7 MPa，出现在墩顶附近；下缘最大压应力为10.9 MPa。上下缘应力均满足规范要求。

5.4.2 混凝土主压应力验算

该桥按荷载标准值组合计算的截面最大主压应力为12.5 MPa，出现在墩顶附近，满足规范要求。

6 结语

箱梁整孔预制、梁上运梁结构在我国高铁建设领域应用较多，近年来在公路领域也逐渐被采用，适用于大型箱梁（或混凝土预制构件）批量化、工厂化预制，工期较短、造价适中，特别适用于对施工环境、工期要求高，标准跨径规模大的工程。类似项目设计方案时，应积极增加整孔预制箱梁的比选内容，为整孔预制箱梁的应用开辟前景。