萬 送 余永強

（中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司 武漢 430056）

1 工程概況

為打造長株潭“兩型社會”綜合配套改革試驗重要載體，建設(shè)長沙大河西未來的城市中心，長沙市決定對梅溪湖片區(qū)進行整體開發(fā)建設(shè)。雷鋒西大道梅溪湖大橋位于梅溪湖片區(qū)東端，跨越梅溪湖，是片區(qū)重點建設(shè)項目和景觀節(jié)點之一。

大橋全長432m，雙向6車道，橋?qū)?9.5m，橋型布置為：3×30m（等高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋）＋（73m＋106m＋73m）＋3×30m（等高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋）。

主橋為73m＋106m＋73m變高度連續(xù)剛構(gòu)，主墩高7.96m，相當于主跨跨徑的1／13.25（大跨徑連續(xù)剛構(gòu)一般應(yīng)大于1／10），主橋?qū)侔者B續(xù)剛構(gòu)［1］。為使主墩及基礎(chǔ)在最不利荷載作用下具有良好的結(jié)構(gòu)安全性和行車舒適性，采取了墩身變厚度、墩身切縫、預(yù)頂推梁體、墩身設(shè)豎向預(yù)應(yīng)力等技術(shù)措施，有效地改善了主墩及基礎(chǔ)受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)具有一定的安全儲備，并滿足景觀需求。

根據(jù)總體景觀要求，在箱梁腹板處設(shè)置0.5 m×1m的大倒角，豎向預(yù)應(yīng)力采用U形布置［2］，每根預(yù)應(yīng)力束貫穿底板和兩側(cè)腹板，同時兼顧考慮豎向預(yù)應(yīng)力和底板橫向受力問題［3］。

2 主要技術(shù)標準

（1）道路等級。城市主干路。

（2）設(shè)計車速。50km／h。

（3）設(shè)計荷載。城－A級。

（4）設(shè)計基準期。100年。

（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級。一級。

（6）抗震設(shè)防標準。地震基本烈度VI度，地震動峰值加速度0.05g，抗震設(shè)防等級7級。

3 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 上部結(jié)構(gòu)

主橋全寬29.5m，左右分幅布置，每幅橋?qū)?4.64m，2幅橋間設(shè)2cm寬通縫。

主梁在4，5號墩處與主墩固結(jié)，梁體橫斷面為單箱單室截面（見圖1），中支點處梁高6.65m，跨中和邊支點處梁高2.65m，梁底采用復(fù)合曲線過渡。

圖1 梅溪湖大橋主橋橫斷面設(shè)計圖（單位：cm）

主梁采用C55混凝土，縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力束體系。其中豎向預(yù)應(yīng)力布置在箱梁腹板及底板上，形狀成U形，采用單股無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束。

梁體采用節(jié)段懸臂澆注施工：0號節(jié)段長12 m，1～4號節(jié)段長3.5m，5～12號節(jié)段長4m。邊跨現(xiàn)澆段長18.9m，合龍段長2m。邊跨現(xiàn)澆段采用支架現(xiàn)澆，0號節(jié)段采用吊架施工，其余節(jié)段采用掛籃對稱懸澆施工。

3.2 下部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)

主橋4，5號墩與主梁固接，主墩厚度采用上大下小按10∶1斜率線性變化，再通過圓弧與主梁順接，墩高7.97m，墩底平面尺寸7.64m×2.14m，墩頂平面尺寸7.64m×6.62m，墩身中間設(shè)置2cm橫向通縫，形成雙壁墩。

主墩承臺為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚3m，每個橋墩承臺下設(shè)6根直徑1.8m鉆孔灌注樁，樁底進入中風化板巖。

4 矮墩連續(xù)剛構(gòu)的技術(shù)措施

主橋為矮墩連續(xù)剛構(gòu)，由于主墩較矮，剛度較大，成橋后在收縮、徐變和降溫作用下，主墩內(nèi)產(chǎn)生較大彎矩，為改善主墩不利受力狀態(tài)，采取了墩身變厚度、墩身切縫、中跨合龍前對頂梁體、墩身設(shè)豎向預(yù)應(yīng)力等技術(shù)措施，使結(jié)構(gòu)具有一定的安全儲備。

4.1 墩身采用變厚度

配合景觀設(shè)計，主墩采用上大下小縱向變厚度橋墩形式。對比等厚度橋墩設(shè)計，采用變厚度橋墩布置可減小橋墩剛度，減小墩身彎矩，在滿足設(shè)計規(guī)范條件下，滿足橋梁景觀需求。外、內(nèi)肢墩底內(nèi)力及應(yīng)力見表1、表2。

表1 外肢墩底內(nèi)力及應(yīng)力

表2 內(nèi)肢墩底內(nèi)力及應(yīng)力

由表1、表2可見，在最不利荷載組合下，當主墩由等截面改成上大下小變截面時，外肢墩底截面彎矩由26 458.2kN·m降低至16 712.4 kN·m，降低36.8%，橋墩采用變截面可在滿足結(jié)構(gòu)安全條件下，滿足橋梁景觀需求。

4.2 墩身切縫

受地形等建設(shè)條件控制，主墩墩高無法進一步增高，為減少橋墩剛度，可采用雙薄壁墩形式，但本橋受總體景觀要求，主墩外型為整體形式，為此，在橋墩內(nèi)設(shè)置豎向通縫，類似于雙薄壁墩，可有效改善橋墩受力。雙壁與整體橋墩內(nèi)力對比見表3。

表3 雙壁與整體橋墩內(nèi)力對比

由表3可見，當主墩截面切縫改雙壁后，最不利荷載組合下，墩底截面彎矩由37 935.5kN·m降低至16 712.4kN·m，降低56.0%，可有效改善橋墩受力狀況。

4.3 中跨合龍前對頂梁體

針對矮墩連續(xù)剛構(gòu)主墩受力特點，在連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍前，由中跨梁體施加向邊跨方向的水平頂力，可部分抵消由結(jié)構(gòu)自重、混凝土收縮、徐變及降溫溫差引起的主墩水平位移和內(nèi)力，使結(jié)構(gòu)在施工和使用階段均處于安全合理的范圍。

主橋由于橋墩高度小，橋墩的抗推剛度大，相對而言頂推力比較大。在水平頂推力作用下的施工階段，墩底會產(chǎn)生較大彎矩，甚至可能使墩底靠中跨側(cè)出現(xiàn)拉應(yīng)力，使墩底截面開裂。因此，首先要保證對頂施工時橋梁的安全。其次，應(yīng)重點分析頂推力對于使用階段橋墩結(jié)構(gòu)的安全性影響，確保結(jié)構(gòu)的安全性。

分析不施加頂推力和分別施加4 000，5 000和6 000kN時內(nèi)、外肢墩底截面在施工階段、成橋狀態(tài)和運營階段的應(yīng)力狀況。頂推分析結(jié)果見表4。

表4 頂推力與相應(yīng)橋墩應(yīng)力

由表4可見，當不施加頂推力時，成橋狀態(tài)外肢墩底邊跨側(cè)出現(xiàn)1.6MPa拉應(yīng)力，在運營階段混凝土最大壓應(yīng)力達12.7MPa，最大拉應(yīng)力達6.9MPa，因此，需要采取一定技術(shù)措施以改善橋墩受力狀態(tài)。當頂推力為5 000kN時，成橋狀態(tài)外肢墩底邊跨側(cè)未出現(xiàn)拉應(yīng)力，壓應(yīng)力為1.4 MPa，在運營階段混凝土最大壓應(yīng)力為10.5 MPa，最大拉應(yīng)力為3.8MPa，滿足規(guī)范要求。

經(jīng)綜合考慮施工難度、頂推操作空間、預(yù)應(yīng)力施工設(shè)備等因素后，頂推力選定為5 000kN，即每個腹板施加2 500kN頂推力。在頂推力施加過程中，采用頂推力和墩頂水平位移雙控，同時觀測梁體梁端和墩頂?shù)忍幩轿灰坪拓Q向位移，并監(jiān)控各控制點應(yīng)力狀況等，頂推完成后進行鎖定［4］。

4.4 墩身設(shè)豎向預(yù)應(yīng)力

由于外側(cè)橋墩軸力較小，橋墩未設(shè)豎向預(yù)應(yīng)力時，在施工和使用階段均出現(xiàn)拉應(yīng)力，因此，在墩柱內(nèi)設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力，非張拉端錨在承臺內(nèi)，在墩頂箱梁倒角上張拉。由于豎向預(yù)應(yīng)力的設(shè)置，增大了大偏心受壓構(gòu)件的壓力，極大改善了橋墩的受力狀況，根據(jù)計算，豎向預(yù)應(yīng)力可為橋墩提供約1.5MPa壓應(yīng)力，設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力后，在成橋狀態(tài)內(nèi)、外肢橋墩墩底均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，最小壓應(yīng)力為1.4MPa，見表4。

4.5 其他措施

（1）箱梁布置較多腹板下彎鋼束。本橋箱梁懸澆段頂板縱向預(yù)應(yīng)力下彎束占全部懸臂束的55%，可減小箱梁的主拉應(yīng)力，可有效控制箱梁下?lián)弦鸬南淞洪_裂。

（2）設(shè)計文件中要求合龍段混凝土澆筑選擇在氣溫變化幅度較小且溫度較低的時間段完成，較低的合龍溫度，可減小后期整體降溫時的溫差，進而減少降溫工況下橋墩內(nèi)力，改善橋墩受力狀態(tài)。

5 大倒角箱梁的技術(shù)措施

梅溪湖大橋主橋箱梁腹板設(shè)置大倒角后，箱梁腹板豎向直線段將更短，用預(yù)應(yīng)力粗鋼筋作為斜截面抗裂主筋使用時不能覆蓋腹板全范圍?？紤]到主橋箱梁底板布置的縱向合龍束較多，徑向力較大，為兼顧腹板斜截面抗剪和底板抵抗徑向力，將每根預(yù)應(yīng)力束貫穿兩側(cè)腹板和底板，豎向預(yù)應(yīng)力采用U形布置［5］，其布置見圖2、圖3。

圖2 主梁中支點處預(yù)應(yīng)力布置圖

圖3 主梁跨中處預(yù)應(yīng)力布置圖

本項目對采用粗鋼筋和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力進行比較可見：豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋常因管道細長，間隙狹小，壓漿孔和出漿孔設(shè)置繁瑣，且易損壞或堵塞，造成壓漿困難，甚至不能密實，影響預(yù)應(yīng)力使用效果。本橋受箱梁外形倒角影響，腹板直線段更短，用預(yù)應(yīng)力粗鋼筋作為斜截面抗裂主筋使用時不能覆蓋腹板全范圍。同時無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有以下特點：

（1）不需要預(yù)留孔道和后期穿束，同時省去了壓漿工序，施工簡便，勞動效率高。

（2）摩擦阻力小，預(yù)應(yīng)力損失小。

（3）節(jié)省制孔和灌漿材料與設(shè)備。

經(jīng)綜合比較，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)是一項省工、省料、省設(shè)備、縮短工期的具有良好性能和實踐價值的技術(shù)。

6 結(jié)語

對于矮墩連續(xù)剛構(gòu)，可通過墩身采用變厚度、墩身切縫、中跨合龍前對頂梁體和墩身設(shè)豎向預(yù)應(yīng)力等技術(shù)措施改善其受力狀況。同時，U型無粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力在箱梁上的運用，可以發(fā)揮無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力省工、省料、省設(shè)備、縮短工期的優(yōu)點，并解決箱梁斜截面抗裂性和底板徑向力問題。本橋已于2012年9月順利建成通車。

［1］ 陳福壽.矮墩連續(xù)剛構(gòu)橋的實現(xiàn)［J］.公路，2004（6）：84－86.

［2］ 楊 勝，鐘新谷.鋼絞線和精軋螺紋鋼筋的豎向預(yù)應(yīng)力對比研究［J］.西部交通科技，2008（6）：1－4.

［3］ JGJ／T 92－93無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國計劃出版社，1993.

［4］ 劉沐宇，張利華.高強輕集料混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)力分析［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2009（5）：944－947.

［5］ 何雨微，陳光新，劉 忠.無粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力在大跨連續(xù)梁橋上的應(yīng)用與研究［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報，2001（3）：19－22.