劉召起　閆秀梅　麥睿

摘要：沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段為海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)高速公路“二縱”國家高速公路沈陽至?？诳v線擴(kuò)容工程福鼎（閩浙界）至蕉城段。桐山溪特大橋位于福鼎市山前鎮(zhèn)山前村，跨越通鄉(xiāng)公路和桐山溪。文章介紹了海西高速公路網(wǎng)沈海復(fù)線桐山溪特大橋的總體設(shè)計(jì)、構(gòu)造特點(diǎn)和抗風(fēng)分析。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋；構(gòu)造特點(diǎn)；抗風(fēng)分析；桐山溪特大橋；海西高速公路網(wǎng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U448 文章編號(hào)：1009-2374（2015）09-0024-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0768

1 概述

沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段為海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)高速公路“二縱”國家高速公路沈陽至?？诳v線擴(kuò)容工程福鼎（閩浙界）至蕉城段，是海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)“三縱八橫三環(huán)三十三聯(lián)”高速公路網(wǎng)布局中的重要組成部分。沈海復(fù)線福鼎貫嶺至柘榮段起于福鼎市貫嶺鎮(zhèn)邦福村（設(shè)邦福樞紐互通與沈海高速公路銜接），經(jīng)福鼎市桐山街道、管陽鎮(zhèn)，終于福鼎市管陽鎮(zhèn)劉洋村（順接沈海復(fù)線柘榮至福安段），路線全長32.04km。桐山溪特大橋位于福鼎市山前鎮(zhèn)山前村，跨越通鄉(xiāng)公路和桐山溪。

桐山溪特大橋?yàn)橐蛔w式大橋，橋梁起點(diǎn)樁號(hào)：K1+166.5，終點(diǎn)：K1+821.5，橋梁全長655m，設(shè)計(jì)為3×30+（104+200+104）+5×30預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，引橋T梁采用先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)體系，主橋采用104+200+104m連續(xù)剛構(gòu)。

1.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.1.1 設(shè)計(jì)行車速度：80km/h。

1.1.2 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期；100年。

1.1.3 設(shè)計(jì)安全等級(jí)；橋梁結(jié)構(gòu)為一級(jí)。

1.1.4 設(shè)計(jì)荷載：公路-I級(jí)。

1.1.5 高程系統(tǒng)：1985國家高程基準(zhǔn)，坐標(biāo)系：1954年北京坐標(biāo)系。

1.1.6 橋面寬度：本橋位于整體式路基段，橋?qū)扺=（0.5+11+0.5）+0.5+（0.5+11+0.5）=24.5m。

1.1.7 橋面橫坡：單向2%（半幅橋、標(biāo)準(zhǔn)橫坡、曲線超高部分做相應(yīng)調(diào)整）。

1.1.8 設(shè)計(jì)洪水頻率：按1/300洪水頻率設(shè)計(jì)，橋梁高程由路線控制，不受洪水位控制。

1.1.9 地震基本烈度：6度，地震動(dòng)峰值加速度為0.05。

1.1.10 橋梁抗震設(shè)防類別為A類；抗震設(shè)防措施等級(jí)為7度。

1.1.11 氣候：（1）風(fēng)速：設(shè)計(jì)基本風(fēng)速取38.4m/s（1/100）；（2）溫度：最冷月（元月）平均氣溫8.6℃，最熱月（7月）平均氣溫28.3℃，極端最低氣溫為-5.2℃，最高氣溫為43.2℃；（3）濕度：設(shè)計(jì)按70%取值。

1.1.12 環(huán)境類別：Ⅰ類。

1.2 橋址自然條件

橋址屬河流溝谷地貌，地勢(shì)較陡，擬建場(chǎng)地橫跨一由西北流向東南溪流，溪流寬約39.00～42.00m，其流量受季節(jié)性影響較大，暴雨季節(jié)流量驟增。場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)陡緩，自然坡度50°～55°。整體地面標(biāo)高介于56.24～215.74m之間，最大相對(duì)高差約159.50m。

地質(zhì)構(gòu)造上，橋址屬河流溝谷地貌，表層分布有第四系殘坡積黏性土，其下地層主要為凝灰熔巖（J3n）及其風(fēng)化層。在勘探孔控制深度范圍內(nèi)場(chǎng)地未見有空洞、采空區(qū)等洞穴。根據(jù)場(chǎng)地周邊環(huán)境地質(zhì)條件分析，場(chǎng)地周邊未發(fā)現(xiàn)滑坡、泥石流等不良地質(zhì)作用和軟土、飽和液化土層。

1.3 主要材料

1.3.1 混凝土：上構(gòu)連續(xù)剛構(gòu)箱梁采用C55（合攏段混凝土采用微膨脹混凝土），下構(gòu)及基礎(chǔ)一般情況下，墩蓋梁及墩身、主墩承臺(tái)采用C40混凝土；過渡墩承臺(tái)采用C30混凝土；基樁采用C25混凝土。

1.3.2 預(yù)應(yīng)力材料：預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)采用符合GB/T5224-2003標(biāo)準(zhǔn)的高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1860MPa。預(yù)應(yīng)力錨具采用OVM15系列錨具，預(yù)應(yīng)力孔道采用配套的塑料波紋管，真空壓漿工藝。

箱梁豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋材料采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1860MPa的高強(qiáng)低松弛鋼絞線和級(jí)別PSB785的精軋螺紋粗鋼筋。體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用無黏結(jié)低松弛環(huán)氧涂層鋼絞線。體外束外套采用高密度聚乙烯管。錨固塊和轉(zhuǎn)向塊采用預(yù)埋無縫鋼管成孔，轉(zhuǎn)向塊處采用梳束器保證體外束束型。

2 主橋設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

本橋跨越桐山溪，無通航要求。最大橋高187m，橋面中心設(shè)計(jì)標(biāo)高：202.339m（見圖1）。

2.1.1 平面：處于A=342.053的右偏緩和曲線，直線段上，主橋平面位于直線段。

2.1.2 縱面：依次位于2%的直坡段、R=16000m凹曲線內(nèi)，主橋縱面位于2%的直坡段。

2.1.3 橋梁寬度：本橋位于整體式路基段，橋?qū)扺=左幅橋（0.5防撞護(hù)欄+11行車道+0.5防撞護(hù)欄）+0.5+右幅橋（0.5防撞護(hù)欄+11行車道+0.5防撞護(hù)欄）=24.5m。

2.2 主橋上部構(gòu)造

主橋上部為（104+200+104）m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，采用分離的上、下行獨(dú)立的兩座橋，單幅單箱單室截面，箱梁高度跨中為4.57m，支點(diǎn)處箱梁中心梁高12.57m，由距主墩中心5.5m處往跨中方向94.5m段按1.5次拋物線變化。箱梁頂寬12m，底寬7m，頂板懸臂長度2.5m。箱梁澆筑分段長度依次為：14m長0號(hào)段+12×3m+14×4m，邊、中跨合攏段長均采用2m，邊跨現(xiàn)澆段長2.56m（見圖2、3）。

2.3 主橋下部構(gòu)造

本橋4、5號(hào)橋墩為主橋橋墩，即墩梁固接墩，4號(hào)橋墩雙肢墩高分別為106.915m和107.085m；5號(hào)橋墩雙肢墩高分別為115.915m和116.085m。墩身采用雙肢等截面矩形空心墩，肢間凈距5m；空心墩在其底部設(shè)6m厚和頂部設(shè)2m厚的實(shí)體過渡段；縱、橫向隔一定距離用系梁將縱向雙臂墩連成整體以滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定要求。主墩承臺(tái)采用左右幅整體式承臺(tái)，基礎(chǔ)采用樁徑2.8m的鉆孔灌注樁，樁基礎(chǔ)按嵌巖樁設(shè)計(jì)。主、引橋間3、6號(hào)過渡墩采用等截面矩形空心墩，3號(hào)過渡墩左、右幅墩高為44m；6號(hào)過渡墩左、右幅墩高為50m。空心墩在其底部設(shè)4m和頂部設(shè)1m厚的實(shí)體過渡段，沿橋墩高度每間隔25m左右設(shè)一道橫隔板；單幅墩承臺(tái)厚3m，單幅橋基樁采用4根直徑為2.0m的鉆孔灌注樁，樁基礎(chǔ)按嵌巖樁設(shè)計(jì)。

3 抗風(fēng)計(jì)算

3.1 風(fēng)載參數(shù)計(jì)算

3.1.1 百年一遇風(fēng)荷載計(jì)算：該項(xiàng)目所在地：福建省福鼎市，依據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D60-01-2004）。

第一，主梁橫橋向風(fēng)：FH=ρVg2CHH/2=65.2kN/m（墩支點(diǎn)處橫橋向風(fēng)）

FH=ρVg2CHH/2=22.4kN/m（跨中處橫橋向風(fēng)）

第二，主梁順橋向風(fēng)：Ffr=ρVg2Cfs/2=2.4kN/m（墩支點(diǎn)處順橋向風(fēng)）

Ffr=ρVg2Cfs/2=1.6kN/m（跨中處順橋向風(fēng)）

第三，橋墩橫橋向風(fēng)：FH=ρVg2CHAn/2=10.5kN/m（墩頂橫橋向風(fēng)）

FH=ρVg2CHAn/2=7.7kN/m（墩底橫橋向風(fēng)）

第四，橋墩順橋向風(fēng)：FH=ρVg2CHAn/2=18.9kN/m（墩頂順橋向風(fēng)）

FH=ρVg2CHAn/2=13.86kN/m（墩底順橋向風(fēng)）

3.1.2 風(fēng)荷載與汽車活載組合時(shí)，風(fēng)荷載計(jì)算：該項(xiàng)目所在地：福建省福鼎市，依據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D60-01-2004）。當(dāng)風(fēng)荷載參與汽車荷載組合時(shí)，橋面高度處的風(fēng)速Vz取為25m/s。

第一，主梁橫橋向風(fēng)：FH=ρVg2CHH/2=16.2kN/m（墩支點(diǎn)處橫橋向風(fēng)）

FH=ρVg2CHH/2=5.6kN/m（跨中處橫橋向風(fēng)）

第二，主梁順橋向風(fēng)：Ffr=ρVg2Cfs/2=0.6kN/m（墩支點(diǎn)處順橋向風(fēng)）

Ffr=ρVg2Cfs/2=0.4kN/m（跨中處順橋向風(fēng)）

橋墩橫橋向風(fēng)：FH=ρVg2CHAn/2=2.1kN/m（墩0.65H處）

第四，橋墩順橋向風(fēng)：FH=ρVg2CHAn/2=3.78kN/m（墩0.65H處）

3.1.3 施工階段不平衡風(fēng)荷載。該項(xiàng)目所在地：福建省福鼎市，依據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D60-01-2004）。施工階段的設(shè)計(jì)風(fēng)速按30年重現(xiàn)期計(jì)算Vsd=ηVd=0.92Vd。

成橋狀態(tài)：

主梁橫橋向風(fēng)：FH=ρVg2CHH/2=55.2kN/m（墩支點(diǎn)處橫橋向風(fēng)）

FH=ρVg2CHH/2=18.9kN/m（跨中處橫橋向風(fēng)）

第二，主梁順橋向風(fēng)：Ffr=ρVg2Cfs/2=2.0kN/m（墩支點(diǎn)處順橋向風(fēng)）

Ffr=ρVg2Cfs/2=1.4kN/m（跨中處順橋向風(fēng)）

第三，橋墩橫橋向風(fēng)：FH=ρVg2CHAn/2=8.75kN/m（墩頂橫橋向風(fēng)）

FH=ρVg2CHAn/2=7.7kN/m（墩底橫橋向風(fēng)）

第四，橋墩順橋向風(fēng)：FH=ρVg2CHAn/2=15.75kN/m（墩頂順橋向風(fēng)）

FH=ρVg2CHAn/2=13.86kN/m（墩底順橋向風(fēng)）

最大懸臂狀態(tài)：

第一，主梁橫橋向風(fēng)：FH=ρVg2CHH/2=57.1kN/m（墩支點(diǎn)處橫橋向風(fēng)）

FH=ρVg2CHH/2=17.0kN/m（跨中處橫橋向風(fēng)）

第二，主梁順橋向風(fēng)：Ffr=ρVg2Cfs/2=2.3kN/m（墩支點(diǎn)處順橋向風(fēng)）

Ffr=ρVg2Cfs/2=1.5kN/m（跨中處順橋向風(fēng)）

第三，橋墩橫橋向風(fēng)：FH=ρVg2CHAn/2=10.15kN/m（墩頂橫橋向風(fēng)）

FH=ρVg2CHAn/2=8.75kN/m（墩底橫橋向風(fēng)）

第四，橋墩順橋向風(fēng)：FH=ρVg2CHAn/2=18.27kN/m（墩頂順橋向風(fēng)）

FH=ρVg2CHAn/2=15.75kN/m（墩底順橋向風(fēng)）

3.2 最大懸臂狀態(tài)的屈曲分析

3.2.1 橫橋向風(fēng)荷載作用下。荷載工況：1.0自重+1.0主梁隔板+1.0預(yù)應(yīng)力+1.0橫向風(fēng)荷載。

最大懸臂狀態(tài)下模型見圖4：

圖4 最大懸臂狀態(tài)模型圖

最大懸臂施工狀態(tài)，橫橋向風(fēng)荷載作用下，臨界荷載系數(shù)為13.5，一階振型圖見圖5：

圖5 橫橋向風(fēng)載下一階陣型圖

3.2.2 順橋向風(fēng)荷載作用下。橋梁順橋向梁所受的風(fēng)荷載按《風(fēng)規(guī)》相關(guān)條文計(jì)算計(jì)入。橋墩上的順橋向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按橫橋向風(fēng)壓的70%乘以橋墩迎風(fēng)面積計(jì)算。順橋向風(fēng)荷載作用下，臨界荷載系數(shù)為13.5，一階振型圖見圖6。1.0自重+1.0主梁隔板+1.0預(yù)應(yīng)力+1.0縱向風(fēng)荷載。

圖6 順橋向風(fēng)載下一階陣型圖

3.3 成橋狀態(tài)的屈曲分析

3.3.1 橫橋向風(fēng)荷載作用下。荷載工況：1.0自重+1.0二期恒載+1.0主梁隔板+1.0預(yù)應(yīng)力+1.0護(hù)欄+1.0橫向風(fēng)荷載。成橋狀態(tài)下模型見圖7：

圖7 成橋狀態(tài)模型圖

成橋狀態(tài)，橫橋向風(fēng)荷載作用下，臨界荷載系數(shù)為21.15，一階振型圖見圖8：

圖8 橫橋向風(fēng)載下一階陣型圖

3.3.2 順橋向風(fēng)荷載作用下。荷載工況：1.0自重+1.0二期恒載+1.0主梁隔板+1.0預(yù)應(yīng)力+1.0護(hù)欄+1.0縱向風(fēng)荷載。順橋向風(fēng)荷載作用下，臨界荷載系數(shù)為21.16，一階振型圖見圖9：

圖9 順橋向風(fēng)載下一階陣型圖

3.3.3 施工階段不平衡狀態(tài)穩(wěn)定分析。

施工過程中單“T”進(jìn)行了下述四種工況的驗(yàn)算：（1）最后一個(gè)懸臂段不同步施工，一側(cè)施工完畢，另一側(cè)施工一半，經(jīng)驗(yàn)算，穩(wěn)定系數(shù)為13.79；（2）一端堆放的材料、機(jī)具等按4.5kN/m計(jì)，另一端空載，經(jīng)驗(yàn)算，穩(wěn)定系數(shù)為13.5；（3）一側(cè)施工機(jī)具等動(dòng)力系數(shù)1.2，另一側(cè)為0.8，經(jīng)驗(yàn)算，穩(wěn)定系數(shù)為13.42；（4）考慮箱梁自重的不均勻性，一側(cè)懸臂自重增加4%，另一側(cè)懸臂自重減少4%，經(jīng)驗(yàn)算，穩(wěn)定系數(shù)為13.49。上述施工過程中各不平衡工況與風(fēng)載不平衡組合疊加驗(yàn)算：（1）不平衡施工+風(fēng)載不平衡，經(jīng)驗(yàn)算，穩(wěn)定系數(shù)為13.78；（2）不平衡機(jī)具+風(fēng)載不平衡，經(jīng)驗(yàn)算，穩(wěn)定系數(shù)為13.46；（3）不平衡機(jī)具動(dòng)力系數(shù)+風(fēng)載不平衡，經(jīng)驗(yàn)算，穩(wěn)定系數(shù)為13.42；（4）不平衡自重+風(fēng)載不平衡，經(jīng)驗(yàn)算，穩(wěn)定系數(shù)為13.49。

3.3.4 裸墩穩(wěn)定分析。荷載工況：1.0自重+1.0橫向風(fēng)荷載。橫風(fēng)荷載作用下，臨界荷載系數(shù)為45.99，一階振型圖見圖10：

圖10 裸墩橫風(fēng)載下一階陣型圖

荷載工況：1.0自重+1.0縱向風(fēng)荷載。

縱風(fēng)荷載作用下，臨界荷載系數(shù)為45.98，一階振型圖見圖11：

圖11 裸墩縱向風(fēng)載下一階陣型圖

4 結(jié)語

本橋?yàn)楦叨沾罂鐝交炷吝B續(xù)剛構(gòu)，上部主梁采用懸臂澆筑施工，施工和運(yùn)營階段均存在穩(wěn)定問題，設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。計(jì)算中考慮主墩裸墩、施工至最大懸臂及成橋三個(gè)狀態(tài)，荷載組合考慮永久作用、汽車荷載、制動(dòng)力、溫度作用、施工階段風(fēng)荷載、順橋向百年風(fēng)荷載、橫橋向百年風(fēng)荷載等荷載工況。本次設(shè)計(jì)采用Midas/Civil程序進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，經(jīng)驗(yàn)算，最不利穩(wěn)定系數(shù)均不小于5.0，滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)具備較高的安全度。

作者簡介：劉召起（1975-），男，黑龍江寧安人，長春市市政工程設(shè)計(jì)研究院高級(jí)工程師，研究方向：道路橋梁。

（責(zé)任編輯：周 瓊）