摘要：小江河特大橋?yàn)楹贾葜寥瘥悋?guó)家高速公路貴州境大興（湘黔界）至思南段上一座特大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。重點(diǎn)介紹該橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算和穩(wěn)定分析。
　　關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋;高墩;設(shè)計(jì);計(jì)算;分析
　　1 慨述
　　小江河特大橋?yàn)楹贾葜寥瘥悋?guó)家高速公路貴州境大興（湘黔界）至思南段上一座特大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。該橋位區(qū)處于云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶，位于銅仁市境內(nèi)，跨越小江河、S201省道及渝懷鐵路。橋軸線通過段與地面高程相對(duì)最大高差141.5m。兩岸地形縱坡較陡，基巖露頭較好。橋區(qū)地貌類型屬構(gòu)造侵蝕溶-蝕型低山地貌，出露地層為上覆殘坡積層粘土，沖洪積層卵石土，下伏基巖為寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群薄至中厚層狀白云巖。橋位處極端最高氣溫40°C，極端最低氣溫-10°C。橋梁高程由路線控制，不受小小江河水位影響。橋位線路分左、右兩幅設(shè)計(jì)。平面除部分引橋位于曲線上外，其余引橋部分及全部主橋均位于直線段上，橋面縱坡左、右幅1.45%。根據(jù)橋梁所處地質(zhì)、地形、路線線形情況及滿足鐵路、省道限界的要求，小江河特大橋左、右幅橋型方案均采用(5×30)m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T梁+(85+3×160+85)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋+30m簡(jiǎn)支T梁橋，左、右幅橋梁長(zhǎng)均為842m，主墩采用雙薄壁空心墩，群樁基礎(chǔ)；過渡墩為空心墩或雙柱式實(shí)心墩，樁基礎(chǔ)；引橋橋墩為雙柱式矩形墩，主橋最大墩高105m。小江河特大橋橋型布置見圖1。

　　圖1小江河特大橋橋型布置圖
　　2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
　　(1)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年。
　　(2)設(shè)計(jì)荷載：公路—Ⅰ級(jí)。
　　(3)設(shè)計(jì)速度：80km/h。
　　(4)橋梁分幅寬度：11.25m（行車道）+2×0.5m（防撞護(hù)欄）＝12.25m。
　　(5)地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：地震動(dòng)峰值加速度小于0.05g，作簡(jiǎn)易設(shè)防。
　　(6)橋面橫坡：?jiǎn)蜗?％（單幅橋）。
　　
　　3主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　主橋采用（85+3×160+85）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。
　　3.1箱梁構(gòu)造
　　主橋上部箱梁為變截面單箱單室斷面，箱梁頂板寬12.25m，底板寬6.50m翼緣懸臂長(zhǎng)2.875m；箱梁高度（梁高以裸箱梁低側(cè)腹板處箱梁頂面到箱梁底面的距離計(jì)）在各墩與箱梁相接的根部斷面梁高為10m，現(xiàn)澆段和合龍段梁高均為3.2m，，其余梁底下緣按1.6次拋物線變化，0號(hào)梁段總長(zhǎng)14m，在與墩身對(duì)應(yīng)的12m范圍內(nèi)等梁高（為10m），兩邊各1m范圍內(nèi)位于拋物線上，每個(gè)懸澆“T”縱向?qū)ΨQ劃分為19個(gè)節(jié)段，梁段及梁段長(zhǎng)從根部至跨中分別為8×3.5m、11×4m，節(jié)段懸臂總長(zhǎng)73m，懸臂節(jié)段最大控制重量2200KN。邊、中跨合龍段長(zhǎng)均為2m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)4m；箱梁頂板厚度：頂板厚30cm，墩頂箱梁頂板厚48cm。箱梁頂面設(shè)單向2%的橫坡；箱梁底板厚度：墩身范圍內(nèi)的0號(hào)梁段為120cm，合龍段為32cm，根部至合龍段按1.6次拋物線由110cm漸變至32cm，梁端支承截面75cm，邊跨現(xiàn)澆段從32cm漸變至75cm，按直線變化；箱梁腹板厚：從跨中至根部分三段采用90cm、70cm、60cm、50cm四種厚度。0號(hào)梁段墩身范圍內(nèi)為90cm，箱梁根部到7號(hào)梁段為70cm，8號(hào)梁段由70cm漸變到60cm，9～14號(hào)梁段為60cm，15號(hào)梁段由60cm漸變到50cm，16號(hào)梁段～19號(hào)梁段及合龍段為50cm，邊跨現(xiàn)澆段為50～120cm。在每個(gè)0號(hào)梁段對(duì)應(yīng)墩壁設(shè)有2道橫隔板，在箱梁兩端支承處、中跨跨中也各設(shè)一道橫隔板，并且在橫隔板上均設(shè)有人洞。為排泄施工養(yǎng)護(hù)水和保持箱內(nèi)干燥，在箱梁根部區(qū)段底板上設(shè)有排水孔。箱梁采用C50混凝土。
　　3.2箱梁鋼束布置
　　主橋上部結(jié)構(gòu)按全預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)，采用三向預(yù)應(yīng)力，縱向預(yù)應(yīng)力采用公稱直徑φs15.20mm預(yù)應(yīng)力低松馳鋼絞線，抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa，彈性模量1.95×105MPa；豎向預(yù)應(yīng)力采用直徑32mm的40Si2MnMoV精軋螺紋粗鋼筋，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為785Mpa，設(shè)計(jì)彈性模量E=2.0×105Mpa，單根鋼筋張拉控制應(yīng)力為568.2KN。橫向預(yù)應(yīng)力采用φs15.20mm預(yù)應(yīng)力低松馳鋼絞線，單根張拉控制應(yīng)力為182.3KN。
　　縱向和豎向預(yù)應(yīng)力鋼束管道采用SBG塑料波紋圓管成孔，橫向預(yù)應(yīng)力管道采用SBGB塑料波紋扁管成孔，真空輔助壓漿工藝。
　　單幅橋縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布置共設(shè)402束，其中頂板束184束，底板束76束，腹板下彎束120束，邊跨及跨中頂板合龍束22束。最長(zhǎng)束孔道158m，最短束孔道14m。其中跨中底板預(yù)留6個(gè)備用孔道，邊跨底板預(yù)留4個(gè)備用孔道。墩頂0號(hào)斷面頂板束采用30束22φs15.20鋼絞線，腹板束采用30束22φs15.20鋼絞線，中跨跨中斷面合龍頂板束采用2束19φs15.20鋼絞線，底板束采用20束19φs15.20鋼絞線；邊跨梁端錨固斷面合龍頂板束采用8束22φs15.20鋼絞線，底板束采用8束19φs15.20鋼絞線。箱梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布置見圖2。

　　圖2箱梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布置
　　縱向鋼束除邊跨合龍束H107、H108采用一端張拉外，其它均采用兩端張拉方式。預(yù)留束的管道分段設(shè)置，待相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力施工完成后灌漿封閉。
　　縱向預(yù)應(yīng)力采用OVM15錨固體系，錨具回縮量6mm，預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管，管道摩擦系數(shù)μ=0.17，偏差系數(shù)k=0.0015。橫向預(yù)應(yīng)力采用φs15.2mm預(yù)應(yīng)力低松馳鋼絞線，其規(guī)格為15-3，扁錨體系，張拉端和錨固端交錯(cuò)布置，采用一端張拉方式。
　　3.3上部結(jié)構(gòu)合龍順序選擇
　　預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋因墩梁固結(jié)，具有足夠的穩(wěn)定性，合龍順序的選擇主要是根據(jù)大橋地形、水文、地質(zhì)、邊跨和中跨的比例、受力和穩(wěn)定性等條件確定。一般情況下，合龍次序選擇先邊跨后中跨合龍與先中跨后邊跨合龍對(duì)結(jié)構(gòu)受力無(wú)實(shí)質(zhì)影響。但應(yīng)注意合龍順序選擇時(shí)采用延伸灌筑邊跨梁段帶來(lái)的結(jié)構(gòu)受力不合理和增加預(yù)應(yīng)力鋼絞線數(shù)量的問題；另外當(dāng)邊墩較高時(shí)，搭設(shè)邊墩旁高的灌梁支架，不僅支架的沉降和穩(wěn)定性不易保證，而且臨時(shí)工程梁大，費(fèi)用高。
　　小江河特大橋?qū)ΨQ懸臂灌筑段長(zhǎng)73m，雖然邊墩較高（大興岸65m），但邊跨僅余4m長(zhǎng)梁段，無(wú)需搭設(shè)邊墩旁高的支架。可采用直接在墩頂通過設(shè)置托架灌筑邊跨余下梁段，不存在因延伸灌筑邊跨梁段帶來(lái)的結(jié)構(gòu)受力不合理和增加預(yù)應(yīng)力鋼絞線數(shù)量的問題。因此，小江河特大橋上部結(jié)構(gòu)箱梁合龍順序采用先合龍邊跨，后合龍中跨，最后合龍次中跨。這樣，可使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受力對(duì)稱，便于結(jié)構(gòu)內(nèi)力調(diào)整。
　　3.4下部構(gòu)造
　　主墩縱向?yàn)閮善�薄壁墩，墩身采用箱型截面，大興岸邊墩及主墩橫橋向8.5cm，順橋向3.2m，兩片墩身順橋向凈距5.6m，思南岸邊墩橫橋向8.5cm，順橋向2.6m，兩片墩身順橋向凈距6.8m，墩身上端與箱梁0號(hào)梁段固結(jié)，下端與承臺(tái)固結(jié)，墩身順橋向壁厚1.0cm，橫橋向壁厚0.7cm，墩頂4m、墩底5m為實(shí)心段，承臺(tái)采用18.0×14.5×5.0m矩形承臺(tái)，主墩樁基采用9根直徑2.2m挖孔樁，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。
　　
　　4主橋結(jié)構(gòu)計(jì)算
　　4.1靜力計(jì)算
　　計(jì)算參數(shù)：設(shè)計(jì)合龍溫度15℃，計(jì)算體系升溫取值25℃，體系降溫取值25℃。結(jié)構(gòu)梯度溫度，按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62-2004）規(guī)定取值。支點(diǎn)不均勻沉降按10mm計(jì)算。風(fēng)荷載按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》計(jì)算。
　　主橋施工及運(yùn)營(yíng)階段的靜力計(jì)算采用橋梁博士V3.1.0綜合程序進(jìn)行計(jì)算，并用《橋梁靜力線性計(jì)算程序》QJX程序進(jìn)行復(fù)核。主橋計(jì)算模型劃分為396個(gè)單元，394個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中上部箱梁204個(gè)單元，205個(gè)節(jié)點(diǎn)，施工階段為95個(gè)。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)施工工藝流程為：下部構(gòu)造施工完成后，在墩旁托架上澆筑0號(hào)塊，其余塊件（除合龍段及邊跨現(xiàn)澆段外）均以掛籃懸臂對(duì)稱澆筑，并張拉各階段預(yù)應(yīng)力鋼束，直至最大懸臂；然后按先邊跨后中跨的順序合龍；最后進(jìn)行橋面系施工。按此流程逐階段計(jì)算結(jié)構(gòu)各截面內(nèi)力、應(yīng)力、和位移，每個(gè)懸臂的施工包括掛籃就位、梁段澆筑、張拉預(yù)應(yīng)力及掛籃前移等4個(gè)主要工況。成橋運(yùn)營(yíng)計(jì)算包括恒載、活載、支點(diǎn)沉降、溫度及靜風(fēng)力等工況。
　　計(jì)算結(jié)果：箱梁在各個(gè)施工階段，混凝土的應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力束的張拉控制應(yīng)力均滿足規(guī)范要求；在基本組合下，各單元的抗彎承載力均大于相應(yīng)的彎矩設(shè)計(jì)值，承載力極限狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求；在基本組合下，箱梁上緣混凝土的最大壓應(yīng)力為15.9MPa,下緣混凝土的最大壓應(yīng)力為12.2MPa，滿足規(guī)范要求；在短期效應(yīng)組合下，考慮豎向預(yù)應(yīng)力后，箱梁混凝土的上緣最小應(yīng)力為0.3MPa,下緣最小應(yīng)力為2.3MPa，箱梁未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求；在長(zhǎng)期效應(yīng)組合下，箱梁上緣最小應(yīng)力2.5MPa,下緣最小應(yīng)力3.3MPa,滿足規(guī)范要求。主橋箱梁承載力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗(yàn)算、正常使用極限狀態(tài)抗裂與撓度驗(yàn)算、持久狀況及短暫狀態(tài)應(yīng)力驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求。
　　4.2高墩穩(wěn)定分析
　　本橋除了對(duì)橋墩進(jìn)行強(qiáng)度、抗裂驗(yàn)算外，對(duì)橋墩的穩(wěn)定分析是本橋的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。
　　穩(wěn)定分析采用MIDISCIVIL程序，對(duì)大橋施工階段及成橋階段進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算。高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂澆筑施工中，當(dāng)箱梁最后節(jié)段施工時(shí)，在縱、豎向風(fēng)載，不平衡恒載、自重作用下為最不安全，因此，必須對(duì)該階段進(jìn)行穩(wěn)定性分析。經(jīng)計(jì)算，此階段一類穩(wěn)定安全系數(shù)為8.0，成橋狀態(tài)下，一類穩(wěn)定安全系數(shù)為11.2。大橋施工階段一類穩(wěn)定屈曲模態(tài)見圖3.
　　
　　圖3大橋施工階段一類穩(wěn)定屈曲模態(tài)
　　通過對(duì)該橋在施工、成橋階段的整體穩(wěn)定分析可知，高墩的第一階屈曲失穩(wěn)模態(tài)均為側(cè)傾（高墩橫向擺出）；成橋階段的穩(wěn)定比施工階段好（屈曲臨界荷載增大），表明懸臂施工階段為穩(wěn)定的最不利階段。由對(duì)墩身薄壁的局部穩(wěn)定分析可知，局部穩(wěn)定系數(shù)小于整體穩(wěn)定系數(shù)。
　　計(jì)算結(jié)果表明本結(jié)構(gòu)具有較高安全度。為了增大高墩縱橋向施工期間的穩(wěn)定性，墩柱之間增設(shè)一道臨時(shí)鋼系梁，在主橋邊跨合龍段勁性骨架鎖定之前，將鋼系梁拆除。
　　
　　6結(jié)語(yǔ)
　　小江河特大橋?yàn)楹贾葜寥瘥悋?guó)家高速公路貴州境大興（湘黔界）至思南段上一座特大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，該橋位于銅仁市郊，在橋梁設(shè)計(jì)方面力求技術(shù)先進(jìn)，簡(jiǎn)潔美觀，結(jié)構(gòu)安全耐久，施工方便，造價(jià)經(jīng)濟(jì)，力爭(zhēng)使小江河特大橋成為銅仁市的標(biāo)志性建筑。