混凝土簡支箱梁橋設計和施工研究

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摘要：裝配式預應力混凝土簡支箱梁橋具有受力明確、構造簡單、施工方便、經濟合理等優(yōu)點，得到廣泛應用。選取了3×35m裝配式預應力混凝土連續(xù)小箱梁橋為研究對象，分別從結構設計和施工方面進行介紹，希望為設計和施工人員提供一些參考。

關鍵詞：裝配式；預應力混凝土簡支箱梁橋；設計；施工

1工程概述

道路紅線寬30～40m，30m寬紅線采用雙向四車道，40m寬紅線采用雙向六車道，兩側人行道各寬4m。道路在上跨毗河處設置一座3×35m的裝配式預應力混凝土連續(xù)小箱梁橋，橋梁全長110.92m，寬30m。

2水文地質條件

2.1地表水及地下水

上游水源起于柏條河，為排灌兩用河流。據(jù)現(xiàn)場觀察，河水呈無色、較為透明。勘察時在河道內發(fā)現(xiàn)有流水，測得水面寬約60.0m，水深1.0～1.5m，流速0.20m/s，流量約15m3/s。夏季洪水期河水對河床及兩岸具有較強的沖刷作用，河流水體與地下含水層已相通。經調查走訪當?shù)卮迕竦弥瑪?shù)十年間橋位處河水最高洪水位高程可達494.2m（出現(xiàn)在1981年）。橋位處準確最高洪水位以水利主管部門權威數(shù)據(jù)為準。該處河床地形起伏較小，該段河道較直，流水大小主要受上游控制，夏季洪水期間流速較快，下切作用與側蝕作用較強。百年一遇洪水的一般沖刷深度為1.5m，局部沖刷深度為2.5m，最大沖刷深度為4.0m。該場地內所見地下水為賦存于砂卵石層中的孔隙潛水，該地下水由大氣降水及地表水補給，經地下徑流和地面蒸發(fā)排泄，具有埋藏淺、含水層較厚、分布廣、補給源近、富水性和透水性好的特征。多年平均降水量為911.7mm。雜填土、粉土為弱透水層，砂層和卵石層屬于強透水層及含水層，水位隨季節(jié)性變化較大。勘察時為地下水平水期，初見水位處于砂層或卵石層上部，實測該地下水靜止水位標高約為492.0m，該區(qū)地下水位年變幅約為2.0m。查閱該區(qū)域水文地質資料，該地區(qū)豐水期為6—9月，枯水期為1—3月，其余月份為平水期。據(jù)了解近年處于正常條件下，最高地下水靜止水位約為494.2m。地下水與地表的河水聯(lián)系緊密，雙方呈互補關系。根據(jù)檢測資料顯示，該橋區(qū)內的河水、地下水對混凝土及混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性，環(huán)境水對橋梁基礎施工有一定影響，河水對橋基、岸坡、河床具有較強的沖刷作用。

2.2地形地貌

該場區(qū)位于成都平原東部，遠離龍門山和龍泉山2大斷裂帶，根據(jù)區(qū)域地質資料和橋位勘察資料進行綜合分析，場區(qū)內無影響場地穩(wěn)定的斷裂構造，屬無破壞性地震區(qū)。場地地貌單元屬成都沖積平原沱江水系毗河河床、漫灘、一級階地。階面上的堆積物由第四系的沖積物構成，據(jù)勘察鉆探資料，堆積物厚度為13.7～21.4m。基底為白堊系棕紅色砂質泥巖。橋位所處河段南高北低，其微地貌如下：0#橋臺位于毗河左岸漫灘和一級階地上，地形略有起伏；1#橋墩位于河床之上，地形平坦；2#橋墩位于毗河右側漫灘之上，地形較平坦；3#橋臺位于毗河右岸一級階地上，地形較平坦。橋區(qū)河段左右岸原為自然岸坡，數(shù)年前橋位處及其附近由于砂卵石采挖，形成巨坑，后經人工回填和水力作用泥沙淤積，造成橋位處兩岸地貌破壞、改變。勘察測得位于不同微地貌單元上的鉆孔孔口地面高程為490.70～498.71m，相對高差8.01m，起伏較大。現(xiàn)如今河道寬約75m（勘察時水面寬約60m），河床深約3.0m。

2.3氣象條件

該地區(qū)屬于亞熱帶濕潤季風氣候，四季較分明。年平均氣溫為16℃，絕對最高氣溫為35.5℃，絕對最低氣溫為﹣5.4℃。該地區(qū)年平均相對濕度為81.5%，多年平均降水量為911.7mm。

3橋梁總體結構分析

本橋為跨越毗河而設置，根據(jù)規(guī)劃資料，毗河遠期將進行拓寬改造，因此毗河大橋孔跨采用3×35m布置，上部結構采用裝配式預應力混凝土連續(xù)箱梁，下部結構采用樁柱式橋墩和肋板式橋臺，基礎形式為樁基礎，且均為嵌巖樁設計。整體靜力計算采用平面桿系理論，以主梁橋軸線為基準劃分結構離散圖，如圖1所示。總體計算根據(jù)荷載組合要求的內容進行內力、應力計算，驗算結構在運營階段內力、應力是否符合規(guī)范要求。

4橋梁上部結構設計

橋梁上部結構設計，既要考慮橋梁受力特點及工程造價，也要結合橋梁實際情況。因此綜合考慮，該橋梁采用裝配式預應力混凝土連續(xù)箱梁結構，其設計要點如下。

4.1箱梁梁體結構及主要尺寸

橋梁全寬30m，分2幅修建，每幅寬15m，每幅設2片邊梁（內側邊梁寬度與中梁一致）和3片中梁。小箱梁采用C50混凝土，梁高1.8m，邊梁寬2.85m（內邊梁寬2.4m），中梁寬2.4m，梁片之間采用濕接縫連接，濕接縫寬為0.635m。橋梁橫坡為雙向人字坡，橫坡度為1.5%，橋面橫坡通過小箱梁腹板不等高、頂板傾斜來實現(xiàn)，保持底板水平。

4.2預應力體系

預應力鋼束采用Φs15.2鋼絞線，抗拉標準強度fpk＝1860MPa，其抗拉設計強度為fpd＝1260MPa。縱向預應力鋼絞線采用金屬波紋管成孔，采用相應錨具及相應的張拉千斤頂。

4.3計算情況及主要控制參數(shù)

簡支箱梁縱向結構按預應力混凝土構件設計，采用橋梁博士V3.5.0進行計算。4.4構造措施為使結構內力能夠順暢傳遞，避免應力集中現(xiàn)象發(fā)生，對于異向截面相交的地方，必須做倒角處理，避免截面之間有小于90°的尖角出現(xiàn)，并順倒角設置分布鋼筋。為減少箱梁內外溫度差的影響，防止箱梁內施工及運營中可能的積水，在箱梁內每個箱室的底板分別設置4個Φ100mm的泄水孔并兼作通氣孔使用，并在孔洞上設置鋼絲網(wǎng)，以避免雜物堵塞。

4.5普通鋼筋設置原則

箱梁截面構造部分包括頂板、底板和腹板。均布置雙面鋼筋網(wǎng)，雙面鋼筋網(wǎng)之間設置蹬筋，使雙面鋼筋連成整體鋼筋骨架。在錨下除布設與錨具配套的螺旋筋外，必須布設不少于4層錨下鋼筋網(wǎng)，縱向鋼束錨后也應設置不少于4層錨后鋼筋網(wǎng)，并在鋼束同向設置加強鋼筋，以有效地散發(fā)集中的局部應力，即在錨具周圍設置構造鋼筋與梁體連接，以加強由于錨固對截面的削弱，并分散錨后的局部集中應力。

5橋梁下部結構設計

5.1橋墩

30m橋寬橫向根據(jù)橋面布置等分為2幅橋，每幅橋橋墩均采用雙圓柱墩，柱間距取800cm，柱徑取160cm，下接Φ180cm樁基。墩身和蓋梁均采用C40混凝土，樁基采用C30混凝土，樁間系梁采用C30混凝土。

5.2橋臺

0號和3號臺均采用肋板式橋臺。臺帽厚170cm，肋板厚130cm，肋板間距570cm，承臺取5.6m×2.3m×1.8m，下接2根Φ130cm樁基，樁間距取330cm。臺帽、背墻和耳墻采用C40混凝土，肋板、承臺和樁基均采用C30混凝土。

5.3樁基

墩臺基礎均按嵌巖樁設計，橋臺樁基嵌入中風化砂質泥巖，深度不小于4.5m，橋墩樁基不小于6m，樁基成孔方式采用機械成孔。要求樁底沉渣厚度不大于5cm，樁的傾斜度不超過3‰。

6橋梁抗震設計

該地區(qū)地震設計動峰值加速度為0.10g。根據(jù)CJJ166—2011《城市橋梁抗震設計規(guī)范》，該橋梁抗震設防烈度為7度，抗震設防類別為丙類，按8度設防。故該橋梁采取抗震設防措施如下：布置縱、橫向限位擋塊，樁基礎均采用螺旋箍筋，螺旋筋的接頭采用焊接；橋墩及樁基礎潛在塑性鉸區(qū)域內已按照抗震規(guī)范要求配置加密箍筋，在橋梁墩臺處防震擋塊內側墊橡膠墊塊，起緩沖消能作用。

7橋梁耐久性設計

橋梁耐久性設計基準期為100年。上部結構安全等級等級為I-B級，下部結構等級為I-C級。

8施工方案及注意事項

橋梁總體施工方案及工序如下：①施工橋梁范圍內的河堤至其馬道標高；②施工橋梁下部結構的樁基、承臺、肋板、墩柱，隨后完成橋梁范圍內的河堤護岸施工；③工廠或現(xiàn)場預制小箱梁；④現(xiàn)場架設裝配式預制小箱梁；⑤現(xiàn)澆中橫梁、濕接縫，張拉頂部負彎矩區(qū)域鋼束；⑥施工橋面鋪裝及附屬工程；⑦成橋荷載試驗，驗收。樁基是橋梁工程的重要組成部分，承受著橋梁的整個質量，決定著橋梁運行的安全性。因此，在橋梁建設過程中，必須控制好樁基施工。樁基施工注意事項如下：①相鄰2根樁施工時不得同時成孔或同時澆筑混凝土。②施工過程中如發(fā)現(xiàn)地質情況與設計資料不符時，施工單位應同勘察、設計和監(jiān)理三方按照單樁設計軸向力，并結合現(xiàn)場實際地質情況再次確定；樁基終孔時，應根據(jù)現(xiàn)場實際鉆（挖）孔記錄資料，判斷地層分類情況及相關力學性能指標，并確保樁基達到設計要求的巖層和深度。③為防止護壁泥漿侵入樁體而削弱斷面并影響樁基施工質量，要求鉆孔直徑不得小于設計樁徑，禁止采用小直徑鉆機通過擴孔方法形成樁基的方式。④樁基均預埋超聲波檢測管，設置比例100%。聲測管采用直縫鋼管，上部應高出樁頂50cm，下部應用鋼板封底焊接，直至樁底，灌注混凝土前在管內灌滿水，上口處用塞子塞住。⑤聲測管設置根數(shù)為樁徑Φ1.3m埋設3根、樁徑Φ1.8m埋設4根；對樁基超聲檢測有問題的部位均應進行鉆探取樣，并進行成孔質量檢測。承臺施工注意事項如下：①承臺施工前開挖必須做好防護處理，以保證邊坡的穩(wěn)定性；②承臺施工時應提前預埋墩身鋼筋，并確保鋼筋定位準確和鋼筋接頭位置相互錯開，同時應注意承臺和橋墩相鄰塊段施工時間間隔不宜大于30d的混凝土齡期差；③承臺澆筑混凝土施工時，應采取有效的散熱措施（如散熱管），控制承臺大體積混凝土的內外溫差不超過25℃，降低混凝土的水化熱，防止開裂。橋墩施工注意事項如下：①施工前應根據(jù)工點現(xiàn)場的實際情況，制定詳細的橋墩施工組織方案及措施，對臨時支架、塔架等應進行詳細的設計及結構驗算，并報監(jiān)理工程師批準后方可進行施工，確保施工工期、質量及安全；本設計段落橋梁墩高較矮，宜采用一次性澆注，橋墩模板采用定型鋼板。②施工過程中應保證主筋的位置準確及垂度滿足施工規(guī)范要求。③墩身主筋加工時應注意調整主筋的接頭位置，使同一截面主筋的接頭數(shù)量不超過50%[1]。④墩身主筋采用機械接頭等強連接，接頭應盡量設于受力較小區(qū)段，在任一接頭中心至長度為鋼筋直徑的40倍范圍內，同一根鋼筋不得有2個接頭。⑤混凝土的澆筑直接影響著混凝土的密實度，為了確保混凝土的質量，應該從澆筑方法和振搗2方面入手。澆注混凝土時應采用高頻振搗器進行振搗，確保混凝土的密實性[2]，同時還要防止混凝土產生離析。當混凝土澆筑到頂端時，還應采用二次振搗和二次抹面，刮去表面浮漿；混凝土澆注、振搗完畢后還應加強養(yǎng)護。外露部分應立即覆蓋，防止風干和日曬失水。整個養(yǎng)護期間，混凝土要處于有利于其硬化及強度增長的溫度和濕度環(huán)境中進行潮濕養(yǎng)護。在常溫下，養(yǎng)護應至少持續(xù)15d，氣溫較低時需適當延長養(yǎng)護時間。裝配式簡支箱梁施工一般注意事項如下：①澆筑箱梁混凝土前應用水濕潤混凝土，確保梁體與現(xiàn)澆混凝土接觸良好。②嚴格檢查附屬設施的預埋件是否齊全，確保無誤后方可澆筑。③施工時，應保證鋼筋位置和預應力孔道的準確性。④預制梁頂、底板和腹板時，施工單位應做好配合比試驗，正確選用骨料，且混凝土中的骨料最大粒徑不大于20mm。⑤對于C50混凝土（箱梁混凝土），最大水膠比不大于0.36，最小膠凝材料用量不小于360kg/m3，最大膠凝材料用量不得大于480kg/m3；對于C40混凝土（橋墩、蓋梁混凝土），最大水膠比不大于0.45，最小膠凝材料用量不小于320kg/m3，最大膠凝材料用量不得大于450kg/m3；對于C35混凝土（樁基、系梁），最大水膠比不大于0.50，最小膠凝材料用量不小于300kg/m3，最大膠凝材料用量不大于400kg/m3；對于C30混凝土（人行道、搭板混凝土），最大水膠比不大于0.55，最小膠凝材料用量不小于280kg/m3，最大膠凝材料用量不大于400kg/m3。

9結束語

箱梁具有抗扭性好、剛度大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點[3]。該橋總體設計遵守“技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理”的橋梁設計基本原則[4]，同時根據(jù)水文氣象及地質條件，結合全線實際情況進行設計和施工方案制定，希望為今后類似橋梁設計和施工提供一些參考。

參考文獻：

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［2］鐘冠星，潘朝慧.30m先簡支后連續(xù)預應力小箱梁的設計與施工［J］.中國市政工程，2006（4）：38-40.

［3］劉春和.造橋機節(jié)段拼裝56m鐵路雙線箱梁施工技術［J］.鐵道建筑，2010（4）：19-20.

［4］李奇，肖海珠.黑瞎子島烏蘇大橋總體設計［J］.橋梁建設，2014，44（3）：87-91.

作者：楊迎 王裕滔 單位：四川鐵道職業(yè)學院 中國市政工程西南設計研究總院有限公司