灵山高架桥设计

　　摘 要：灵山高架桥为龙丽高速公路龙游段上一座跨线高架桥。重点介绍该桥设计标准、桥跨布置以及结构设计和计算。为同类型结构日后的设计和施工提供参考。
　　关键词：组合小箱梁桥 高架桥 预应力盖梁 挖孔灌注桩
　　一、项目概况
　　灵山高架桥是龙（游）-丽（水）高速公路龙游改建段上的一座高架桥，位于龙游县灵山乡。龙丽高速公路是在龙丽一级公路的基础上改建。由于一级公路改高速后，对一级公路实施时占用的50省道灵山段必须恢复。通过多种方案论证比较后决定采用全线高架桥跨越50省道，桥下的50省道按二级公路标准修建。高架桥上部构造为（45×25）m部分预应力砼组合小箱梁，先简支后连续，全桥分8联。该桥左右幅分离，单幅桥梁宽度为11.75m，全桥长1130m.桥址处地质岩层较浅，岩性单一，属片麻岩。桥位处属亚热带季风气候，极端最高气温41.8℃，极端最低气温-11.4℃，年平均气温在16.3～17.3℃。
　　二、设计标准
　　1.公路等级：高速公路；
　　2.设计荷载：公路-I级；
　　3.计算行车速度：80km/h；
　　4.桥梁横断面：整体式路基宽24.5m，桥梁比路基两边窄0.25m，桥梁左右幅分离，单幅桥梁宽度为11.75m，横断面布置为0.5m（钢筋砼防撞护栏）+10.5m（行车道）+0.75m（波形钢护栏）；
　　5.地震动峰值加速度系数：0.05g，重要性修正系数
　　1.3，抗震构造措施按七度设防。
　　三、总体设计
　　桥址处地形平坦，两边为灵山乡村民居住区，人员比较密集。已建成的龙丽一级公路为双向四车道，交通量较大。要求施工过程中不能中断龙丽一级公路、50省道的通行，因而桥梁规模、施工难度都比较大。桥型方案设计，力求做到技术可靠、经济合理、施工方便、施工周期短、维护费用低，并且尽量减少对相关工程正常运营的影响。结合初步设计专家评审意见，上部构造选择预制的预应力砼组合小箱梁，先简支后连续。
　　桥跨布置为：（6×25+5×25+3×（6×25）+2×（5×25）+6×25）m，墩台均按法向布置。全桥分为8联，左右幅布跨相同。下部构造为：矩形墩、肋式台，矩形挖孔灌注桩基础。
　　四、上、下部结构设计
　　1.上部结构
　　本桥上部结构采用25m部分预应力（A类）混凝土组合小箱梁，5～6孔为一联，采用多箱单独预制，简支安装，现浇连续接头的先简支后连续的结构体系。梁高140cm，顶板厚18cm，底板厚从跨中至根部由18cm变化为25cm，腹板厚从跨中至根部由18cm变化为25cm.半幅桥每孔布置4片箱梁，箱梁梁间距为285cm，悬臂长160cm，箱梁之间设18cm厚横向湿接缝。箱梁连续处设1道厚35cm的中横梁，边跨梁端设1道厚25cm的端横梁。小箱梁采用C50混凝土预制。
　　2.下部结构
　　下部结构的特点是桥墩类型多，是本桥设计的难点，也是本文要重点介绍的内容。为了保证桥下50省道的通行净空要求，本桥采用二柱或者三柱式桥墩。二柱式墩有37个，其中柱间距为14m的有35个，柱间距为12.4m的有1个，柱间距为15.2m的有1个；三柱式墩有7个。全桥合计有10种不同类型的桥墩。
　　桥墩盖梁统一采用矩形截面，高为200cm，宽为180cm.其中预应力盖梁设计又是本桥最复杂的部分。盖梁采用C50混凝土，按全预应力砼构件设计。采用ASTM A416/A416M－98标准的低松驰钢铰线，其标准强度1860MPa，直径15.24mm，公称面积140mm2，弹性模量Ey=1.95×105MPa，所使用的预应力锚具应符合国家标准GB/T 14370—2000中规定的I类锚具要求。管道采用预埋金属波纹管成型。
　　桥墩墩身采用等截面矩形实心墩，墩高为600～700cm.两柱式和三柱式中墩的墩身截面尺寸为：180cm（横）×150cm（纵）；三柱式边墩为：150cm（横）×150cm（纵）。墩柱按普通钢筋砼构件设计，采用C30混凝土。
　　为了加快施工进度和减少施工过程中对龙丽一级公路、50省道正常运营的影响，建设单位要求设计单位对桥墩下部桩基进行优化设计。桥址处弱风化岩层比较浅，如果按嵌岩桩设计，桩长只有15～25米，完全可以采用人工开挖。采用这种施工方法每个桥墩之间互相独立不受影响，作业面广，可以同时大面积施工。经过综合分析比较，桥墩下部桩基并没有采用以往通常的做法：群桩加承台；而是采用等截面大尺寸矩形挖孔灌注桩。两柱式和三柱式中墩的桩基截面尺寸为：240cm（横）×180cm（纵），三柱式边墩为：180cm（横）×180cm（纵）；采用C25混凝土。
　　五、结构计算
　　1.组合小箱梁
　　小箱梁内力计算采用平面杆系有限元程序桥梁博士3.0进行计算，荷载横向分配系数采用刚接板（梁）法计算，并用梁格法进行检算，桥面板计算按单向板和悬臂板计算。本设计为部分预应力（A类）混凝土结构，故跨中底板和支点处顶板根据承载能力极限状态设置受力钢筋。此种结构在高速公路上比较常用，有较成熟的设计、施工方法，本文不再赘述。
　　2.盖梁桥墩盖梁施工及运营阶段的内力计算采用桥梁博士3.0进行计算。预应力混凝土现浇盖梁施工工艺流程为：下部桩基、立柱施工完成后，搭设支架浇筑盖梁砼；盖梁砼达到设计强度后张拉第一批钢束；然后进行上部小箱梁的架设，再张拉第二批钢束；最后进行桥面系施工。按此流程分4个主要工况计算结构各截面内力、应力和位移。成桥运营计算包括恒载、活载、支点沉降和温度等工况，按规范进行最不利荷载组合。温度荷载按体系升温5°C及降温5°C计算；不均匀沉降按10mm计算。
　　计算结果：在最不利荷载组合下，盖梁上缘最小应力为压应力1.2MPa，盖梁上缘最大应力为压应力5.5MPa，盖梁下缘最小应力为压应力0.5MPa，盖梁下缘最大应力为压应力6.6MPa，均满足规范要求。
　　3.盖梁与墩柱连接方式对比计算
　　一般桥墩盖梁与墩柱都是采取直接固结的连接方式，本桥设计中两柱式桥墩也是采用这种方式，见图1.但是在三柱式桥墩盖梁计算中，发现离中柱距离比较大的边柱如果采用梁柱固结，计算很难满足规范要求，因此采取盖梁与墩柱之间设置单向活动盆式支座，见图2.
　　为弄清2种连接方式对盖梁的影响，在设计中，针对梁柱设置支座和固结2种情况进行对比计算。取5号墩盖梁靠边墩的部分单元在运营阶段的截面应力进行比较，其结果见表1.
　　单元号截面号下缘应力（MPa）
　　表1说明梁柱之间设置支座可有效增加截面下缘的压应力，对预防盖梁下缘开裂有明显的作用。因此，在该桥设计中，对三柱式桥墩盖梁均设置有盆式支座。其中3、4、39和40号墩两侧边柱设盆式支座，5、6和38号墩单侧边柱设盆式支座。
　　六、结语
　　灵山高架是龙丽高速公路上的控制性工程之一，施工工期短、施工场地受限制、下部桥墩构造复杂是该桥的特点也是设计和施工的难点。通过精心设计，努力创新，大胆采用新技术、新工艺，使该桥上下部结构尺寸合理、比例协调，全桥气势宏大，庄重沉稳又不失轻盈美观，符合安全、经济、适用、美观的原则。本工程对类似高架桥工程日后的设计和施工具有一定的参考价值。
　　参考文献
　　[1] JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范[S].
　　[2] JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
　　[3] 浙江省交通规划设计研究院。龙丽高速公路（龙游改建段）施工图设计[Z].2005.