维普资讯 http://www.cqvip.com 水利水电工程设计ＤＷＲＨＥ・２ＯＯ７年第２６卷第２期 连续刚构桥梁设计与施工浅析 郭春雷摘要倪 燕 孟繁杰 王彩艳 对戈兰滩水电站下游一座预应力连续刚构桥梁的方案比选、主梁细部设计、柔性桥墩设计、扩大基础设 预应力 连续刚构 柔性桥墩Ｕ４４ｌ 文献标识码Ｂ 预拱度施工流程 戈兰滩水电站 １００＂／．６９８０（２００＂／）０２—００４４－０３ 计、施工预拱度控制等问题，作以概略说明，并依据施工流程进行结构分析，供设计单位作类似结构设计时参考。 关键词中图分类号文章编号预应力连续刚构桥梁由于外形美观、施工方 ７度地震区，还需满足抗震要求，而连续刚构桥型 采用柔性墩设计可以大大提高其抗震性能。 ３桥梁设计 便、结构跨度大等优点，尤其在较宽的ｕ形河谷 上建造，具有较好的技术经济性。与梁体固接的主 墩应具有一定的柔度，形成摆动支撑体系，不仅省 去了大跨连续梁的巨型支座，而且提高了主桥的抗 桥型经过比选，最后采用３跨预应力连续刚构 桥型，主体结构由２组双薄壁柔性桥墩支撑，桥墩 支撑于埋在河岸岩层中的扩大基础上。连续刚构桥 立面布置如图１。 震性能。当桥墩较高，或河道有行洪要求，满堂支 架现浇有困难时，采用挂篮悬臂施工不失为一种好 方法。 １桥位比选 岸 Ｌ——一 Ｉ ｆｆ ｆｉ Ｉ ＩＩ 府痒２ 李仙江戈兰滩坝下游交通桥位于戈兰滩水库坝 下游８００ ｍ处，为水库蓄水后连接河两岸的重要交 通枢纽。该处为Ｕ形河谷，桥面高程处河谷宽约 １７０ ｍ，两侧河滩有岩石出露，地质勘探表明，该 处地质条件较好，河床岩层覆盖较浅，主墩可采用 扩大基础；两岸有较厚覆盖层，桥台处可采用桩 基，桩端穿过土层和强风化岩石，嵌入弱风化岩 层。 、、＝１０～ 一３．１ 主梁设计 ｒ ，， 图１连续刚构桥立面布置图（单位：ｅｍ） 参考国内外其他３跨连续刚构桥的设计经验可 减少设计的盲目性，两边跨一般为中跨跨度的 ０．５ ０．７倍，经过现场查勘，为满足基础要求和方 便施工，设计采用０．５６２ ５倍，桥跨结构设计为４５ ｍ＋８０ ｍ＋４５ ｍ＝１７０ ｍ长。结合枢纽施工期间车 辆运行的要求，桥梁荷载设计标准按汽车一超２０ 级，挂车一１２０执行，桥梁所连接公路为４级公 水文计算以及电站模型试验表明，在该处建桥 对电站发电尾水位影响甚微。 ２桥型选择 为满足戈兰滩水电站施工、发电要求，结合桥 位处地形地质条件，设计选定３跨预应力连续刚构 路，桥面行车道净宽７．０ ｍ即可满足行车要求，设 计人行道净宽为２×０．７５ ｍ。 桥，在雨季之前浇筑完桥墩，雨季来临后采用悬臂 法施工梁体，在行洪时不影响施工，也可不中断施 工，不耽误整个水电站的建设工期。采用其他桥 型，如变断面连续梁桥，支座先固结后简支，构造 较为复杂，而采用预制梁方案，跨度小，势必会增 由于桥面宽度不大，主梁采用单箱单室的预应 力混凝土箱梁，箱梁宽度为５．３５ ｍ，上翼板宽度 为９．０ ｍ。一般大跨度预应力变高度箱梁根部的高 跨比为１／１５．７ １／２０．６，设计高跨比取用１／１７．７８， 高度４．５ ｍ，根部梁高常为跨中梁高的１．２—２．５ 倍，设计取用２．２５倍，即跨中截面高度取为２．０ ｍ，加桥墩影响行洪，并且现场也无预制场地。 采用３跨预应力连续刚构桥，与其他桥型相 比，具有施工方便、工程造价低，跨度大等优点， 并能满足电站总体施工进度的安排。另外该桥处于 参考其他桥梁设计经验，为改善Ｌ／４一Ｌ／８跨 底板混凝土应力超限情况，梁底按１．５次抛物线渐 维普资讯 http://www.cqvip.com 郭春雷等・连续刚构桥梁设计与施工浅析 变，底边线方程为： Ｙ１＝ ・ （１） 跨度的连续刚构桥必须考虑温度应力的影响，需防 止温度应力过大。在汛期洪水位较高，桥墩处最高 水深约２１．５ ｍ，需要考虑流水压力影响。设计对 底板厚度由悬臂根部向跨中逐渐变小，厚度由 ５０ ｃｍ变到２５ ｃｍ，底板上沿方程为： ｙ２： ＿０．２５ （２） 桥墩采取了如下措施：①减小桥墩顺桥向的抗推刚 度，采用２个厚度为７０ ｅｍ的双薄壁排架墩，桥墩 设计净高为３０ ｍ，宽度与箱梁底板同宽。２个薄壁 排架墩中间间隔７．５ ｍ设１道横向联系板。②控制 施工合龙温度，该地区多年月平均气温为１６．７～ 顶板跨中最小厚度为２５ ｃｍ，在腹板顶部布置 预应力钢束的区域最厚为６５ ｃｍ。腹板厚度也由悬 臂根部向跨中逐渐变小，厚度由５０ ｃｍ变到３５ ｃｍ。 主梁横断面如图２。 图２主梁横断面图（单位：ｃｍ） 由于箱梁截面尺寸设计较小，上部结构较轻， 减小了由恒载所产生的内力，但是腹板较薄，其主 拉应力较大，应引起足够重视。国内已有许多桥梁 出现主拉应力超出控制而出现腹板开裂的情况，为 此，设计在腹板上增设了竖向预应力钢筋，采用直 径为３２ ｍ／ｎ的精扎螺纹粗钢筋，间隔５０ ｃｍ一道。 应当特别引起重视的是对腹板的极限抗剪能力验算 时，截面尺寸应该满足规范对最小抗剪截面尺寸的 要求。 主梁设计采用挂篮悬臂浇筑施工，一个桥墩上 悬臂浇筑主梁左右各８段，各段长度控制在３．５～ ４．５ ｍ范围内，单段最大浇筑混凝土重量为８５．５ ｔ， 悬臂浇筑总长度３３ ｍ，桥墩顶第０ 、１ 块搭设脚 手架现浇，桥台部位处在山坡上，边跨剩余梁段可 采用支架现浇，合龙段采用劲性梁架模现浇。 根据初步计算结果，先进行预应力钢绞线配筋 设计，为减少埋设钢绞线的孔洞数量和锚固垫板尺 寸，设计选用高强度低松弛的１８６０钢绞线及配套 的ＯＶＭ锚具，并根据悬浇分段数量，在悬臂部位 腹板上缘配置９对１０一 １５．２４钢绞线，在中跨跨 中下缘和边跨正弯矩最大部位下缘分别配置７对和 ３对１２一 １５．２４钢绞线。主梁仅在两梁端设弯起 钢筋，减小了腹板施工难度，节约了预应力钢材。 ３．２桥墩设计 连续刚构桥墩梁固结，是多次超静定结构，大 ２６．５℃，极端最高气温３７．７ ，极端最低气温 ．４．０ ｏＣ；设计主梁合龙时温度控制在１６～２０℃之 间，并应尽量在温度较低时合龙，合龙段采用劲性 钢梁。③在桥墩上游加设半圆环防撞拱片，减小水 流压力和避免上游冲下的杂物对桥墩的撞击或塞堵 在双薄壁墩之间。 ３．３基础设计 ２个主桥墩在旱季均在主河床以外，右岸基础 部位有少量坡积物覆盖层，左岸基础部位为出露岩 石，均可干地施工，考虑到施工期间主梁悬臂较 长，两端浇筑混凝土不同步的不平衡影响，以及为 了增加抗倾覆安全系数，在基础下岩石面上进行锚 杆施工，使扩大基础与岩层固结，从而使基础可以 抗拉。 在桥台与主梁之间设置单向盆式橡胶支座，桥 台采用桩基础，桩顶设置承台，桩基穿过覆盖层后 插入两岸山体岩层中，形成嵌岩桩。左岸桩基靠近 陡坡，桥台背后需填土筑路，水平向土压力较大， 故采用双排桩来抵抗台背后土压力。 ３．４施工流程与结构分析 施工流程与结构分析应相互对应，采用满堂支 架施工与挂篮悬臂浇筑施工对最终计算结果是不同 的，先合龙边跨和先合龙中跨也会对结果产生不同 影响，所以在结构设计之前应考虑好施工方案，可 能时应在计算中分别加以考虑。 具体到该桥，主桥施工流程分６个步骤完成。 （１）基础施工，桥墩及墩顶梁段搭支架现浇。 （２）主梁分节段挂蓝悬臂施工，张拉预应力 筋。 （３）边跨合龙，张拉预应力筋，体系第一次转 换。 （４）中跨跨中合拢，张拉预应力筋，体系第二 次转换。 （５）桥面铺装，二期恒载施工。 （６）桥梁荷载试验，桥梁运行。 根据大桥的施工程序，按照我国公路桥涵设计 维普资讯 http://www.cqvip.com 水利水电工程设计ＤＷＲＨＥ・２００７年第２６卷第２期 规范规定的永久荷载＋可变荷载，以及偶然荷载参 与的组合，对全桥形成和使用各阶段的内力、变形 进行验算。 设计时考虑了非正常施工状态下的验算，即一 端挂篮安装就位，另一端挂篮脱落，挂篮冲击系数 取２．０，此时在挂篮脱落一侧桥墩立柱顶会出现较 大拉力，需要大大增加立柱受拉钢筋面积，设计将 该情况发生列于施工事故，应避免发生。为此，挂 篮行走及灌注梁段混凝土时的稳定系数均不应小于 （１）正常使用阶段荷载组合计算结果满足规范 限值要求。 （２）承载力极限状态设计组合计算结果满足规 范承载能力要求。 （３）施工稳定分析组合。 ①该桥采用如下几种不平衡荷载： 荷载１悬浇梁段自重偏差，按照自重偏差 ±５％考虑，即一侧悬臂箱梁自重增加５％，另一 侧悬臂箱梁自重减小５％。 荷载２挂篮及施工机具的动力系数，参考一些 建桥资料，一侧采用１．２，另一侧采用０．８。 荷载３梁段浇筑不同步引起的偏差，一侧悬臂 全部浇完，另一侧悬臂末块浇筑５０％。 荷载４竖向风力的影响，假定最不利状态为悬 臂一端有向上的风力，另一端无风力。 荷载５平面外横向风力产生的影响。 ②荷载组合 组合１：荷载１＋荷载２＋荷载３ 组合２：荷载１＋荷载２＋荷载４ 组合３：荷载１＋荷载２＋荷载５ ③在上述不平衡荷载作用下，各控制断面的内 力见表１。 表１ 刚构墩身断面最不利轴力及弯矩比较表 刚构墩身的最不利弯矩比较如表１。 桥墩在施工出现不平衡浇筑时为偏心受压（拉） 构件，在运行时仅为偏心受压构件。根据计算结果 对桥墩按钢筋混凝土构件进行配筋设计。 设计时采用程序计算，主要利用桥梁博士程序 按先后分阶段施工、加载，按平面（二维体系）来计 算内力和变形，利用ｓＡＰ８４程序按空间（三维体系） 来计算地震作用、横向力作用和校核内力及变形。 当然也可采用其他杆件和有限元程序进行设计。 ２。 设计计算结果均满足要求，由于采用了抗震性 能较好的三跨柔性墩连续刚构桥型，地震产生的内 力组合小于汽车荷载产生的内力组合，在７度地震 时结构安全。 ３．５结构变形与施工控制 施工过程中对各段挠度的控制直接影响到合龙 两端的高差，和桥面的平顺度，这就要求预先考虑 主梁在悬臂施工过程中的下挠度和张拉预应力钢绞 线对结构产生的上挠度之差。设计时先不考虑预 拱，在分段悬浇时将各控制截面的挠度（包括向上 和向下）叠加直到最后一悬浇段完成，计算出其与 合龙后应达到（考虑成桥后主梁的设计预拱度）的挠 度之差，即作为各控制截面在悬臂施工过程中的预 拱度。当然施工单位在选择挂篮时应预先测出挂篮 悬浇时自身的刚度，应将挂蓝的变形一并计人预拱 度内。在该桥实际合龙时两端最大高差仅９ ｌ＇ｎｌｎ， 满足设计要求。 ４结语 现交通桥已建成并通车，经过荷载试验，各控 制截面应力和变形均小于设计值，桥在安全运行 中。该种桥型在跨越大的ｕ形河谷和有行洪、通 航要求的江河上建设，无论从施工角度还是从工程 造价考虑都非常有利，是一种值得推广的桥型。 作者简介 郭春雷 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公 司 天津３００２２２ 倪 燕 女 高 工 中水北方勘测设计研究有限责任公 司 天津３００２２２ 孟繁杰 女 高 工 中水北方勘测设计研究有限责任公 司 天津３００２２２ 王彩艳女 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公 司 天津３００２２２ （收稿日期２００７—０２—０７）
