拱形连续刚构桥设计与施工

范佐银

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引 言

西宁市是中国夏都旅游城市，近年来，随着城市的发展，需在海湖新区火烧沟上架设多座桥梁，以满足整个新区的总体路网规划和景观要求，海晏路跨火烧沟桥梁是其中一座。该桥东接西宁市旧城区，西接新城区，上跨火烧沟景观带，北临湟水河景观带，要求建设成为一座融生态型、观光型和艺术性为一体的景观交通桥梁。本着适明、经济、安全和美观的原则，在设计时经过认真方案比选，确定了带有变化的拱形连续刚构桥结构，满足了功能与景观的要求，该桥将会成为海湖新区旅游、观光的景点之一。本文简要介绍了该桥梁设计与施工的情况。

1 工程概况

海晏路桥位于西宁市海湖新区，横跨火烧沟条，它东与文亭路相交，西与文博路相接，是该新区路网连接的重要工程。桥梁所跨的火烧沟为景观带，为了结合景观效果，经过多方案比较分析，决定采用主跨21m+30 m+21m拱形连续刚构桥方案，桥梁全长78.16 m，桥宽30 m，分左右幅设计，桥型布置如图1所示。

1.1 主要技术标准

（1）道路等级：城市次干道；

（2）设计荷载：城-A级；人群3.5 kN/m2；

（3）桥面布置：6.0m（人行道）+9.0m（行车道）+9.0m（行车道）+6.0m（人行道）=30.0m；

（4）温度：整体升降温±35℃；

（5）地震基本烈度：地震基本烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度系数0.10g。

1.2 地质概况

拟建场地位于西宁盆地中部，西宁盆地是在前元古界基底上发育的中一新生代陆相断陷盆地，受北部大板山南坡及南部拉鸡山北缘大断裂控制，盆地内沉积了巨厚的中一新生代陆相碎屑岩，地层产状平缓，褶皱开阔，地表断裂迹象极少，存在的仅为基底小断裂。在勘探的控制深度内地层由第四系松散堆积物及第三系泥岩组成，自上而下依次为杂填土（Q4ml）、黄土状土（Q4al）、卵石（Q4al+pl）、泥岩（N1x）。

2 结构总体设计

2.1 上部结构

上部结构采用预应力混凝土连续箱梁，主梁断面采用变截面单箱多室结构，在结构高度较小的情况下获得较大的结构刚度。截面高度按圆曲线方程变化，跨中设4m长等高度梁段。主梁V形墩顶梁高170 cm，跨中梁高120 cm。顶板宽15m，底板宽10.6m，悬臂2.2m。箱梁顶板厚20 cm，底板厚20 cm，腹板宽40 cm。在梁端处顶、底板厚度均由20 cm渐变为40 cm，腹板由40 cm渐变到80 cm。全桥共设4道100 cm厚横隔梁，以便上、下部结构传力。边跨长21m，中跨30m，边中跨比为0.7。边跨较大主要是考虑利用长边跨来平衡桩顶水平力，同时减少中跨跨中正弯矩，横断面布置图如图2所示。

2.2 下部结构

2.2.1 桥墩设计

海晏桥桥墩为V形墩，两侧V撑采用变截面矩形板，变化曲线采用圆弧线，板厚为0.6~0.8m，

图1 桥型布置图（单位：cm）

图2 横断面布置图（单位：cm）

板宽为10.6m。V形墩两侧V撑均与梁体和承台固结，采用C50钢筋混凝土结构。承台为12m×1.8m×1.5m矩形断面，基础为钻孔灌注桩，桩径1.2m。

2.2.2 桥台设计

该桥桥台柱式耳台，两岸桥台高度分别为4.5m和3.5m，台帽高1.2m。桥台两侧护坡与火烧沟景观顺接，基础为钻孔灌注桩，桩径1.2m。

2.2.3 其他

桥面铺装为等厚8 cm现浇混凝土+9 cm沥青混凝土铺装，伸缩缝为D-80型伸缩缝。

3 结构计算分析

海晏路桥采用高次超静定的刚梁柔墩的墩梁固接体系，区别于普通连续刚构桥所采用的薄壁墩或柱式墩去适应不同工况下的内力变化的普通做法。采用柔性基础以适应预应力次内力和温度变化对梁体内力影响，使得主梁受力趋向连续梁受力性质。通过调整边、中跨的比例来平衡桩顶位移和水平力。

3.1 结构内力分析计算

该结构为墩梁固接的刚构体系，从体系形成到结构受力按3个施工阶段和使用阶段划分，施工阶段分别为桥墩、边跨及中跨箱梁（未包含中跨2m合拢段）浇筑阶段、张拉主梁预应力阶段（含支架支撑）、主梁2m合拢段浇筑阶段并张拉合拢预应力阶段、主梁和桥墩支架拆除进行体系转化的阶段。使用阶段考虑了恒载、预应力、汽车荷载、整体温升35℃、整体温降35℃、温度梯度效应、混凝土收缩与徐变和基础变位。计算纵横向内力采用平面杆系假定，利用北京迈达斯技术有限公司MIDAS 2006程序进行内力分析计算。根据各阶段工况组合内力和应力的情况，调整断面尺寸和预应力钢束，将各阶段受力和应力控制在安全范围内。使用阶段主要应力值如图3~图6所示。

图3 主梁上缘拉应力（单位：MPa）

图4 主梁下缘拉应力（单位：MPa）

图5 主梁上缘压应力（单位：MPa）

图6 主梁下缘压应力（单位：MPa）

3.2 预应力钢束布置

按计算结果，主梁按预应力A类构件设计，V形墩按普通钢筋混凝土构件设计。在主梁布置预应力钢束，钢束采用单根直径s15.2mm，钢绞线面积A=139mm2，标准抗拉强度fpk=1 860MPa，张拉控制应力采用0.75fpk，弹性模量EP=1.95×105MPa。

为了减小预应力次内力的影响，主梁纵向预应力钢束布置方式为：边跨、V形墩顶、中跨底板布设短的正弯矩束，单端张拉，锚于横隔梁内；腹板束为分段布置，两端张拉，钢束布置如图7所示。

图7 钢束布置图（单位：cm）

4 施工方法

作为高次超静定体系，如何有效减小次内力是整个施工顺序设计的重点。主体结构均采用满堂支架现浇施工，施工顺序为：（1）钻孔灌注桩及承台施工；（2）浇筑V形墩两侧V撑至主梁连接处；（3）浇筑边跨、V墩顶及跨中箱梁，其中预留1m的V墩顶后浇段和2m的中跨跨中合龙段；（4）浇筑V形墩1m后浇段；（5）张拉腹板钢束、边跨底板束、V墩顶底板束；（6）浇筑中跨跨中合拢段；（7）张拉合拢钢束；（8） 浇筑左右两幅桥的50 cm后浇带，使其桥面形成整体；（9）施工桥面系及附属。施工过程中将V墩顶设置1m后浇带、及张拉完钢束后浇筑合拢段的原因在于：将以上阶段分离出来后，可以有效的减少收缩、徐变和预应力引起的次内力，使结构受力更合理，能有效的利用预应力。

该桥已竣工验收，2010年10月份正式通车运营，成桥运营照片如图8所示。

图8 成桥运营照片

5 结 语

现代桥梁建设不仅要满足通行的功能要求，造型的美观亦是各方追求的目标，尤其是在景观新区，优美的环境需要人们驻足欣赏。本桥设置拱形梁，线形流畅，线条简洁，造型犹如大雁展翅预飞，实现了功能与景观的完美结合。在桥施工中，较多考虑用定型模板，保证整体外观造新，确保了施工质量。文中介绍的拱形连续刚构桥是中小跨径景观桥梁的较好选择，可为同类桥梁设计提供参考。