李莉

（上海市政工程设计有限公司，上海市 200438）

0 引言

后张法预应力混凝土小箱梁近年来以施工方便、跨径布置灵活、梁高低等优势在工程中得到广泛应用。本文主要介绍S3 公路（周邓公路—G1503 公路两港大道立交）新建工程（上海市）中小箱梁的运用情况。

1 工程概况

S3 公路作为上海市高速公路网的重要组成部分，是上海市东南部结构性射线骨干道路，是市域东南片区出省的快速通道，也是中心城区通往浦东新区、临港新城、奉贤区及杭州湾北岸经济带的连接通道，如图1 所示。

图1 S 3 公路地理位置图

S3 公路（周邓公路—G1503 公路两港大道立交）新建工程全长约26.6 km。其中主线标准桥宽以25.5 m、32.0 m 为主；匝道以8.0 m、10.0 m、12.0 m 为主。整个工程高架规模大，节点复杂。选用经济合理，施工便捷适用性强的上部结构直接影响到整个工程的造价及工期。

2 小箱梁结构与其它结构型式比选

经过对各种上部结构的比选，依据安全、适用、经济、美观、环保、耐久、快速施工等设计原则，比选情况详见表1。

表1 高架桥梁基本结构型式综合比选表

考虑到该工程桥梁标准宽度、桥墩间距、桥梁高跨比、宽跨比等，采用30 m 作为高架桥梁的基本跨径。先简支后连续体系，一般3～4 跨一联。

3 小箱梁结构设计

3.1 断面布置

S3 工程中有25.5 m、12 m、10 m 等断面宽度，其中主线高架25.5 m 标准桥宽横断面由6 片小箱梁组成，梁距4.287 m，如图2 所示；匝道12 m 标准桥宽由3 片小箱梁组成，梁距3.968 m，如图3 所示；匝道10 m 标准桥宽由3 片小箱梁组成，梁距3.118 m，梁间通过0.25 m 宽超高性能混凝土（UHPC）湿接缝横向连接，如图4 所示。

图2 B=25.5 m 小箱梁断面（单位：mm）

图3 B=12 m 小箱梁断面（单位：mm）

图4 B=10 m 小箱梁断面（单位：mm）

3.2 结构设计

（1）依据断面需求，小箱梁分为两大类型，一种是底宽1.2 m，另一种是底宽1.5 m 小箱梁。底宽1.2 m小箱梁适用于桥宽B=10 m 及立交匝道变宽断面；其余断面均采用底宽1.5 m 小箱梁，跨中断面如图5 所示。

图5 小箱梁断面（单位：mm）

工程中小箱梁预制梁高统一采用1.6 m，顶板厚0.2 m，底板跨中厚0.2 m，支点处加厚至0.3 m；腹板跨中厚0.19 m，支点处加厚至0.32 m；挑臂厚0.25 m。梁纵向设置3 道横隔梁，分别位于跨中和梁端。

（2）顶板负弯矩钢束配置如图6 所示，参数详见表2。

图6 小箱梁墩顶负弯矩断面示意图（单位:mm）

表2 顶板负弯矩钢束配束表

（3）纵向钢束配置如图7 所示，仅示31 m 跨配束，参数详见表3。

表3 纵向钢束配束表

图7 小箱梁纵向钢束跨中断面示意图（单位:mm）

（4）该工程中小箱梁不带横坡预制，以小箱梁中心点为基点，整体转动实现不同横坡的需求，方便小箱梁的预制。梁底设置钢板实现双向水平，如图8所示。

图8 小箱梁安装示意图

（5）小箱梁跨中等高断面采用2 m 模数，与模板的模数统一。为减小混凝土指标，顶板厚度为0.2 m，顶板内钢束采用15.20-3，满足锚垫板及锚固区混凝土抗压强度的要求。边梁挑臂等厚设置，更便于矢高预制。

（6）湿接缝采用两种形式，梁间0.35～0.45 m 宽湿接缝采用C60 无收缩混凝土横向连接；梁间0.25 m宽采用超高性能混凝土（UHPC）横向连接。梁间0.35～0.45 m 宽湿接缝设置上宽下窄梯形缝，增加混凝土接触面，减少模板用量，便于施工。相邻小箱梁桥面钢筋错开布置，钢筋不需进行现场焊接，如图9 所示。

图9 现浇湿接缝钢筋示意图（单位：mm）

4 计算分析

4.1 设计参数

（1）恒载

一期恒载：钢筋混凝土容重γ=26 kN/m3。

二期铺装：沥青混凝土100 mm，γ=24 kN/m3，钢筋混凝土80 mm，γ=25 kN/m3。

防撞墙：边防撞墙12 kN/m/ 侧，中防撞墙8 kN/m。

（2）汽车荷载

公路-I 级。

（3）预应力

预应力采用高强度低松弛钢绞线，金属波纹管。预应力控制张拉力：锚下控制应力σcon=0.75 fpk（fpk=1 860 MPa）； 预应力钢筋与管道壁的摩擦系数μ=0.23，管道系数每米局部偏差对摩擦的影响系数k=0.001 5。

（4）温度影响

体系升温25℃；体系降温20℃；基准温度15℃；桥面板局部升降温按梯度温度效应计算。升温：T1=14℃，T2=5.5℃；降温：T1=-7℃，T2=-2.75℃。

（5）基础变位影响

纵横向隔墩不均匀沉降L/3 000，L 为跨径，按最不利组合。如根据实际计算沉降量较小时，可按实际计算沉降量取值。

（6）施工工况

计算中考虑的具体施工工况见表4。

表4 施工工况表

由于防撞护栏直接预制在边梁上，因此边梁计算时考虑单侧全部防撞护栏的荷载。铺装按每片小箱梁承担各自桥面面积内的铺装重量计算。

4.2 横向分布系数计算

支点位置横向分布系数的计算采用杠杆法。跨中横向分布系数采用刚性横梁法计算[2]。

4.3 应力控制

小箱梁以A 类预应力混凝土构件进行设计[1]，详见表5。

表5 荷载组合下的应力控制

5 小箱梁在小半径立交范围内的运用

该工程中，共有三个立交节点，24 条匝道，匝道面积15 万m2。立交布置复杂，匝道中心线半径普遍偏小，其中最小中心线半径只有100 m。在立交范围内尽可能多的采用预制小箱梁结构，降低工程造价，缩短工期。

弯桥曲线半径较小，跨径较大时，一是外边梁的翼缘长度（矢高）可能超过标准梁设计的范围，桥面板需重新计算而不能完全利用标准图的桥面板钢筋；二是内边梁的翼缘长度被“吃掉”较多，甚至可能切入梁肋。因此采用梁体整体向曲线外侧平移的处理方式，可解决上述问题，如图10 所示。

图10 小箱梁平移图（单位:mm）

采用梁体整体平移一定距离的方式，将内、外边梁的跨中翼缘长度控制在合理范围内，以便充分利用标准梁的配筋且不触及梁肋本身，使小箱梁结构最大可能的适用于立交匝道范围内。梁体整体平移后边梁最小矢高控制在500 mm 左右，最大矢高控制在1 000 mm 左右。依据以上原则，同时尽量减少平移品种，最终确定了平移方案，平移原则详见表6。

表6 小箱梁平移原则

在此原则上，还需要总体考虑相邻连续墩处平移量一致，保证结构的连续性。梁体平移后，梁体中心线与桥面中心线必然存在差值e，此时下部结构应进行相应变化。可将下部结构整体往梁体平移的方向平移一样的值，使桥墩中心线与梁体中心线对齐，使盖梁挡块位置满足梁体安放的要求。这种处理办法，桥墩盖梁结构无需特殊设计，仅需注意桩位坐标放样及相关高程计算即可。

经过平移优化后，小箱梁可运用于中心线半径≥200 m 的立交匝道，最大跨径布置为30 m，最终小箱梁结构在立交匝道上的使用面积达到7.5 万m2，大大降低了立交范围的造价及施工工期。

6 小箱梁在施工过程中需要注意的问题

（1）为了防止预制梁上拱度过大，及预制梁与桥面现浇层由于龄期差别而产生过大收缩差，存梁期不超过90 d。

（2）为方便小箱梁预制施工，该工程预制小箱梁顶面、底面均按平坡进行设置。施工安装时，按道路横坡进行安装，小箱梁桥面顶板中心平面位置同小箱梁平面布置图。同小箱梁一起预制的边防撞墙，预制时应考虑梁体安装时的旋转角度，在小箱梁按横坡放置后，应保持铅垂状态。防撞墙高度按竖曲线进行预制。

（3）为方便预制，小箱梁顶面不设预拱度，具体处理方法如下：道路竖曲线为凸曲线时，小箱梁预制梁高及沥青混凝土铺装层厚度保持不变；道路设计竖曲线在一跨内的上拱值Δ 通过调整C50 钢筋混凝土铺装厚度实现；C50 钢筋混凝土铺装层在桩号中心线处的厚度为80 mm。当道路竖曲线为凹曲线时，小箱梁预制梁高不变；当竖曲线下凹值绝对值｜Δ｜≤50 mm 时，下凹值Δ 通过调整沥青混凝土和钢筋混凝土铺装层厚度实现；当竖曲线下凹值绝对值｜Δ｜＞50 mm 时，下凹值Δ 通过调整沥青混凝土和钢筋混凝土铺装层厚度、并将小箱梁梁体整体下压实现；沥青混凝土铺装层厚度不应小于85 mm；C50 钢筋混凝土铺装层厚度不应小于45 mm。

（4）小箱梁在预制、运输及安装阶段应采取可靠措施，防止发生倾覆；小箱梁吊装就位后应及时进行可靠的横向连接。

7 结语

通过对上海市S3 新建工程中小箱梁的设计理念和优化思路介绍，希望给设计人员一些参考和启发。如何让常规的预制构件更优化、施工更便捷，并能结合当地的施工技术，更好地发挥出传统构件优势。相信未来随着更多高性能材料的出现，传统桥梁结构能够优化的空间还很大，今后会出现更多结构新颖、造型优美、施工便捷的桥梁结构形式。