李加柱

摘 要：预应力混凝土连续刚构桥由于具有较好安全性、经济性、实用性是目前大跨径桥梁中的主要桥型，这种结构形式抗震性能好、结构整体性强，尤其适用于高陡丘陵等复杂地形。本文结合国道G323线乳源上围至沙坪段改建工程--鸭麻湖大桥主桥的结构设计思路来探讨该类桥梁的设计流程和设计要点，可为同类建设条件下的桥梁设计提供参考。

关键词：连续刚构桥;高陡丘陵;桥梁设计

中图分类号：U448.23 文献标识码：A

0 引言

山区丘陵复杂地形地质情况下，桥梁主桥方案在满足功能要求的前提下，重点突出结构的安全性、经济性、实用性，设计时应结合桥位处建设条件，进行多方案充分比较，侧重于采用技术成熟，便于施工和养护成本低的桥型，以使大桥顺利、尽早地投入使用，同时力求造型美观，布局合理，使大桥与周围的景观协调。基于此，连续刚构桥成为重点考虑方案。

1 工程概况

国道G323线乳源上围至沙坪段改建工程全段位于广东省韶关市乳源县西南部，线路全长39.606 km。处于地形条件非常复杂的高山峻岭地区，沿线地势起伏，山体表面植被茂密。鸭麻湖大桥桥位地处高陡丘陵，跨越丘陵间谷地、省道S258线及溪流。该项目为二级公路，设计速度40 km/h，桥梁标准宽度为0.5 m（防护栏）+9 m（行车道）+0.5 m（防护栏），弯道桥梁加宽。地震动峰值加速度为0.05 g。

2 主桥结构设计

2.1 总体设计

鸭麻湖大桥桥跨组合为6×25+2×40+（75+135+75）+25 m，桥梁全长545.6 m，本桥位于A=108缓和曲线及R=260 m圆曲线上。上部结构采用25 m先简支后桥面连续小箱梁，40 m预应力砼先简支后连续刚构T梁，主桥跨越大潭河采用75+135+75连续刚构箱梁;下部结构主墩采用矩形薄壁空心墩，主墩基础采用承台+群桩基础。

2.2 主桥上部结构设计

主桥上部结构采用（75+135+75）m PC连续刚构，主梁采用C55混凝土，全桥宽10.0 m，采用单箱单室箱形断面，其中箱宽6.0 m，两侧翼缘板悬臂长2.0 m。主梁根部梁高为8 m，高跨比为1/16.875，跨中及边跨端部梁高为3.3 m，高跨比为1/40.9。主梁按照3.5 m、4.5 m、5.0 m分段，共分为18种梁段，梁高变化采用2次抛物线H（m）=1.129 74×10-3x2 +3.3，梁高H系箱梁中心处高度，主梁横坡由腹板高度调整，底板保持水平，顶板横向设置2%的横坡。

主梁采用双向预应力体系，包括纵向预应力和竖向预应力。主梁按全预应力构件设计。纵向顶板预应力钢束采用φs15.2-17、φs15.2-19、φs15.2-22 mm高强低松弛钢绞线，纵向腹板采用φs15.2-17、φs15.2-19钢绞线，边跨底板采用φs15.2-17钢绞线，中跨底板采用φs15.2-22钢绞线。钢绞线抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa。顶板钢束布置以平弯线型为主，锚固端附近采用局部竖弯;腹板钢束布置在锚固端附近，局部采用竖弯;底板钢束采用平、竖弯结合布置。

竖向预应力钢筋布置于腹板，采用φs15.2-3 mm高强低松弛钢绞线，在顶板上进行单端张拉，采用二次张拉工艺。预应力管道均采用塑料波纹管，纵向管道内径分别为φ90、φ100、φ120 mm，竖向管道内径φ50，采用真空压浆工艺灌浆。

2.3 主桥下部结构设计

下部结构主墩采用薄壁空心墩，墩身采用单箱单室截面，纵桥向宽4.0～5.0 m，对应壁厚0.6～1.1 m，横桥向宽与上部箱梁箱宽相同为6.0 m，对应壁厚为0.8～1.8 m。主墩采用C40混凝土。

承台平面尺寸为12.4×8.0 m，厚为4.0 m。主墩基础采用46根φ160 cm钻孔灌注桩，采用嵌岩桩设计，桩底沉渣厚度应不大于5 cm。采用C30水下混凝土。

3 设计要点分析

3.1 主桥桥型选择

由于桥位区地貌属山间谷地与低山丘陵地貌类型，地形起伏大，地面标高在160.0～270.0 m之间，首先结合地形、桥梁墩台尺寸、墩高以及桥位处溶洞发育等情况综合考虑，找到合适的主墩落墩位置，初步确定主跨跨径宜为100～200 m，对应可采用的桥型有连续刚构、连续箱梁、矮塔斜拉桥、拱桥等。从安全、经济、耐久性和美观四方面对四种桥型进行比较分析，结果如下表。

根据上述对比并结合该项目的建设条件，在保证结构安全可靠的基础上，连续刚构桥施工工艺成熟，建设成本低，后期维护费用少是最适合的桥型方案。

3.2 桥跨布置的选择

鸭麻湖大桥桥位处于高陡丘陵，桥梁采用的跨径不宜过小，否则桥下墩柱林立，视野局狭，影响美观。并且桥位区属于溶洞发育区，较多的墩台桩基会导致施工风险增加，同时影响施工進度。因此此类桥梁的桥跨布置需结合地形、地质情况，灵活应用桥梁技术指标对主桥跨径布置进行优化，以降低施工难度和工程造价。

3.3 下部结构形式的选择

连续刚构桥体系由于受到温度变化、混凝土收缩、徐变及汽车制动力的影响，会使桥梁上部结构产生水平位移，因此桥墩在满足支承上部结构重量、活载和稳定的要求之外，还要具有一定的柔度。对于连续刚构，主墩常采用单薄壁墩或双薄壁墩。采用的桥墩形式主要考虑以下几个方面：

第一，桥墩柔度。桥墩高度与固定跨长之比是判断能否采用连续刚构桥的指标之一。根据统计，连续刚构桥的桥墩高度与固定跨长之比回归值为1/8，对于双薄壁连续刚构桥不一定受此限制，可调节双薄壁的双壁间距和壁厚，以适应固定跨长较大的场合。通常桥墩高度不应小于L/10，在桥墩较低情况下必须采用柔性墩身[1]。

第二，满足施工中可能的不平衡重量的要求。

第三，满足承台基础平面尺寸尽量小的要求。

如果单薄壁墩能满足上述第一、二条要求，应优先考虑单薄壁墩，因为单薄壁墩的承台尺寸可远小于双薄壁墩。

4 问题及对策

4.1 大跨度连续刚构桥存在的问题

当前，大跨度连续刚构桥存在的主要问题有以下几点：

（1）箱梁开裂，包括腹板剪切裂缝—由于截面尺寸设计不合理，竖向预应力不足导致;底板纵向裂缝—由于底板钢束较多，径向力引起过大的横向弯曲变形导致跨中底板崩裂;顶底板横向裂缝—由于纵向预应力不足导致。

（2）跨中下挠，主要由混凝土收缩徐变、设计配束偏少预应力强度偏低及对长期预应力损失预估不足导致。

（3）桥墩刚度不足，上区大跨连续刚构桥多为高墩主桥，风荷载较大，桥墩横向刚度不足导致桥梁横向位移较大影响行车舒适及行车安全。

4.2 设计对策

针对以上工程中出现的问题，设计从以下几方面考虑：

（1）箱梁构造尺寸如梁高、梁底抛物线、腹板厚、0#块尺寸等都需根据计算合理确定，合理的尺寸选择是桥梁的安全保障。结合大量工程实践，箱梁根部梁高取值L/16～L/17，跨中取L/40～L/50較为合理;当L<150 m梁底宜采用2次抛物线，L≥150 m宜采用1.8次抛物线[2]。腹板厚度需要满足构造要求又要有足够得空间放置预应力筋，根据跨径一般选择65～90 cm，根部到跨中腹板厚度利用1～2节段渐变过渡，尽量减少恒载引起的弯矩。

（2）应设计合理的腹板下弯钢束，使下弯束覆盖全梁高范围，在全梁高范围提供竖向预压应力，防止预应力不足导致的腹板开裂。

（3）在设计过程中应充分预估预应力筋的应力损失及施工偏差，提高安全储备，在不考虑竖向预应力的情况下，纵向预应力应满足主拉应力的需求并留有足够的应力富裕。竖向预应力采用二次张拉锚固体系，控制应力损失。

（4）应加强细节构造的设计，采用增加跨中横隔板、底板钢束增加U型筋等方法控制跨中底板的横向弯曲变形。

（5）山区连续刚构桥高墩的设计应特别关注桥墩横向刚度的问题，应根据《公路桥梁抗风设计规范》的要求对桥梁的风振加速度指标进行验算，进而达到控制桥墩墩顶横向位移的目的。

5 结语

预应力混凝土连续刚构桥常用于大跨径及山间重丘地带，桥梁的安全性和耐久性设计尤为重要，本文结合国道G323线乳源上围至沙坪段改建工程--鸭麻湖大桥的桥梁设计方案，探讨了连续刚构桥主桥的上下部结构设计要点、桥型桥跨的选择、设计存在的问题及应对策略，为同类桥梁的建设积累了宝贵经验。

参考文献：

[1]魏涛多跨连续刚构桥的设计参数分析及研究[D].长安大学，2010.

[2]郝晓光，杨未蓬，唐辉.超高墩大跨度刚构-连续梁桥抗震性能研究[J].世界桥梁，2020（4）：35-39.