箱梁底板病害防治措施.doc

贵阳市黔春桥2×85m T型刚构的设计 肖春，李旭彪 (中国市政工程西北设计研究院有限公司贵州分院，贵州贵阳，550004) 摘要：本文主要介绍了贵阳市黔春桥2×85mT型刚构的桥跨布置、结构设计、结构计算及设计施工中应注意的问题等，为同类桥梁的设计提供参考。 关键词：T型刚构；桥跨布置；曲线桥；预应力；悬浇施工 1 概述 黔春大桥位于贵阳市北京西路上，平面呈近东—西向设置，依次跨越黔春大沟、在建黔春路、川黔铁路。全桥分为左、右2幅，沿左、右幅桥桥梁中心线的跨径布置均为5×35m（简支转连续装配式箱梁）+2×85m（T型刚构）。 图1 桥型布置图 如图1所示，黔春大沟宽约10m，与道路中心线夹角约76º；在建黔春路宽13m，与北京西路道路中心线夹角76º；川黔铁路桥下共5股铁轨，净宽约29m，与北京西路夹角约80º。结合桥位处地形起伏较大、岸坡稳定性较差等特点，经与铁路管理、城市规划等部门协商，将主桥桥型确定为2×85m T型刚构，上部结构采用悬浇施工。 本桥于2009年1月开工，2009年12月31日建成通车，如图2所示。 图2 主桥成桥照片 收稿日期： 作者简介：肖春（1982— ），男，湖北武汉人，工学硕士，工程师，从事桥梁工程设计工作。 2 地质水文条件 场区位于贵阳岩溶盆地西侧，属剥蚀、侵蚀性低山河谷—斜坡地貌类型。桥址区地形总体为东西两侧高中间低，中部为黔春大沟，为区内地形最低地段。左右两侧为斜坡地形，坡度20°～50°不等。环境地形标高为1078.50～1129.00m，地形高差达50.0m以上。 桥址区内未见崩塌、地面塌陷、土洞、液化土体等不利于建筑的地形、地貌及地质构造。虽拟建大桥跨越滑坡、边坡，但已支护处理。6#桥墩位于黔春路西侧滑坡体后沿、7#桥台位于川黔铁路西侧边坡坡顶。各墩台基础以泥岩、泥灰岩和砂岩夹泥岩为持力层。 场区为地震基本烈度6度区。 场地所处环境类别为Ⅱ类湿润、半湿润区，场地内地下水对混凝土、混凝土中钢筋及钢结构具有弱腐蚀性。黔春大沟污水对混凝土无腐蚀性,对砼中钢筋及钢结构具弱腐蚀性。 3 技术标准 1、道路类别：城市主干路—I级，设计车速：60km/h。 2、平曲线：道路中心线位于半径R=1500m的圆曲线上，左幅主桥中心线位于半径R=1510m的圆曲线上，右幅主桥中心线位于半径R=1490m的圆曲线上。 3、安全等级：一级，重要性系数1.1；桥梁结构设计基准期100年；环境类别为II类。 4、设计荷载：公路-I级，人群：3.5kN/m2。 5、桥面纵坡：主桥前半部分的纵坡位于R=30000m的竖曲线上，后半部分的纵坡为3.732%。 6、桥面横坡：主桥车行道均为单向1.5%横坡，人行道为单向2%横坡。 7、桥宽：主桥分为左、右2幅，单幅桥宽15m=2.5m（人行道）+12m（车行道）+0.5m（防撞护栏）。 8、桥下净空:黔春路净高≥5m，川黔铁路净高>8米。 9、地震动峰值加速度：0.05g（按6度设防）。 10、河道通航标准：黔春大沟不通航。 4 结构设计 4.1 上部结构 箱梁0#段长12m（包括6#墩两侧各外伸3m），每个主墩“T”构纵桥向划分为16个对称梁段，边跨现浇段长12.42m。梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为12m(0#段)，6×3.5m，5×4m，5×4.5m，3.0m(合龙段)，累计悬臂总长69.5米。1#～16#梁段采用挂篮悬浇施工，悬浇梁段最大控制重量2116KN(1#段)，挂篮设计自重800KN。 （1）箱梁宽：箱顶宽15.0m，底宽8.0m，悬臂长度3.5m。 （2）箱梁高及梁底变化曲线：箱梁高度（梁高以箱梁中心线计）在主墩与箱梁相接的根部断面梁高为8.0m，现浇段和合拢段梁高均为3.2m。其余梁底下缘按1.5次抛物线变化，变高梁段长度66.5m。 （3）顶、底板厚度 顶板厚度：除6#墩身范围内的0#梁段为0.5m、5#、7#墩顶梁端支承截面为0.7m外，其余为0.28m。箱梁顶面设单向1.5%的横坡，顶板斜置，底板平置，横坡通过调整左、右侧腹板高度实现。 底板厚度：6#墩身范围内的0#梁段为1.2m，合拢段为0.32m，根部至合拢段按1.5次抛物线由1.2m渐变至0.32m，5#、7#墩顶梁端支承截面0.72m，边跨现浇段从0.32m渐变至0.72m，按直线变化。为保持箱内干燥，在箱梁根部区段底板上设直径10cm排水孔。为方便运营期间人员及机具进入箱梁，在7#桥台侧主梁现浇段的底板设直径0.8m的人洞，由于5#主墩较高不在5#主墩侧底板设置人洞。 （4）箱梁腹板厚：6#墩身范围内的0#梁段为1.0m，1#～8#梁段为0.7m，10#梁段～16#梁段为0.5m，9#梁段腹板厚度为0.7～0.5m按直线渐变，合拢段为0.5m，边跨现浇段18#～19#梁段为0.5～0.7m按直线渐变。0#～16#等悬浇梁段的腹板上均设抗剪齿口。在各节段截面高度1/2位置腹板设直径10cm通气孔。 （5）横隔板：在0#梁段设横隔板，横隔板顶、底面厚度均为1.0m。为方便后期维护，在横隔板上设1.5×2m人洞以方便运营期间人员及机具进出。 图3 箱梁构造图 图4 箱梁横断面布置 4.2 箱梁预应力布置 主桥箱梁为三向预应力构件，纵向钢束分为顶板悬浇束、腹板悬浇下弯束、边跨顶板连续束、边跨底板连续束共4种型式。顶板悬浇束均采用M15-22，0#～8#梁段腹板悬浇下弯束锚具均采用M15-22，9#～16#梁段均采用M15-19，边跨顶板连续束及边跨底板连续束均采用M15-22。纵向钢束均采用两端张拉。 为确保结构在运营期出现病害而有补救措施，顶板悬浇束及边跨底板连续束均设置1束备用束，规格均为M15-22。备用钢束不张拉也不灌浆，锚头进行防护，长期保留，运营出现异常情况再启用备用束。 顶板的横向预应力采用BM15-3扁锚体系，间距为0.5m。采用为保证0#梁段横隔板不出现裂缝，0#梁段横隔板横向预应力采用BM15-2扁锚。横向预应力张拉控制应力均为1395MPa，均采用单端张拉方式，张拉端与锚固端交错布置。 0#～8#梁段竖向预应力采用BM15-2体系，张拉控制应力为1395MPa，采用梁顶一端张拉方式，在墩梁固结处竖向预应力埋入墩柱的最大长度为5m。9#梁段～现浇段的竖向预应力采用JL32精轧螺纹钢筋，YGM32锚具，张拉控制应力为0.9×930=837MPa，采用梁顶一端张拉方式，精轧螺纹钢筋可作为挂篮的后锚支点。施工时对不少于5%的精轧螺纹钢筋设测力环，并用扭矩扳手做扭力测定，且竖向预应力采用二次张拉工艺完成。横、竖向预应力一般滞后纵向预应力2个节段张拉。 端横梁为普通钢筋混凝土构件。 4.3 下部结构 Z5#、Y5#分联墩均采用实心独柱花瓶墩，墩高均为41.5m，墩底为2.5×4m矩形截面，承台厚度为3.0m，单个桥墩共4根桩径1.8m的扩底桩，桩底直径增大至2.5m。 Z6#、Y6#桥墩均采用双肢薄壁墩，墩身为1.4×8m的实心矩形截面，墩高均为12m，承台厚度为5.0m，单个桥墩采用6根桩径2.3m的扩底桩，桩底直径增大至3.0m。 Z7#、Y7#桥台均采用U型桥台，承台厚度均为2.5m，单个桥台采用2×3=6根桩径1.8m桩基。 主桥各墩台桩基均为人工挖孔桩，均按嵌岩桩设计。 4.4 主要材料 C55砼：T型刚构箱梁 C40砼：6#主墩墩身 GPZ(II)8DX/SX支座：5#墩及7#桥台处梁底支座 聚丙烯腈纤维网：在箱梁0#～9#节段需在混凝土中掺入聚丙烯腈纤维网，用量为1kg/m3。 带肋钢筋网：为防止箱梁底板裂缝，在箱梁0#～6#节段底板设φ6mm带肋钢筋网，间距10×10cm。 4.5 上部结构施工方法 主桥1#～16#节段采用挂篮悬浇施工，现浇段采用支架施工，5#桥墩处支架高约40m，为保证支架的稳定，搭设支架时将支架与5#桥墩墩柱连接。 5 结构分析 5.1 计算说明 左、右幅桥均位于曲线上，左幅桥桥面中心线的的半径为1510m，右幅桥桥面中心线的曲线半径为1490m均较大，因此左、右幅桥均按直桥计算。 纵桥向按全预应力构件设计，箱梁横向框架按A类预应力构件设计。 5.2 纵桥向有限元荷载工况 采用《桥梁博士V3.2》对主桥进行施工、运营期间的静力计算，采用《Midas Civil2006 v7.20》进行静力复核及动力计算。主要荷载工况如下： （1）预应力砼自重为26KN/m3，钢筋砼自重取25KN/m3，沥青砼自重取24KN/m3。将端横梁、0#梁段横隔板自重作为集中力加载于主梁上。对可能的过桥管线重量取为10KN/m。 （2）汽车荷载为公路—I级，单幅桥按三车道计算，考虑车道折减。 （3）汽车制动力及冲击力按《公桥规》[1]计算。 （4）根据《公预规》（JTG D62-2004）[2]第4.2.3条计算箱梁在腹板两侧上、下翼缘的有效宽度。 （5）钢束的孔道摩阻系数μ和偏差系数k分别取值0.17、0.0015。 （6）收缩徐变：收缩徐变时间10年，环境相对湿度80%，收缩徐变影响力按《公预规》（JTG D62-2004）[2]计算。 （7）各墩台不均匀沉降均按2cm考虑。 （8）按升温24℃、降温18℃考虑。 （9）桥面沥青混凝土铺装层厚度为7cm，按照《公桥规》（JTG D62-2004）[1]表4.3.10-3，桥面板局部升温17.6℃，局部降温6.2℃。 5.3 纵桥向应力计算结果 (a)上缘截面最大与最小正应力 (b)下缘截面最大与最小正应力 图5 主梁单元正常使用极限状态荷载短期效应组合应力表 如图5所示，主梁各单元正常使用极限状态荷载短期效应组合主梁单元上缘最大正拉应力为0.5MPa，由于梁端及墩梁固结处受力较复杂，可认为拉应力满足要求；下缘均无正拉应力，满足规范要求。 (a)上缘截面最大与最小正应力 (b)下缘截面最大与最小正应力 图6 主梁单元正常使用极限状态荷载标准值组合应力表 如图6所示，正常使用极限状态荷载标准值组合主梁单元上缘最大正压应力为17.7MPa，下缘最大正压应力为11.2MPa，均小于17.8MPa，满足规范要求。 6 设计及施工需注意事项 6.1 箱梁底板病害防治措施 近年来，一些连续刚构桥在施工过程中出现底板纵向裂缝、底板钢束崩出、底板混凝土劈裂等破坏形式，主要原因在于底板钢束为曲线，张拉时较大的向下径向力易对底板产生破坏[5]。 为保证底板不出现纵向裂缝，对底板进行横向计算，除考虑自重、二期恒载、车辆荷载、人群荷载、收缩徐变、整体升降温、箱梁内外温差等作用外，还考虑了底板预应力钢束径向力的作用，计算结果显示底板上、下缘截面的纵向裂缝宽度均满足规范要求。 为保证施工期间底板钢束不崩出，设置了底板防崩钢筋，如图7所示。防崩钢筋采用直径12mm的R235钢筋，纵向间距20cm，布置于梁高变化段的底板。 为保证底板混凝土不出现劈裂破坏，在底板设置复合箍筋以加强底板的抗剪能力及整体性，如图8所示。施工过程中未出现底板纵向裂缝、底板钢束崩出、底板混凝土劈裂等破坏。 图7 底板防崩钢筋构造 图8 底板复合箍筋构造 6.2 临时合龙束的张拉力的控制 主梁合龙过程中，若顶、底板临时合龙束的张拉力过大，可能会对合龙段劲性骨架造成强度或稳定性破坏。为保证劲性骨架的强度及稳定性，通过计算确定了顶、底板临时合龙束的合理张拉力。 7 结语 1、大跨T型刚构桥适用于岸坡稳定性较差的山区地形，跨越能力强，且具有良好的结构力学性能。 2、主桥平面位于半径较大的圆曲线上，将主桥假定为直桥进行计算，可满足工程精度的要求。 3、T型刚构底板钢束对底板产生较大的径向力，可能会对底板造成破坏，需验算底板截面裂缝、布置底板防崩钢