1、分节段施工大跨径变截面预应力混凝土连续箱梁桥的设计摘要：以港珠澳大桥珠海连接线工程南琴路高架桥主桥为例，介绍了分节段施工大跨径变截面混凝土连续箱梁桥的设计，并作了结构静力分析，总结了几条设计经验，为类似桥梁设计提了参考。 关键词：分节段施工；变截面；连续箱梁；设计 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 港珠澳大桥珠海连接线工程是港珠澳大桥的重要组成部分，项目起于珠澳口岸人工岛，向西设拱北湾大桥、拱北隧道，沿鸭涌河西行，经茂盛围军事管理区，在昌盛大桥和前山河水闸之间设前山河特大桥跨越前山河，经中富工业园上跨南湾大道设南湾互通立交，从竹仙洞水库东南侧前行，设南湾隧道，经银
2、坑水库以西穿越将军山，在连屏工业区上跨南琴路洪屏段设横琴北互通立交，在珠海保税区北侧沿南琴路洪屏段两侧绿化带设南琴路高架桥继续西行至本项目终点洪湾，与西部沿海高速公路月环至南屏支线延长线连接，设洪湾枢纽互通。路线全长13.391km，主线隧长 6.204m/2 座，桥长 5429.794m/2 座，互通 4 座。 南琴路高架桥左右幅分离，主桥位于左幅起点处，跨径布置（40+260+40）m，是为跨越保税区北门设置的变截面预应力混凝土连续箱梁桥，花瓶式桥墩、钻孔灌注桩基础；引桥上部采用装配式预应力混凝土分体小箱梁及现浇预应力混凝土连续箱梁，下部采用花瓶式桥墩、钻孔灌注桩基础，主桥桥型布置如（图
3、1） 。 2 主桥箱梁设计 2.1 结构尺寸拟定 主桥上部为（40+260+40）m 四跨一联预应力混凝土变截面连续箱梁，单箱三室截面（如图 2） 。箱梁顶板宽 15.75m，底板宽 10.75m，悬臂宽度 2.5m；根部梁高 3.8m，跨中梁高 2.6m，梁高从跨中至主墩处按二次抛物线变化；顶、底板厚度 25cm，在横梁处 5m 范围内变化至 45cm；正常段腹板厚 50cm，节段施工缝至横梁处腹板厚 90cm，在横梁处及箱梁后浇节段距施工缝 1.5m 处，腹板厚度在 5m 范围内由 50cm 变化至 90cm；梁端设 1.5m 端横梁，墩顶设 2.5m 中横梁（如图 3） ；横桥向底板保持
4、水平，调节腹板高度使箱梁顶面形成 2%横坡； 图 1 主桥桥型布置图（单位：cm） 图 2 箱梁断面图（单位：cm） 图 3 箱梁一般构造图（单位：cm） 2.2 预应力设计 按部分预应力 A 类构件设计，箱梁纵向预应力（见图 4）采用13s15.2 和 11s15.2 的钢绞线，其中中跨采用 13s15.2，边跨采用11s15.2，钢束张拉控制应力 k=0.75Ryb，设计张拉吨位分别为252.1t、213.3t；预应力钢束采用大吨位群锚体系，梁端采用张拉端锚具锚固，节段施工缝处采用连接器接长；预应力管道采用塑料波纹管，真空压浆技术，以确保灌浆质量，提高材料耐久性；箱梁断面上，每个腹板内每束
5、钢束布置 2 束；张拉方式除第 2 跨两端张拉外，其余均单端张拉。 2.2 施工设计 图 4 箱梁预应力钢束布置图（单位：cm） 预应力混凝土连续箱梁桥施工方案，通常采用满堂支架整体现浇，跨度较大时采用挂篮悬臂浇筑，但前者一般适用于桥梁联长不长的情下，后者又需要价格较为昂贵的挂篮设备，且梁体分成较多的施工节段，不仅增加了锚具及张拉设备的数量，也大大增加施工工期。本桥一联四跨长达 200m，若满堂支架整体现浇，一则需要支架数量多，临时工程费用高；二则桥下南琴路交通量较大，不宜长期占用；三则一次性浇筑工作量大，不利于质量控制；四则钢束张拉长度大，预应力损失多，容易导致桥梁后期运营较大下挠；再则，若
6、挂篮悬臂浇筑， 3 个 T 构，需 6 对挂篮，很不经济； 因此，本桥采用分节段满堂支架现浇，共 4 个施工节段（见图 3） ，施工缝设在距离主墩 L/5 处（恒载弯矩零点） ；即第一施工节段为第 2 跨，向第 1 跨方向延伸 8m，向第 3 跨方向延伸 12m，节段长度 80m；第二施工节段第 3 跨，向第 4 跨方向延伸 8m，节段长度 56m；第三施工节段为第1 跨，第四施工节段为第 4 跨，节段长度均 32m。 本施工过程为：1、完成下部结构包括桩基、承台、桥墩；2、搭设第一施工节段满堂支架， 按 120%节段重预压，预压时间不得小于 7 天，且最后 7 天支架沉降量不得大于 3mm；
7、准确测定立模标高，根据计算预拱度调整标高并架立模板；绑扎钢筋，浇筑该节段箱梁混凝土；进行混凝土养生，待混凝土强度及弹性模量达到设计值的 90%以上且养生时间不少于 7 天，拆除模板，张拉本节段预应力钢束，并对管道压浆；徐徐拆除本节段施工支架，做好沉降与变形的观测；3、按照步骤 2 完成第二四施工节段的施工。 2.3 结构静力分析 结构静力分析采用 Midas Civil 2006，按照空间梁单元分析，全桥共离散为 177 个单元、178 个节点，施工过程模拟为 5 个施工阶段和 1 个运营阶段；荷载包括：结构自重，混凝土容重取 26.25kN/m3；预应力；护栏；桥面铺装，铺装厚度 10cm，
8、考虑到铺装不均匀及后期加铺，计算按 12cm 计；汽车活载，按 4 车道公路I 级计算，并考虑 1.15 偏载系数；支座不均匀沉降，按 1cm 考虑；温度荷载，整体升温 40C、降温 20C，梯度正温差 14C-5.5C-0C，反温差7-5.5C-0C；混凝土收缩徐变，按 10 年考虑； 结构静力分析按照施工阶段和运营阶段分别验算，运营阶段主要荷载组合如下（表 1） 。 表 1 主要荷载组合 组合名称 荷载组合 组合 I 结构自重预应力二期恒载收缩徐变沉降公路 I 级整体升温梯度升温 组合 II 结构自重预应力二期恒载收缩徐变沉降公路 I 级整体降温梯度降温 箱梁混凝土等级为 C50，轴心抗压
9、强度标准值 fck=32.4MPa，轴心抗拉强度标准值 ftk=2.65MPa。结计算表明，施工阶段截面最大压应力10.6MPa0.7fck= 22.68MPa，最大拉应力 1MPa0.7ftk=1.855MPa；运营阶段截面最大法向压应力 15.1MPa0.5 fck=16.2MPa；短期组合截面最大法向拉应力 0.53MPa0.7ftk=1.855MPa，长期组合不出现法向拉应力；短期组合截面最大主拉应力 0.53MPa0.5ftk=1.325MPa；使用阶段正截面抗弯承载能力，跨中截面最大弯矩 0Md=181367kNmMu=203858kNm；使用阶段斜截面抗剪承载能力，根部截面最大剪
10、力0Vd=22084kNVu=28076kN；可见箱梁施工阶段及使用阶段受力均满足规范要求。 3 结束语 分节段施工是近来出现的一种实用施工方案，具有广阔的应用前景。本文从设计的角度发出，介绍了采用这种施工方案桥梁的一般设计方法，得出以下几点经验体会： （1） 、结构尺寸的拟定，如箱梁截面高度、顶底板厚度等，与常规方案施工的桥梁基本一致，但在构造上有更多的要求，如节段施工缝处，常常需要将腹板加厚，以满足钢束锚固的需要。 （2） 、施工节段的划分方式非常灵活，可以一跨划为一个施工节段，也可以多跨划为一个施工节段，应综合考虑施工工期、支架和模板周转数量、预应力钢束张拉长度等因素，合理划分；另外施工
11、缝的位置，应尽量选择在恒载作用下梁体的弯矩零点附近。 （3） 、预应力钢束配束，与常规施工方案的桥梁基本一致，但应注意节段施工缝处钢束采用连接器接长，因连接器需要较大的放置空间，且其下需要较长的钢束平直段，所以节段施工缝处钢束的竖向弯起角度不宜太大；另一方面，节段施工缝通常设在弯矩零点附近离桥墩位置较近，往往存在较大的大剪力，若钢束弯起角度太小，又不足以克服剪应力，节段施工缝处会产生较大的主拉应力，且常常控制设计，因此需要反复调节钢束弯起角度。 （4） 、结构受力分析方面，按该方案施工的桥梁通常会有多次结构体系转换，结构的最终内力与施工过程密切相关，所以结构受力分析应当尽量模拟出施工步骤。 （
12、5） 、构造要求，尤其在节段施工缝处需要加强，通常在节段施工缝处设置抗剪齿口以增强新老混凝土的结合；箱梁纵向主筋应预留足够的锚固长度，以便与后浇筑节段主筋进行绑扎或焊接；箍段在节段施工缝前后应进行加密，加密段长度宜大于一倍梁高。 参考文献 1 JTG D62-200，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，人民交通出版，2004. 2 JTJ 041-2000，公路桥涵施工技术规范，人民交通出版社，2000 3 范立础，桥梁工程，人民交通出版社，1996. 4 杨高中，连续刚构桥在我国的应用和发展，人民交通出版社，1998 5 张继尧、王昌将，悬臂浇注预应力混凝土连续梁桥，人民交通出版社，2004. 6 刘美兰，midas Civil 在桥梁结构分析中的应用 1，人民交通出版社，2012.
