剛構(gòu)矮腿連續(xù)Y型墩路橋的設(shè)計(jì)與施工

鄭永祥

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 案例工程概況

案例某龍湖29#路橋橫跨東運(yùn)河，橋長132.2 m，全寬40 m，雙向六車道，50 km/h的設(shè)計(jì)車速。道中線位處850 m半徑的平曲線上。主體結(jié)構(gòu)選用曲線混凝土預(yù)應(yīng)力Y型墩變斷面連續(xù)剛構(gòu)，35+58+35 m跨徑配置，墩位線與道中線正交。

橋梁分為左右兩幅，設(shè)置橋間翼緣板寬1 m的后澆筑帶。橋面橫坡為1.5%雙向，經(jīng)過箱體梁腹板變高完成，橫橋向的箱體梁底為平坡。中跨跨中梁1.7 m高，1/34.1的高跨比；中墩斜腿根部高跨比為1/22.3，梁高為2.6 m，中跨跨中梁高與邊跨橋臺(tái)附近梁高一致，均為高1.7 m。中跨和邊跨的漸變梁高段變化均按圓弧線實(shí)現(xiàn)。

每幅橋箱體梁選用單箱四室斜腹板斷面。人行線側(cè)翼緣板懸臂為2.0 m長，懸臂板端部0.15 m厚，根部0.45 m厚；車行線側(cè)翼緣板懸臂2.0 m長，板厚須適當(dāng)增大，以加強(qiáng)后澆筑帶。懸臂板端部厚0.25 m，根部為0.45 m厚。邊腹板1∶3.5斜度。箱體梁頂板0.25 m厚，腹板0.5～0.7 m厚，底板0.25～0. 5m厚。斜腿頂位置的箱體梁橫梁2.6 m厚，橋臺(tái)邊橫梁1.5 厚，設(shè)置一道中跨跨中厚0.3 m的橫隔板。

Y型墩柱由墩座及斜腿兩部分形成，7.4 m總高度。斜腿是變厚度的矩形實(shí)心截面，其主梁外腹板斜度與橫橋向?qū)挾茸兓疽恢?；為確保景觀功效和受力平順，在交接主梁處，斜腿內(nèi)側(cè)按0.5 m半徑倒圓，外側(cè)按8 m半徑倒圓。為避免斜腿開裂并加強(qiáng)接連主梁，配置鋼束在斜腿中線部位，Y型墩柱的墩座內(nèi)置放鋼束固定端，拉張端則位處中橫梁主梁順橋向倒角區(qū)域。選用矩形片墩形式筑造Y型墩柱墩座部分，順橋向2.4 m厚，橫橋向?qū)挾葷u變與斜腿的漸變一致，斜度基本均等同于主梁外腹板；按半徑2 m倒圓設(shè)計(jì)了墩座與斜腿間內(nèi)側(cè)狀態(tài)，外側(cè)則按半徑3 m倒圓設(shè)計(jì)。依據(jù)場地地質(zhì)狀態(tài)，順橋向配置兩排橋中墩，取摩擦樁型式和63 m樁長設(shè)計(jì)。

2 基本特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 模擬剛構(gòu)矮腿群樁基礎(chǔ)

案例Y型墩僅7.4 m高，墩跨比1/7.8，系屬典型剛構(gòu)矮腿橋，Y型墩抗推剛韌度比較大，帶給結(jié)構(gòu)上部的自由形變約束比較大，結(jié)構(gòu)整體受力明顯受到混凝土收縮徐變和溫度升降影響。群樁基礎(chǔ)是與土相觸接最重點(diǎn)位置，分析比較復(fù)雜，計(jì)算中通常以固結(jié)支承處理將承臺(tái)底。因Y型墩柱相對(duì)矮，若固結(jié)處理承臺(tái)底，在整體溫度升降和混凝土收縮徐變影響下會(huì)造成主梁、墩座和斜腿等構(gòu)件產(chǎn)生比較大的壓拉應(yīng)力，其效應(yīng)超過了汽車載荷和恒載，規(guī)范需求難以滿足，因此很有必要將群樁基礎(chǔ)作為彈塑性支承精確考慮。

設(shè)計(jì)選用了群樁基礎(chǔ)支承剛韌度矩陣，其中包含耦合項(xiàng)，取承臺(tái)底面以上部分建立結(jié)構(gòu)模型，解析群樁基礎(chǔ)互相耦合后和各方向的支承剛韌度常數(shù)，組成一個(gè)空間支承剛韌度矩陣作為承臺(tái)底的彈塑性支承，求解后直接獲取承臺(tái)底的反力開展樁基礎(chǔ)的驗(yàn)算。

從下往上墩土層依次為中砂層、粉砂、粉質(zhì)粘土和粉土，基土比例參數(shù)為m，該參數(shù)一般較難確定取值。依據(jù)公路橋涵基礎(chǔ)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JTGD63-2007中，以8 000～20 000 kN/m4為初定m值；為了進(jìn)一步增加安全性，本研究對(duì)m值進(jìn)行適當(dāng)拓展，分別以5 000、8 000、20 000、和30 000 kN/m4進(jìn)行取值進(jìn)入驗(yàn)算，其結(jié)果具體見表1所示。載荷以1.0恒載+1.0整體降溫+1.0汽車為標(biāo)準(zhǔn)組合。

表1 結(jié)構(gòu)下部對(duì)上部的支承反力

表1數(shù)據(jù)揭示：(1)彎矩和水平反力在固結(jié)承臺(tái)底條件下均最大，依此對(duì)下部結(jié)構(gòu)開展驗(yàn)算，一般難以經(jīng)過計(jì)算；(2)案例整體溫降與恒載引發(fā)的水平彎矩、反力方向一致；(3)彎矩比較大，疊加而非抵消水平反力對(duì)下部結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)，很有必要經(jīng)過調(diào)偏心減少彎矩反力。

Y型墩垂向中心線與分跨線重合，順橋向往中跨跨中方向把樁基礎(chǔ)中心和承臺(tái)偏心調(diào)0.3 m后，結(jié)構(gòu)支承反力中的偏心調(diào)整后的彎矩計(jì)算結(jié)果如表2具體所示。

表2 偏心調(diào)整后的彎矩

表1及表2數(shù)據(jù)揭示，調(diào)偏心對(duì)降低結(jié)構(gòu)所受彎矩有顯然作用。

2.2 基于m值實(shí)測結(jié)果

案例橋系屬有推力的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵參數(shù)m設(shè)計(jì)值；5 000、8 000、20 000和30 000 kN/m4對(duì)群樁基礎(chǔ)開展彈塑性支承剛韌度包絡(luò)運(yùn)算；開展水平靜載單樁實(shí)驗(yàn)，配置了1根同徑值的試樁于中墩承臺(tái)外側(cè)，樁基水平載荷實(shí)驗(yàn)選用中墩群樁基礎(chǔ)承擔(dān)反力墻，開展單樁水平載荷實(shí)驗(yàn)。

依據(jù)建筑基樁JGJ106-2014測量規(guī)范，可獲得不同水平載荷下的m值，具體見表3所示。

表3 實(shí)測推導(dǎo)m參數(shù)值

從表3能夠發(fā)現(xiàn)，本次實(shí)驗(yàn)靜載水平單樁施加1 045 kN最大加荷量，最大水平樁頂39.80 mm移位；m值9 839 kN/m，水平力665 kN。表1數(shù)據(jù)揭示，如果m值取8 000 kN/m，則組合標(biāo)準(zhǔn)下水平最大反力達(dá)7 766 kN，如果12根樁均勻分配，則單樁水平反力是647 kN；理論m值與實(shí)測結(jié)果吻合較佳，但是水平移位實(shí)測結(jié)果相對(duì)大于理論值。

2.3 長節(jié)段支撐架現(xiàn)場澆筑及配束方法

剛構(gòu)連續(xù)Y型墩存在較多施工方法，有相對(duì)典型的方法諸如滿堂支撐架一次筑澆、滿堂支撐架短節(jié)段筑澆、掛籃逐節(jié)段懸臂筑澆等。施工現(xiàn)場具備搭建滿堂支撐架的條件，又因趕工期，所以設(shè)計(jì)選用了長節(jié)段支撐架現(xiàn)場澆筑施工。

主梁施工選用分段筑澆方式，設(shè)計(jì)基本思路為：先構(gòu)成主梁0#塊與Y型墩柱形成的剛架穩(wěn)定三角形結(jié)構(gòu)；然后在支撐架上施工大節(jié)段(即二期梁段)；長度2 m的中跨合龍段最后筑澆，中跨合龍鋼束拉張，構(gòu)成全橋結(jié)構(gòu)。為改善結(jié)構(gòu)受力，減少收縮徐變影響，合龍中跨時(shí)，對(duì)頂兩懸臂端，其對(duì)頂力達(dá)1 500 kN。

設(shè)計(jì)主梁按混凝土預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件，僅配置縱向預(yù)應(yīng)力束，其分為中跨合龍底板束、中跨合龍頂板束、二期梁段腹板束、二期梁段頂板束和0*塊鋼束，鋼束共選用15～9、15～12和15～15三種尺寸。

2.4 主梁0#塊與Y型墩柱斜腿組構(gòu)的三角架

一期主梁段(0#塊)與Y型墩柱的斜腿組構(gòu)的三角架，其混凝土體量大，受力復(fù)雜，是案例施工的關(guān)鍵過程。

考慮到復(fù)雜的Y型墩線形，施工鋼模板選用整體式，外觀質(zhì)量得到保證。Y型墩柱分3個(gè)階段施工：墩座施工為第1階段；斜腿施工為第2階段；主梁0#塊施工為第3階段。兩斜腿間在第2階段施工中垂向設(shè)有螺紋精軋鋼水平拉桿3道，這樣斜腿的水平移位就能夠在施工過程中得到有效抗御。

3 結(jié) 語

案例橋?qū)儆诘湫偷膭倶?gòu)矮腿連續(xù)Y型墩橋，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因橋址區(qū)地質(zhì)非軟弱土質(zhì)，故存在一定難度。橋梁設(shè)計(jì)過程中注意考慮了群樁基礎(chǔ)的彈塑性支承剛韌度，經(jīng)過水平載荷實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了樁基礎(chǔ)抵御水平載荷的能力和地基土水平比例常數(shù)m取值的正確性；采取跨中合龍前對(duì)頂梁段和下部結(jié)構(gòu)調(diào)偏心方法，使結(jié)構(gòu)受力得到很好改善。施工中選用長節(jié)段支撐架現(xiàn)場澆筑施工，工期較短并且受力明確，比逐段懸澆法縮短3個(gè)月左右的工期。