新蓋房樞紐改擴建工程分洪閘交通橋設(shè)計分析

殷建偉

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院集團有限公司，天津 300250）

1 項目概況

1970年大清河北支治理，在新蓋房分別修建引河閘、灌溉閘、分洪閘、分洪堰等水利工程，即新蓋房樞紐，并完成了新蓋房分洪道復(fù)堤工程，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。在40多年的運行過程中，新蓋房樞紐將中小洪水引入白洋淀，減輕新蓋房分洪道下游地區(qū)的洪澇災(zāi)害，同時將洪水送入白洋淀，減少了東淀的泥沙淤積。遇較大洪水時，通過對樞紐的綜合調(diào)度可有效保護(hù)京津兩市、京九京滬鐵路、華北油氣田等重要基礎(chǔ)設(shè)施，以及下游廣大地區(qū)人民生命財產(chǎn)安全。

該樞紐能否安全運行，直接關(guān)系到整個大清河北支防洪安全。2019年6月開始對新蓋房樞紐進(jìn)行改擴建設(shè)計，主要內(nèi)容為原址重建分洪閘、灌溉閘、分洪堰，改建引河閘等，同時注重提升周邊景觀綠化空間，營造樞紐節(jié)點景觀。

分洪閘位于新蓋房分洪道首端，為新蓋房樞紐控制性工程，分洪閘為開敞式水閘，主要由上游防護(hù)段、閘室、交通橋和下游防護(hù)段組成。重建的分洪閘采用合頁壩結(jié)構(gòu)型式，閘中心線與原中心線基本一致，閘室長24.5m，總寬84.5m。因原分洪閘交通橋利用了水工閘墩作為下部基礎(chǔ)，所以一并對交通橋進(jìn)行拆除重建。

2 分洪閘交通橋布置方案

結(jié)合分洪閘重建整體布置及景觀效果情況，分洪閘交通橋布置孔徑為4×21.6m，橫向布置凈0.5m（欄桿）+8.0m（景觀長廊）+0.5m（欄桿）+6.5m（行車道）+0.5m（防撞護(hù)欄），汽車設(shè)計荷載采用公路-Ⅱ級，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)3.0kN/m2，景觀長廊荷載9929.2kN（包含恒、活、風(fēng)和地震荷載）。

交通橋橫向上游側(cè)設(shè)一座鋼結(jié)構(gòu)景觀長廊，長廊主體為鋼框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)最高點相對標(biāo)高11.45m，長廊以斜柱連接到交通橋上，斜柱下方沿橫橋向設(shè)置鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，條形基礎(chǔ)直接落在分洪閘交通橋橋面上；交通橋橫向下游側(cè)為6.5m寬行車道，行車道鋪裝采用40mm厚細(xì)粒式瀝青混凝土面層+黏層+60mm厚中粒式瀝青混凝土面層+透層+100mm厚C50W4防水混凝土鋪裝+水泥基滲透結(jié)晶型防水層，鋪裝層內(nèi)設(shè)單層φ12＠10cm鋼筋網(wǎng)。行車道一側(cè)設(shè)C30混凝土防撞護(hù)欄，一側(cè)設(shè)C30混凝土欄桿帶，欄桿帶上設(shè)鋼管欄桿，寬度均為0.5m。橋面伸縮縫采用GQF-80型伸縮縫，橋頭兩側(cè)設(shè)限重標(biāo)志牌。

3 分洪閘交通橋結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算

3.1 交通橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

交通橋上部結(jié)構(gòu)采用先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土小箱梁，箱梁采用C50混凝土預(yù)制，梁高1.6m，中梁寬2.4m，邊梁寬2.85m，每孔橋采用3片中梁，2片邊梁，從橋梁上游側(cè)至橋梁下游側(cè)定義為1#梁～5#梁，箱梁間采用C50混凝土濕接縫連接。

交通橋下部橋墩結(jié)構(gòu)采用蓋梁接樁基承臺柱式橋墩結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；從節(jié)約投資及降低阻水率考慮，下部橋臺結(jié)構(gòu)利用水工擋墻，并在水工擋墻頂開槽作為橋臺蓋梁。

3.2 交通橋結(jié)構(gòu)計算

分洪閘交通橋上設(shè)置了一座景觀長廊橋，長廊橋主體為鋼框架結(jié)構(gòu)，共7跨，通過8排16根斜柱連接到交通橋上，斜柱下方沿橫橋向設(shè)置鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，條形基礎(chǔ)直接落在分洪閘交通橋橋面上，結(jié)構(gòu)最高點相對標(biāo)高11.45m。分洪閘交通橋上部結(jié)構(gòu)為非標(biāo)準(zhǔn)跨徑，且上部荷載組合較為復(fù)雜，本工程重點對分洪閘交通橋上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計算分析。

3.2.1 上部結(jié)構(gòu)計算

上部結(jié)構(gòu)計算按照J(rèn)TG D60—2015《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》和JTG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，主要計算工具為專業(yè)軟件橋梁博士V4.2。汽車設(shè)計荷載采用公路-Ⅱ級，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為qk=7.875kN/m，集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值Pk內(nèi)插計算為303.2kN；人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值3.0kN/m2，景觀長廊荷載9929.2kN（包含恒、活、風(fēng)和地震荷載）。

上部結(jié)構(gòu)計算主要通過分析上游側(cè)的景觀長廊荷載、人群荷載、下游側(cè)的汽車荷載和其他荷載在5片連續(xù)梁的分布組合情況，以1#梁上的荷載分布及組合計算為例。（荷載組合形式為：按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，對持久設(shè)計狀況和短暫設(shè)計狀況采用作用的基本組合，對偶然設(shè)計狀況采用作用的偶然組合，對地震設(shè)計狀況采用作用的地震組合。按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，采用作用的頻遇組合或準(zhǔn)永久組合）。

圖1 交通橋模型橫向布置

圖2 1#梁景觀長廊荷載橫向分布影響線

上游側(cè)景觀長廊橋單排兩根柱底荷載G通過橫橋向地梁平均分到1#梁、2#梁和3#梁3片連續(xù)箱梁上，每片梁上的集中荷載為G/3，G/3與1#梁的橫向分布影響線相乘，求出1#梁的景觀橋荷載橫向分布值，其他4片梁計算方法一致。由此可得出5片梁上的8排景觀橋荷載的橫向分布情況，然后分別填入橋梁博士軟件模型對應(yīng)節(jié)點位置。

圖3 1#梁景觀長廊荷載分布位置

下游側(cè)汽車荷載、上下游兩側(cè)人群荷載和其他荷載的分布組合計算，分別用每片梁的汽車均布荷載qk=7.875kN/m，集中荷載Pk=303.2kN；人群荷載3.0kN/m2，乘以對應(yīng)的汽車荷載橫向分布系數(shù)和人群荷載橫向分布系數(shù)，計算出荷載分布情況，其他荷載安在小箱梁的實際位置輸入到模型對應(yīng)節(jié)點位置處。

圖4 汽車荷載橫向分布系數(shù)

圖5 人群荷載橫向分布系數(shù)

經(jīng)專業(yè)軟件橋梁博士V4.2計算，需對連續(xù)梁梁截面高度進(jìn)行調(diào)整，由標(biāo)準(zhǔn)圖的1.4m提高到1.6m；梁體預(yù)應(yīng)力鋼束長度及布置也相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，計算結(jié)果可以滿足對截面強度、配筋面積、永存預(yù)應(yīng)力及截面法向拉應(yīng)力等要求。

調(diào)整梁截面高度后4×21.6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土小箱梁計算結(jié)果如圖6、圖7。

圖6 承載能力極限狀態(tài)彎矩包絡(luò)圖

圖7 正常使用極限狀態(tài)正應(yīng)力包絡(luò)圖

3.2.2 下部結(jié)構(gòu)計算

下部結(jié)構(gòu)設(shè)計包括蓋梁、墩柱、承臺和樁基設(shè)計。蓋梁、墩柱設(shè)計按照J(rèn)TG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，樁基設(shè)計計算按照J(rèn)TG 3363—2019《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定進(jìn)行，主要計算工具為軟件“橋梁通8.0”。經(jīng)專業(yè)軟件橋梁通8.0計算后，交通橋下部結(jié)構(gòu)布置情況為：蓋梁尺寸為1.7m（寬）×1.5m（高）×15m（長）矩形截面，蓋梁橫坡雙向2.0%，蓋梁頂上設(shè)C50W4混凝土墊石，墊石上設(shè)板式橡膠支座；墩柱直徑1.2m，柱高5.83m；承臺尺寸為12.4m（寬）×2.0m（高）×16.25m（長）矩形截面；基礎(chǔ)采用四排16根直徑1.3m鉆孔灌注樁，樁長38m；水工擋墻頂開槽作為橋臺蓋梁，槽底設(shè)雙向2.0%橫坡，C50W4混凝土墊石，墊石上設(shè)滑動板式橡膠支座。

4 結(jié)語

新蓋房樞紐改擴建工程分洪閘交通橋的重建，滿足了新蓋房樞紐正常運行管理和防洪搶險物資運輸?shù)慕煌ㄐ枨?，同時提升了樞紐周邊景觀綠化空間，營造樞紐節(jié)點景觀。在分洪閘交通橋重建的設(shè)計過程中，景觀長廊橋的布置為工程設(shè)計增加了新的難題，本文通過對分洪閘交通橋設(shè)計方案的總體介紹和說明，對交通橋上部、下部結(jié)構(gòu)的具體計算和分析，最終確定了最佳設(shè)計方案。為后續(xù)類似工程的設(shè)計提供了參考，具有借鑒意義。