市政预应力混凝土连续箱梁桥设计探析

张毅

（中国华西工程设计建设有限公司贵州公司 贵州贵阳 550000）

1 引言

预应力混凝土连续箱梁的结构整体性性良好，抗扭转能力大，耐久性强，施工工艺成熟，而得到广泛应用。而在具体的应用中，同样需要受许多因素的影响导致桥梁工程出现病害，进而影响桥梁工程结构强度、耐久性以及安全性。对此，应做好预应力混凝土连续箱梁设计，提高桥梁工程建设质量和使用性能，以确保桥梁工程使用寿命。

2 桥梁工程设计原则

在市政桥梁工程设计过程中，应该坚持以下原则：①充分保证桥型与周边环境相适应，并考虑桥梁工程美学设计要求。②选择结构合理的桥梁结构，保证结构尺寸、刚度和质量，避免因桥型布置给桥梁工程造成危害。③综合考虑桥梁工程建设区域地质地形条件、项目建设技术标准等因素，采用结构成熟、技术先进、施工方式便捷、养护管理简单的桥梁构件，提升桥梁工程的安全性和经济性。④在跨线桥工程设计中，在满足桥下通行条件的基础上，在桥孔布置方面，需要综合考虑桥孔周边构造物，严格控制构造物之间的距离和作业面，保证施工便捷。⑤满足相应地质条件下桥梁施工完成后的沉降控制标准。

3 工程概况

遵义市长大（长沙路、大连路连接口）立交工程，大连路主线采用高架桥形式跨越长沙路，其高架桥桥跨布置为（35+35+60+35）m+（4×35）m两联预应力混凝土连续箱梁，桥梁全长315m，桥面宽16.5m。桥梁起点桩号为K0+383.000、终点桩号为K0+698.000。桥梁下部两侧桥台均采用重力式U型桥台，基础为承台桩基础，桥墩为双柱式墩，基础为承台桩基础，桩基均为机械成孔灌注桩。全桥主梁均为满堂支架现浇施工。

4 预应力混凝土连续箱梁桥设计

4.1 桥型选择

本桥位于东联线与长沙路交叉口，周边建筑物林立，不应选择苜蓿叶式等占地很大的立交型式，受此控制，拟采用东联线设跨线桥，转向车流由桥下的平交层实现的桥型。由于桥下有转向需求，故在桥跨布置时，采用中跨较大的60m，加以两侧35m的边跨，由桥梁净空高差要求，两侧加设引桥，故桥梁跨径采用（35+35+60+35）m+（4×35）m 两联，桥梁含桥台全长315m。

桥面宽度：0.5m（防撞护栏）+7.5m（车行道）+0.5m（分隔带）+7.5m（车行道）+0.5m（防撞护栏）=16.5m，双向四车道。东联线宽度受限，本跨线桥尽量压缩宽度，如中分带宽度采用0.5m，两侧防撞护栏采用0.5m。尽量的压缩桥宽以得到桥下辅道有7.5m双车道布置，而人行道仅3m，虽很窄，但也还满足规范一般值的要求，路基宽37.5m=3m人+7.5m辅+16.5m桥+7.5m辅+3m人。

纵坡设计方面，本桥为城市桥梁，既要桥梁影响范围较小，长度不宜过长，又要满足桥梁纵坡不宜过大的需求，按本桥所在道路的设计速度40km/h，取桥梁最大纵坡的一般值6%。

4.2 上部构造箱梁设计

（1）材料：第一联箱梁采用C55混凝土现浇；第二联箱梁采用C50现浇现浇。

（2）箱梁构造：结合为使边跨支点不产生负反力，边跨与中跨的比例以0.5～0.8为宜（本桥为0.58）；而高跨比支点宜为1/15～1/20（本桥为1/17），跨中宜为1/30～1/50（本桥为 1/30）。

第一联为单箱3室变高斜腹板连续箱梁，梁高由2m渐变到3.5m，梁高按二次抛物线形式渐变变化。箱梁顶板宽16.5m，底板宽9.9m，箱梁梁高变化段箱梁底板宽度不变，通过边腹板斜率变化实现。两侧悬臂长均为2.5m。

第二联为单箱3室等高斜腹板连续箱梁，梁高2m，宽度尺寸与第一联相同。

（3）预应力：第一、二联箱梁纵向腹板束预应力分别采用19φS15.2、13φS15.2钢束，群锚锚固体系，钢束张拉均为两端张拉。

（4）桥面横坡采用C50聚丙烯纤维混凝土进行调坡，箱梁顶、底板均水平设置。

4.3 桥台、桥墩设计

本桥为城市桥梁，为适应城市空间通透的景观要求，拟采用双柱式墩，桥墩为1.8×1.8m矩形截面墩。

根据地勘报告，拟建场地内地层主要由第四系人工堆积（Q4ml）人工填土①层、第四系坡残积（Q4dl+el）黏性土②层和三叠系下统茅草铺组（T1m）③1、③2层等构成。其中人工填土①层工程性能较差，堆填随意性大，厚薄不均，不能作为构筑物基础持力层；黏性土②层和石灰岩③1层在满足设计要求的前提下，可以考虑作为拟建构筑物引道部分浅基础持力层；桩基础持力层建议选择③2层，桩端持力层平面以下岩层应根据相关规范满足完整性及厚度的要求。

结合遵义市地质特点，普遍存在上层为杂填土，以及含水量很大的粘土，均不能作为持力层，基岩承载力较大，可作为持力层，但通常基岩埋深较深，不宜采用冥挖扩大基础，故本桥基础均为机械成孔灌注桩，桩径为1.8m、2.0m。两侧桥台均采用重力式U型桥台，桥台基础为承台桩基础。本桥桩基均按端承桩设计。

4.4 连续箱梁计算

在对桥涵进行计算设计时，需要综合考虑项目建设区域发展趋势，并坚持经济性、安全性、适用性以及美观性原则进行总体优化设计。在桥梁工程结构构造设计中，需要合理确定各个构造细节，保证桥梁工程结构刚度、强度以及稳定性要求。

在对桥梁工程箱梁进行设计计算时，对于连续箱梁，可取一半截面进行计算，只需要考虑截面的有效宽度，忽略桥面铺装与箱梁的共同作用。对于荷载横向分布系数，可根据活载的偏心作用进行计算。在具体的设计计算过程中，可采用平面杆系结构计算软件，对于设计结果，可通过空间结构计算软件进行校核。在该桥梁工程设计中，箱梁预应力钢筋采用1x7-15.20-1860-GB/T5224-2003高强度低松弛钢绞线，其技术标准应符合GB/T5224-2003的规定，单根钢绞线直径15.2m，标准抗拉强度1860MPa。预应力管道采用塑料波纹管，预应力钢束采用OVM圆塔型锚具；波纹管道摩擦系数为0.17，对于支座不均匀沉降，可取Δ=10（8）mm。

4.5 预应力钢筋布置方案

4.5.1 跨中截面预应力钢筋的布置

在对后张法预应力混凝土受弯构造进行设计中，对于预应力布置，必须严格依据《公路桥规》中的相关规定，该桥梁工程跨中截面预应力束的布置形式如图1所示。

4.5.2 锚固面刚束布置

该桥梁工程锚固面刚束布置形式如图2所示。

图2 锚固面钢束布置图

4.6 桥梁附属工程设计

该桥梁工程附属结构包括支座、伸缩缝、泄水管、人行道、桥面铺装、路灯、支座等等。全桥采用满足《公路桥梁伸缩缝装置》（JT/T327-2004）规定的梳形板伸缩缝。箱梁采用JPZ（Ⅱ）系列盆式支座，支座的允许位移量应满足设计要求，其技术指标应满足《公路桥梁盆式支座》（JT/T391-2009）的要求。桥面铺装采用4cm厚SMA-13细粒式SBS改性沥青混凝土上面层+5cm厚AC-16中粒式沥青混凝土下面层+反应型防水粘结剂+8～19.3cm厚C50聚丙烯纤维混凝土，沥青面层之间刷沥青黏层，乳化沥青AL（R）-3。当纵坡大于4%时，需在上面层沥青表面加铺5～7mm薄层环氧抗滑层。

5 结语

综上所述，本文主要结合工程实例，对预应力混凝土连续箱梁设计要点进行了详细探究。预应力混凝土连续箱梁结构稳定性比较好，承载能力较强，在通车运营过程中具有良好的抗震性能。在具体的设计过程中，需要综合考虑各项条件因素，保证结构布局、设计计算合理准确，提升桥梁工程设计水平，延长桥梁工程使用寿命。