某小半径钢筋混凝土弯梁桥关键技术

漆小军,刘泉

（1.成都中方信工程勘察设计有限公司，成都610000；2.四川交通职业技术学院，成都611130）

1 工程概况

项目位于四川省九寨沟景区沟口，为跨越国道544线及白水河而设，设计洪水频率1/50。为满足景区车辆调度要求，桥梁平面位于半径R为28 m的圆曲线及缓和曲线上；纵面位于半径R为300 m的竖曲线上。

桥梁上部结构采用2×20 m+1×22 m+1×18 m+2×20 m钢筋混凝土连续箱梁+1×34 m预应力混凝土箱梁。墩台方向除2#桥墩旋转15°布设（避开高压电缆）外，其余桥墩均按路线法线方向布设。下部结构桥墩采用门式墩承台接钻孔灌注桩基础，桥台采用重力式桥台、承台接桩基础。

2 技术标准

道路等级为支路等级；设计速度是20 km/h；设计荷载：城-B级；桥梁宽度在8～9.5 m；地震基本烈度具体为Ⅷ度，其中，地震动峰值加速度0.20g、地震动反应谱特征周期为0.45 s；抗震设防类别为丁类；环境年平均相对湿度在60%～70%；设计安全等级为一级；设计基准期为100年。

3 结构设计概况

3.1 总体设计思路

桥梁为满足四川省九寨沟景区沟口景区车辆调度使用而设，路线平面半径小（R=28 m），同时需跨越国道544线、高压电缆及白水河等构筑物，孔跨布置时通过多种方案对比，综合考虑小半径曲线桥梁受力特性、施工难度及风险、后期养护成本等诸多因素，确定主桥采用2×20 m+1×22 m+1×18 m+2×20 m钢筋混凝土连续箱梁。

3.2 主梁结构设计

小半径曲线梁桥对主梁截面抗扭性能要求高，主桥现浇箱梁采用单箱双室截面；同时内外腹板受力差异大，考虑预应力径向力影响不宜设置大跨预应力结构，故采用钢筋混凝土结构；箱梁腹板竖直，顶、底板横坡同桥面横坡；腹板板厚45 cm，顶板厚度为23 cm、底板厚为24 cm，悬臂端部高20 cm，悬臂根部高45 cm，悬臂宽100～175 cm，梁底宽600 cm，现浇箱梁梁高1.6 m，梁端处设梁体横梁，梁体跨中设置1道横隔板。

主桥现浇钢筋混凝土箱梁采用C50混凝土。按照CCES 01—2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》[1]要求配置耐久性混凝土。水泥采用普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥，为防止混凝土出现早期裂缝，严禁使用早强水泥。粗骨料采用连续级配5～20 mm规格轧制高标号碎石，碎石最大粒径不宜超过20 mm。细骨料采用细度模数2.3～3.0的中粗砂，不得采用细砂。桥面铺装采用抗裂、抗渗混凝土。普通钢筋分别采用HPB300、HRB400钢筋。

桥墩设计时，为避免小半径曲线桥出现支座脱空甚至桥梁侧翻等破坏情况，结合景观需采用双支座门式墩，依据支反力计算情况选择合理的支座间距，墩身厚1.4 m、宽1.2 m，承台接钻孔灌注桩基础，承台尺寸3 m×6.6 m×2.7 m，桩基直径1.8 m。桥台采用重力式桥台、承台接桩基础。考虑桥区地震烈度高，采用了增大墩台帽纵向尺寸、设置抗震锚栓、设置横向防震挡块及纵（横）向的防震橡胶缓冲垫块等措施进行抗震设计。

3.3 桥梁施工工艺

3.3.1 下部结构施工

下部结构施工方案：备料、便道、进场准备→桩基钻孔→浇桩→破桩头→绑扎承台钢筋→浇筑承台混凝土（采用冷却水管等措施降低水化热）→绑扎墩身钢筋→墩身立模现浇施工。浇筑混凝土前应检查钢筋的位置，保证设计的钢筋保护层厚度，并应注意预埋件的埋设，现浇时应注意对称、均匀以及浇筑后混凝土的养护工作。

3.3.2 上部结构施工

现浇钢筋混凝土连续箱梁采用搭架满堂支架现浇施工。搭设支架前应进行地基处治，同时在混凝土浇筑前对支架进行预压消除非弹性变形，预压时间为7 d，压重采用1.2倍结构荷载。支架的弹性变形量由施工单位根据支架形式计算确定，模板标高需考虑此弹性变形预拱度。卸载后落架需对称均匀进行，并核查支架各构件连接牢固性。箱梁施工应保证浇筑进度和振捣密实，要求平面尺寸位置放样准确，各跨梁体混凝土表面颜色一致，表面光洁平整。

梁体混凝土必须达到7 d龄期且90%设计强度时方准许施加预应力。施加预应力时应控制张拉力和伸长量，扣除钢束非弹性变形后的钢束伸长量与理论值的误差应不大于6%。

3.3.3 裂缝控制措施

施工时注意做好分层浇筑混凝土接缝处理，以保证新旧混凝土结合牢固；严格按照设计文件要求控制各结构混凝土保护层厚度；做好接缝、铺装等位置防水处理；严格按照设计文件对钢筋、钢束位置进行定位。

4 主要计算分析

主梁箱梁按JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中钢筋混凝土构件设计要点进行分析，按三腹板梁格法进行结构静力计算。结构自重系数取1.04，基础变位按照桥区地质情况考虑各墩不均匀沉降3.5 mm，根据九寨沟气温条件考虑均匀升降温和温度梯度正反温差，活载按照城市汽车荷载考虑，二期恒载考虑铺装、护栏和过桥管线。

4.1 计算荷载

恒载：主梁重量按设计截面尺寸计算，横隔板按自重荷载加在相应位置，混凝土容重取26 kN/m3，铺装、护栏和过桥管线等二期恒载按桥面系实际荷载取值。

汽车活载：城市-B级；汽车活载采用影响面布置方式考虑偏载效应。

九寨沟景区中心海拔2 389 m的诺日朗附近，年平均气温7.3℃，最高日温为32.6℃，最低日温为-17.0℃。升温温差为25.3℃，降温温差为24.3℃，混凝土的温度线胀系数为αc＝1.0×10-5，钢的温度线胀系数为αs＝1.2×10-5。主梁收缩徐变按实际加载龄期由程序自动计算。梯度温度按JTG D60—2015《公路桥涵设计通用规范》[2]第4.3.10条执行。

4.2 结构整体分析

主梁整体分析采用桥梁博士V4.3建立空间梁格模型进行计算；主桥梁体共划分为421个节点，420个单元。计算模型如图1所示。

图1 某弯梁桥计算模型图

1）主梁承载力极限状态计算。经验算，梁体抗弯承载能力和梁体抗剪承载能力均满足规范要求。

2）主梁裂缝宽度验算。按照JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[3]第6.4.1条规定，钢筋混凝土构件和B类预应力混凝土构件，在正常使用极限状态下的裂缝宽度应按作用频遇组合并考虑长期效应影响进行计算。经验算，梁体最大裂缝宽度0.149 mm，均小于0.2 mm，满足规范要求。

3）支座脱空验算如表1所示。

表1 支座反力验算表

5 关键技术特点

本项目小半径钢筋混凝土弯梁桥，主要技术特点：（1）山区公路小半径曲线梁桥宜采用闭合箱型截面，以提供更好的截面抗扭性能；（2）曲线半径小，内外腹板受力差异大，考虑预应力径向力影响不宜设置大跨预应力结构，结合山区养护条件宜布置小跨径钢筋混凝土结构，以获取更为有利的受力状态；（3）设计施工时通过合理的支座间距、配置耐久性混凝土及保护层厚度控制等措施来避免支座脱空、混凝土裂缝超限等病害发生。

6 结语

对于山区公路小半径钢筋混凝土弯梁桥设计，应选择合理的孔跨结构及梁截面形式，充分考虑后期可能出现的支座脱空和混凝土裂缝超限等病害控制的具体措施，以获取更为有利的受力状态，以发挥该类桥梁适应山区低等级公路建设的作用。