刚构矮腿连续Y型墩路桥的设计与施工

郑永祥

(黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江 哈尔滨 150080)

1 案例工程概况

案例某龙湖29#路桥横跨东运河，桥长132.2 m，全宽40 m，双向六车道，50 km/h的设计车速。道中线位处850 m半径的平曲线上。主体结构选用曲线混凝土预应力Y型墩变断面连续刚构，35+58+35 m跨径配置，墩位线与道中线正交。

桥梁分为左右两幅，设置桥间翼缘板宽1 m的后浇筑带。桥面横坡为1.5%双向，经过箱体梁腹板变高完成，横桥向的箱体梁底为平坡。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为1/22.3，梁高为2.6 m，中跨跨中梁高与边跨桥台附近梁高一致，均为高1.7 m。中跨和边跨的渐变梁高段变化均按圆弧线实现。

每幅桥箱体梁选用单箱四室斜腹板断面。人行线侧翼缘板悬臂为2.0 m长，悬臂板端部0.15 m厚，根部0.45 m厚；车行线侧翼缘板悬臂2.0 m长，板厚须适当增大，以加强后浇筑带。悬臂板端部厚0.25 m，根部为0.45 m厚。边腹板1∶3.5斜度。箱体梁顶板0.25 m厚，腹板0.5～0.7 m厚，底板0.25～0. 5m厚。斜腿顶位置的箱体梁横梁2.6 m厚，桥台边横梁1.5 厚，设置一道中跨跨中厚0.3 m的横隔板。

Y型墩柱由墩座及斜腿两部分形成，7.4 m总高度。斜腿是变厚度的矩形实心截面，其主梁外腹板斜度与横桥向宽度变化基本一致；为确保景观功效和受力平顺，在交接主梁处，斜腿内侧按0.5 m半径倒圆，外侧按8 m半径倒圆。为避免斜腿开裂并加强接连主梁，配置钢束在斜腿中线部位，Y型墩柱的墩座内置放钢束固定端，拉张端则位处中横梁主梁顺桥向倒角区域。选用矩形片墩形式筑造Y型墩柱墩座部分，顺桥向2.4 m厚，横桥向宽度渐变与斜腿的渐变一致，斜度基本均等同于主梁外腹板；按半径2 m倒圆设计了墩座与斜腿间内侧状态，外侧则按半径3 m倒圆设计。依据场地地质状态，顺桥向配置两排桥中墩，取摩擦桩型式和63 m桩长设计。

2 基本特点与关键技术

2.1 模拟刚构矮腿群桩基础

案例Y型墩仅7.4 m高，墩跨比1/7.8，系属典型刚构矮腿桥，Y型墩抗推刚韧度比较大，带给结构上部的自由形变约束比较大，结构整体受力明显受到混凝土收缩徐变和温度升降影响。群桩基础是与土相触接最重点位置，分析比较复杂，计算中通常以固结支承处理将承台底。因Y型墩柱相对矮，若固结处理承台底，在整体温度升降和混凝土收缩徐变影响下会造成主梁、墩座和斜腿等构件产生比较大的压拉应力，其效应超过了汽车载荷和恒载，规范需求难以满足，因此很有必要将群桩基础作为弹塑性支承精确考虑。

设计选用了群桩基础支承刚韧度矩阵，其中包含耦合项，取承台底面以上部分建立结构模型，解析群桩基础互相耦合后和各方向的支承刚韧度常数，组成一个空间支承刚韧度矩阵作为承台底的弹塑性支承，求解后直接获取承台底的反力开展桩基础的验算。

从下往上墩土层依次为中砂层、粉砂、粉质粘土和粉土，基土比例参数为m，该参数一般较难确定取值。依据公路桥涵基础设计标准JTGD63-2007中，以8 000～20 000 kN/m4为初定m值；为了进一步增加安全性，本研究对m值进行适当拓展，分别以5 000、8 000、20 000、和30 000 kN/m4进行取值进入验算，其结果具体见表1所示。载荷以1.0恒载+1.0整体降温+1.0汽车为标准组合。

表1 结构下部对上部的支承反力

表1数据揭示：(1)弯矩和水平反力在固结承台底条件下均最大，依此对下部结构开展验算，一般难以经过计算；(2)案例整体温降与恒载引发的水平弯矩、反力方向一致；(3)弯矩比较大，叠加而非抵消水平反力对下部结构的作用效应，很有必要经过调偏心减少弯矩反力。

Y型墩垂向中心线与分跨线重合，顺桥向往中跨跨中方向把桩基础中心和承台偏心调0.3 m后，结构支承反力中的偏心调整后的弯矩计算结果如表2具体所示。

表2 偏心调整后的弯矩

表1及表2数据揭示，调偏心对降低结构所受弯矩有显然作用。

2.2 基于m值实测结果

案例桥系属有推力的系统结构，关键参数m设计值；5 000、8 000、20 000和30 000 kN/m4对群桩基础开展弹塑性支承刚韧度包络运算；开展水平静载单桩实验，配置了1根同径值的试桩于中墩承台外侧，桩基水平载荷实验选用中墩群桩基础承担反力墙，开展单桩水平载荷实验。

依据建筑基桩JGJ106-2014测量规范，可获得不同水平载荷下的m值，具体见表3所示。

表3 实测推导m参数值

从表3能够发现，本次实验静载水平单桩施加1 045 kN最大加荷量，最大水平桩顶39.80 mm移位；m值9 839 kN/m，水平力665 kN。表1数据揭示，如果m值取8 000 kN/m，则组合标准下水平最大反力达7 766 kN，如果12根桩均匀分配，则单桩水平反力是647 kN；理论m值与实测结果吻合较佳，但是水平移位实测结果相对大于理论值。

2.3 长节段支撑架现场浇筑及配束方法

刚构连续Y型墩存在较多施工方法，有相对典型的方法诸如满堂支撑架一次筑浇、满堂支撑架短节段筑浇、挂篮逐节段悬臂筑浇等。施工现场具备搭建满堂支撑架的条件，又因赶工期，所以设计选用了长节段支撑架现场浇筑施工。

主梁施工选用分段筑浇方式，设计基本思路为：先构成主梁0#块与Y型墩柱形成的刚架稳定三角形结构；然后在支撑架上施工大节段(即二期梁段)；长度2 m的中跨合龙段最后筑浇，中跨合龙钢束拉张，构成全桥结构。为改善结构受力，减少收缩徐变影响，合龙中跨时，对顶两悬臂端，其对顶力达1 500 kN。

设计主梁按混凝土预应力A类构件，仅配置纵向预应力束，其分为中跨合龙底板束、中跨合龙顶板束、二期梁段腹板束、二期梁段顶板束和0*块钢束，钢束共选用15～9、15～12和15～15三种尺寸。

2.4 主梁0#块与Y型墩柱斜腿组构的三角架

一期主梁段(0#块)与Y型墩柱的斜腿组构的三角架，其混凝土体量大，受力复杂，是案例施工的关键过程。

考虑到复杂的Y型墩线形，施工钢模板选用整体式，外观质量得到保证。Y型墩柱分3个阶段施工：墩座施工为第1阶段；斜腿施工为第2阶段；主梁0#块施工为第3阶段。两斜腿间在第2阶段施工中垂向设有螺纹精轧钢水平拉杆3道，这样斜腿的水平移位就能够在施工过程中得到有效抗御。

3 结 语

案例桥属于典型的刚构矮腿连续Y型墩桥，结构设计因桥址区地质非软弱土质，故存在一定难度。桥梁设计过程中注意考虑了群桩基础的弹塑性支承刚韧度，经过水平载荷实验验证了桩基础抵御水平载荷的能力和地基土水平比例常数m取值的正确性；采取跨中合龙前对顶梁段和下部结构调偏心方法，使结构受力得到很好改善。施工中选用长节段支撑架现场浇筑施工，工期较短并且受力明确，比逐段悬浇法缩短3个月左右的工期。