摘要：小江河特大桥为杭州至瑞丽国家高速公路贵州境大兴（湘黔界）至思南段上一座特大跨径预应力混凝土连续刚构桥。重点介绍该桥结构设计、计算和稳定分析。
关键词：连续刚构桥;高墩;设计;计算;分析
1 慨述
小江河特大桥为杭州至瑞丽国家高速公路贵州境大兴（湘黔界）至思南段上一座特大跨径预应力混凝土连续刚构桥。该桥位区处于云贵高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带，位于铜仁市境内，跨越小江河、S201省道及渝怀铁路。桥轴线通过段与地面高程相对最大高差141.5m。两岸地形纵坡较陡，基岩露头较好。桥区地貌类型属构造侵蚀溶-蚀型低山地貌，出露地层为上覆残坡积层粘土，冲洪积层卵石土，下伏基岩为寒武系中上统娄山关群薄至中厚层状白云岩。桥位处极端最高气温40°C，极端最低气温-10°C。桥梁高程由路线控制，不受小小江河水位影响。桥位线路分左、右两幅设计。平面除部分引桥位于曲线上外，其余引桥部分及全部主桥均位于直线段上，桥面纵坡左、右幅1.45%。根据桥梁所处地质、地形、路线线形情况及满足铁路、省道限界的要求，小江河特大桥左、右幅桥型方案均采用(5×30)m预应力混凝土先简支后结构连续T梁+(85+3×160+85)m预应力混凝土连续刚构桥+30m简支T梁桥，左、右幅桥梁长均为842m，主墩采用双薄壁空心墩，群桩基础；过渡墩为空心墩或双柱式实心墩，桩基础；引桥桥墩为双柱式矩形墩，主桥最大墩高105m。小江河特大桥桥型布置见图1。
图1小江河特大桥桥型布置图
2 技术标准
(1)设计基准期：100年。
(2)设计荷载：公路—Ⅰ级。
(3)设计速度：80km/h。
(4)桥梁分幅宽度：11.25m（行车道）+2×0.5m（防撞护栏）＝12.25m。
(5)地震设防标准：地震动峰值加速度小于0.05g，作简易设防。
(6)桥面横坡：单向2％（单幅桥）。
3主桥结构设计
主桥采用（85+3×160+85）m预应力混凝土连续刚构桥。
3.1箱梁构造
主桥上部箱梁为变截面单箱单室断面，箱梁顶板宽12.25m，底板宽6.50m翼缘悬臂长2.875m；箱梁高度（梁高以裸箱梁低侧腹板处箱梁顶面到箱梁底面的距离计）在各墩与箱梁相接的根部断面梁高为10m，现浇段和合龙段梁高均为3.2m，，其余梁底下缘按1.6次抛物线变化，0号梁段总长14m，在与墩身对应的12m范围内等梁高（为10m），两边各1m范围内位于抛物线上，每个悬浇“T”纵向对称划分为19个节段，梁段及梁段长从根部至跨中分别为8×3.5m、11×4m，节段悬臂总长73m，悬臂节段最大控制重量2200KN。边、中跨合龙段长均为2m，边跨现浇段长4m；箱梁顶板厚度：顶板厚30cm，墩顶箱梁顶板厚48cm。箱梁顶面设单向2%的横坡；箱梁底板厚度：墩身范围内的0号梁段为120cm，合龙段为32cm，根部至合龙段按1.6次抛物线由110cm渐变至32cm，梁端支承截面75cm，边跨现浇段从32cm渐变至75cm，按直线变化；箱梁腹板厚：从跨中至根部分三段采用90cm、70cm、60cm、50cm四种厚度。0号梁段墩身范围内为90cm，箱梁根部到7号梁段为70cm，8号梁段由70cm渐变到60cm，9～14号梁段为60cm，15号梁段由60cm渐变到50cm，16号梁段～19号梁段及合龙段为50cm，边跨现浇段为50～120cm。在每个0号梁段对应墩壁设有2道横隔板，在箱梁两端支承处、中跨跨中也各设一道横隔板，并且在横隔板上均设有人洞。为排泄施工养护水和保持箱内干燥，在箱梁根部区段底板上设有排水孔。箱梁采用C50混凝土。
3.2箱梁钢束布置
主桥上部结构按全预应力混凝土设计，采用三向预应力，纵向预应力采用公称直径φs15.20mm预应力低松驰钢绞线，抗拉标准强度1860MPa，弹性模量1.95×105MPa；竖向预应力采用直径32mm的40Si2MnMoV精轧螺纹粗钢筋，抗拉强度标准值为785Mpa，设计弹性模量E=2.0×105Mpa，单根钢筋张拉控制应力为568.2KN。横向预应力采用φs15.20mm预应力低松驰钢绞线，单根张拉控制应力为182.3KN。
纵向和竖向预应力钢束管道采用SBG塑料波纹圆管成孔，横向预应力管道采用SBGB塑料波纹扁管成孔，真空辅助压浆工艺。
单幅桥纵向预应力钢束布置共设402束，其中顶板束184束，底板束76束，腹板下弯束120束，边跨及跨中顶板合龙束22束。最长束孔道158m，最短束孔道14m。其中跨中底板预留6个备用孔道，边跨底板预留4个备用孔道。墩顶0号断面顶板束采用30束22φs15.20钢绞线，腹板束采用30束22φs15.20钢绞线，中跨跨中断面合龙顶板束采用2束19φs15.20钢绞线，底板束采用20束19φs15.20钢绞线；边跨梁端锚固断面合龙顶板束采用8束22φs15.20钢绞线，底板束采用8束19φs15.20钢绞线。箱梁纵向预应力钢束布置见图2。
图2箱梁纵向预应力钢束布置
纵向钢束除边跨合龙束H107、H108采用一端张拉外，其它均采用两端张拉方式。预留束的管道分段设置，待相应的预应力施工完成后灌浆封闭。
纵向预应力采用OVM15锚固体系，锚具回缩量6mm，预应力管道采用塑料波纹管，管道摩擦系数μ=0.17，偏差系数k=0.0015。横向预应力采用φs15.2mm预应力低松驰钢绞线，其规格为15-3，扁锚体系，张拉端和锚固端交错布置，采用一端张拉方式。
3.3上部结构合龙顺序选择
预应力混凝土连续刚构桥因墩梁固结，具有足够的稳定性，合龙顺序的选择主要是根据大桥地形、水文、地质、边跨和中跨的比例、受力和稳定性等条件确定。一般情况下，合龙次序选择先边跨后中跨合龙与先中跨后边跨合龙对结构受力无实质影响。但应注意合龙顺序选择时采用延伸灌筑边跨梁段带来的结构受力不合理和增加预应力钢绞线数量的问题；另外当边墩较高时，搭设边墩旁高的灌梁支架，不仅支架的沉降和稳定性不易保证，而且临时工程梁大，费用高。
小江河特大桥对称悬臂灌筑段长73m，虽然边墩较高（大兴岸65m），但边跨仅余4m长梁段，无需搭设边墩旁高的支架。可采用直接在墩顶通过设置托架灌筑边跨余下梁段，不存在因延伸灌筑边跨梁段带来的结构受力不合理和增加预应力钢绞线数量的问题。因此，小江河特大桥上部结构箱梁合龙顺序采用先合龙边跨，后合龙中跨，最后合龙次中跨。这样，可使结构稳定，受力对称，便于结构内力调整。
3.4下部构造
主墩纵向为两片薄壁墩，墩身采用箱型截面，大兴岸边墩及主墩横桥向8.5cm，顺桥向3.2m，两片墩身顺桥向净距5.6m，思南岸边墩横桥向8.5cm，顺桥向2.6m，两片墩身顺桥向净距6.8m，墩身上端与箱梁0号梁段固结，下端与承台固结，墩身顺桥向壁厚1.0cm，横桥向壁厚0.7cm，墩顶4m、墩底5m为实心段，承台采用18.0×14.5×5.0m矩形承台，主墩桩基采用9根直径2.2m挖孔桩，按嵌岩桩设计。
4主桥结构计算
4.1静力计算
计算参数：设计合龙温度15℃，计算体系升温取值25℃，体系降温取值25℃。结构梯度温度，按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）规定取值。支点不均匀沉降按10mm计算。风荷载按《公路桥涵设计通用规范》计算。
主桥施工及运营阶段的静力计算采用桥梁博士V3.1.0综合程序进行计算，并用《桥梁静力线性计算程序》QJX程序进行复核。主桥计算模型划分为396个单元，394个节点，其中上部箱梁204个单元，205个节点，施工阶段为95个。预应力混凝土连续刚构施工工艺流程为：下部构造施工完成后，在墩旁托架上浇筑0号块，其余块件（除合龙段及边跨现浇段外）均以挂篮悬臂对称浇筑，并张拉各阶段预应力钢束，直至最大悬臂；然后按先边跨后中跨的顺序合龙；最后进行桥面系施工。按此流程逐阶段计算结构各截面内力、应力、和位移，每个悬臂的施工包括挂篮就位、梁段浇筑、张拉预应力及挂篮前移等4个主要工况。成桥运营计算包括恒载、活载、支点沉降、温度及静风力等工况。
计算结果：箱梁在各个施工阶段，混凝土的应力及预应力束的张拉控制应力均满足规范要求；在基本组合下，各单元的抗弯承载力均大于相应的弯矩设计值，承载力极限状态满足设计要求；在基本组合下，箱梁上缘混凝土的最大压应力为15.9MPa,下缘混凝土的最大压应力为12.2MPa，满足规范要求；在短期效应组合下，考虑竖向预应力后，箱梁混凝土的上缘最小应力为0.3MPa,下缘最小应力为2.3MPa，箱梁未出现拉应力，满足规范要求；在长期效应组合下，箱梁上缘最小应力2.5MPa,下缘最小应力3.3MPa,满足规范要求。主桥箱梁承载力极限状态强度验算、正常使用极限状态抗裂与挠度验算、持久状况及短暂状态应力验算均满足规范要求。
4.2高墩稳定分析
本桥除了对桥墩进行强度、抗裂验算外，对桥墩的稳定分析是本桥的设计重点。
稳定分析采用MIDISCIVIL程序，对大桥施工阶段及成桥阶段进行了稳定性计算。高墩大跨连续刚构桥悬臂浇筑施工中，当箱梁最后节段施工时，在纵、竖向风载，不平衡恒载、自重作用下为最不安全，因此，必须对该阶段进行稳定性分析。经计算，此阶段一类稳定安全系数为8.0，成桥状态下，一类稳定安全系数为11.2。大桥施工阶段一类稳定屈曲模态见图3.
图3大桥施工阶段一类稳定屈曲模态
通过对该桥在施工、成桥阶段的整体稳定分析可知，高墩的第一阶屈曲失稳模态均为侧倾（高墩横向摆出）；成桥阶段的稳定比施工阶段好（屈曲临界荷载增大），表明悬臂施工阶段为稳定的最不利阶段。由对墩身薄壁的局部稳定分析可知，局部稳定系数小于整体稳定系数。
计算结果表明本结构具有较高安全度。为了增大高墩纵桥向施工期间的稳定性，墩柱之间增设一道临时钢系梁，在主桥边跨合龙段劲性骨架锁定之前，将钢系梁拆除。
6结语
小江河特大桥为杭州至瑞丽国家高速公路贵州境大兴（湘黔界）至思南段上一座特大跨径预应力混凝土连续刚构桥，该桥位于铜仁市郊，在桥梁设计方面力求技术先进，简洁美观，结构安全耐久，施工方便，造价经济，力争使小江河特大桥成为铜仁市的标志性建筑。
