样田1号大桥改建工程设计分析

摘要：本文通过样田1号大桥改建工程对该桥设计进行了分析.分别介绍了设计标准及技术指标、桥址区地质状况、构造及设计要点、桥梁耐久性设计、养护维修设施设计情况.

关键词：设计标准 设计参数

1 概述

本桥中心桩号为K557+558，上部结构采用4×20+5×20+4×20m装配式预应力混凝土连续箱梁，下部结构桥台采用肋板台、柱式台，桥墩采用柱式墩，墩台采用桩基础.本桥梁起始桩号为K557+425.5，终止桩号为K557+690.5.拟建国道112线赤城至承德界段改造工程样田大桥场地地形较平坦，地貌为山间河谷地貌.

2 设计标准及技术指标

设计荷载公路-Ⅰ级；结构重要性系数1.0；桥梁宽度净11.4m+2×0.5m防撞护栏；抗震防设烈度7度，地震动峰值加速度0.1g.环境类别Ⅱ类环境；技术指标见表1所示.

3 桥址区地质状况

拟建场地稳定性良好，适宜该工程建设；勘察期间地下水水位埋深在0.60-2.10m间，受大气降水补给.桥址处环境类别划分为 Ⅱ类.根据区域水文地质资料，桥址处水质对混凝土具微腐蚀性；基础形式建议采用钻孔灌注桩基础，桩径、桩长宜根据桥位处的岩土工程条件及上部荷载经过技术、经济比较后确定；卵石层分布连续，层位稳定，承载力值较高，可作为桩端持力层使用，本场地地震基本烈度7度，场地设计基本地震加速度值为0.10g，Ⅱ类建筑场地，场地特征周期值为0.35s，水平地震影响系数最大值αmax=0.08，本场地标准冻深1.7m.

4主要材料

预应力混凝土连续箱梁、现浇湿接缝、接头等C50混凝土；桥面现浇层C50防水混凝土；伸缩缝C50钢纤维混凝土；桥面铺装沥青混凝土；护栏、盖梁、挡块、耳背墙、牛腿、搭板、墩柱、支座垫石、桩基C30混凝土；

预应力钢绞线：采用的低松弛高强度预应力钢绞线应符合《预应力混凝土用钢绞线》规定.标准强度fpk=1860MPa，弹性模量Ep=1.95x105 MPa，松弛率为3.5%，公称直径15.20mm，钢筋采用HPB235型和HRB335型钢筋且焊接钢筋应满足可焊要求.直径φ≥12mm，采用HRB335热扎带肋钢筋，直径φ

锚具：预制箱梁正弯矩钢束采用M15-3、M15-4圆形锚具及其配套配件，预应力管道采用圆形金属波纹管；箱梁墩顶连续段处负弯矩钢束采用BM15-4、BM15-5扁形锚具及其配套配件，预应力管道采用扁形金属波纹管.预应力管道成形采用塑料波纹管；管道注浆采用真空吸浆工艺.橡胶支座GYZ和GYZF4系列产品，全桥两桥台各设一道伸缩缝采用80型伸缩缝，伸缩墩设置一道伸缩缝，采用160型伸缩缝，锥形护坡台前溜坡采用30cm浆砌片石铺砌.锥坡和溜坡之间设置变形缝.内侧采用天然级配砂砾填筑，与桥头路基填料相同.

5构造及设计要点

5.1上部构造

桥面铺装层采用9cm沥青混凝土+12cm防水混凝土.表面设防水层，防水混凝土铺装内设一层CRB550 D10冷轧带肋钢筋焊接网片，距离混凝土铺装层顶面净距2.5cm.钢筋网伸入两侧混凝土护栏内.靠近伸缩缝端板底设有预埋钢板，盖梁垫石设有支座平台从而保证支座与小箱梁及盖梁水平接触.桥两侧设钢筋混凝土防撞护栏.锚固与防震：小箱梁在梁端设有锚栓，在边梁外侧设有抗震挡块.支座，桥台采用四氟滑板橡胶支座，桥墩支座采用板式橡胶支座GYZ400x69（NR）型.

5.2下部构造

墩台采用柱式台、肋板台、柱式墩，桩基采用钻孔灌注桩基础，桩基础按摩擦桩设计.桥台台后设搭板，搭板下按设计范围换填砂砾.桥头防护采用锥形护坡型式.

5.3设计要点及相关参数

本结构体系为先简支后连续结构，按A类预应力混凝土构件设计.结构设计采用不同的软件进行分析；荷载横向分配系数采用刚性横梁法、刚接板法和梁格法三种计算方法进行对比分析.

5.4设计参数

混凝土，重力密度γ=26.0kN/m3，弹性模量为Ec=3.45×104MPa；沥青混凝土：重力密度γ=24.0kN/m3；预应力钢筋弹性模量Ep=1.95×105MPa，松驰率ρ=0.035，松驰系数ζ=0.3；锚具变形、钢筋回缩取6mm；管道摩擦系数u=0.25；管道偏差系数κ=0.0015；支座不均匀沉降Δ=5mm；竖向梯度温度效应：考虑沥青铺装层和桥面现浇层对梯度温度的影响， 按现行规范规定取值.年平均相对湿度55%.桥面板按单向板和悬臂板进行计算.一片梁梁端支点最大反力.

6 桥梁耐久性设计、养护维修设施设计情况

6.1结构使用环境与环境作用等级

桥梁结构按照地上和地下部分进行划分，上部结构及墩柱所受的化学腐蚀取决于大气环境，场地远离滨海，路线经过区域无大气污染段落.冻融腐蚀，根据最冷月平均气温，张家口地区属严寒地区的冻融环境，河道内、沟渠内桩基、承台、系梁与墩柱均处于高度水饱和，按照《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》，其冻融作用等级为E2级. 其余滩地等潮湿区域的墩柱为D级.

6.2结构设计基准期

本工程属于重要基础设施工程，设计基准期为100年.

6.3耐久性设计要求

6.3.1混凝土强度等级及最大水胶比

设计图纸中的混凝土强度等级为结构承载力要求的最低强度等级.基于结构环境类别，对于本工程采用的混凝土氯离子的含量应尽可能降低.

5.3.2关于混凝土引气剂

对于冻融环境作用等级为D级和D级以上，须在混凝土拌和时掺加引气剂，其拌和物含气量按现行的《公路桥涵施工技术规范》规范采用.选用引气剂或引气型外加剂应有良好气泡稳定性，符合国家标准《混凝土外加剂》中有关快冻试验检测要求并能出示合格数据和在类似工程施工方法中成功应用证明.

6.3.3混凝土抗冻耐久性指数DF

全线抗冻指标统一采用混凝土抗冻耐久性指数DF值.对于河道内、沟渠内桩基、承台和墩柱部分DF值取80%，其余DF值取70%.

5.3.4施工前注意事项

施工单位应根据设计提出结构使用年限、施工环境类别及其作用等级及提出的氯离子在混凝土中扩散系数、抗冻耐久性指数等，根据提出的最大水胶比和对混凝土胶凝材料等原材料选用要求进行相应的混凝土配比设计.要求施工前应对拟采用的配合比进行试件检验达到要求后方可进行施工.

6.4结构构造和裂缝宽度限制

6.4.1构件防排水设计

桥面铺装层与桥面间，按照相关规范要求设置可靠防水层并按照排水设计要求设置桥梁泄水孔.

6.4.2构件的混凝土保护层厚度

设计文件中构件的混凝土保护层厚度为满足结构环境条件及耐久性要求的最小保护层厚度，具体采用值满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》要求对于直接接触土体浇筑的混凝土保护层厚度不得小于75mm，施工单位应根据实际情况在此基础上考虑施工误差.

6.4.3裂缝宽度限制

桥梁上部结构正常使用阶段裂缝计算宽度限值均小于0.2mm，对于预应力结构均按照部分预应力A类构件控制设计.

6.5施工质量要求与合格验收标准

在施工中应特别注意混凝土振捣均匀和密实，对于混凝土养护应特别注意初始阶段保湿养护.在施工过程中加强对混凝土裂缝控制，结合结构施工顺序，合理规划施工作业减少新浇混凝土硬化过程中收缩应力与开裂.严格按照设计文件要求控制混凝土保护层厚度.其余施工要求及验收标准，须按照《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》条款执行.

6.6需要进行的定期维修与检测项目

对环境作用等级为D、E级结构，在使用过程中定期进行检查和统计.由于环境对混凝土结构腐蚀作用主要体现为钢筋的锈蚀和混凝土腐蚀或损伤，在定期检查中着重于结构表面混凝土有无顺筋开裂及保护层剥落的状况发生.由于结构个别部位的使用年限不一定能达到与主体设计基准期相同，如桥梁支座、伸缩缝、泄水孔、桥面铺装等，对这些部位进行定期观察，遇损及时维修.

7 结论

通过样田1号大桥改建工程对该桥设计进行分析.在桥梁设计过程中只有严格按照设计标准及技术指标进行设计、正确描绘地质状况、采用科学合理的上下部构造才能保证桥梁在设计方面科学合理，保证桥梁结构性能要求.

参考文献

[1].JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社.2004.

[2].JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3].JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[s].北京：人民交通出版社.2007.