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總體布置與構造

1圓心角

圓心角反映了曲線橋梁的彎曲程度，對整體式橋臺曲線箱梁橋的受力與變形影響較大，故對圓心角的選擇要慎重，當圓心角較大時應注意控制主梁的彎扭剛度比及加強樁基的抗彎－扭設計。

2跨徑布置

一般而言，連續梁橋合理的邊中跨比例為0．55～0．90，連續剛構橋為0．50～0．69。而整體式橋臺曲線箱梁橋允許使用較小的邊跨與主跨的比例，這是由于整體式橋臺自身的重力可以充當一個向下作用的砝碼，同時也允許樁基在受到向上作用力時發揮樁基的摩擦作用。因此，整體式橋臺曲線箱梁橋合理的邊中跨比例范圍較為廣泛（根據計算分析，本文建議，合理的邊中跨比例可取0．45～1．00），設計也更具靈活性。

3梁高

普通等截面的箱形梁橋合適的高跨比約為1／15～1／20，而整體式橋臺曲線箱梁橋由于梁端與橋臺固結的特殊構造，增大了主梁的抗扭性能，彎扭剛度比減小，故高跨比比一般曲線箱梁低。因此，整體式橋臺曲線箱梁橋可選用具有較小建筑高度的“扁箱截面”來更好地滿足橋下凈空的要求。根據計算分析，本文建議其合理高跨比取1／17～1／20。

4極限橋長

連續曲線箱梁或連續曲線剛構橋等傳統橋型可以通過“若干聯”和“一聯多跨”的結合形式解決橋長的問題，因此它不存在極限橋長，而只有從經濟技術角度考慮的“經濟跨徑”和以材料強度指標為限制條件的“極限跨徑”。然而，整體式橋臺曲線箱梁橋由于特殊的橋臺結構構造及結構－土的相互作用，使得橋長必須控制在一個合理范圍內，即不能超過“極限橋長”。這個極限長度取決于橋臺所能承受的最大切向位移或主梁所能承受的最大徑向位移。橋臺所能承受的最大縱向位移根據樁的類型取決于不同的因素：當采用鋼樁基礎時，橋臺的開裂限制了極限位移，而采用混凝土樁時，樁的開裂限制了極限位移。而主梁所能承受的最大徑向位移取決于主梁－支座的滑動摩阻力和樁基屈曲失穩前所允許的最大變形。

目前，見諸報道的整體式橋臺曲線橋的實橋建設中最大橋長達到358m（圓曲線部分長297m，圓心角4°45′），文獻的計算分析也表明了長聯、大圓心角的整體式橋臺曲線箱梁橋（橋長240m，圓心角53．9°）工程應用的可行性。可見，盡管整體式橋臺曲線箱梁橋有著“極限橋長”的限制，但它還是具有廣闊的應用空間。在目前國內還沒有足夠工程實例的情況下，建議此類箱梁的“極限橋長”為240m。

5主梁截面形式

由于單箱單室具有受力明確、施工方便及材料用量少等優點，所以對整體式橋臺曲線箱梁橋的上部結構而言，當橋寬≤14～20m時，可優先考慮單箱單室截面形式。對于更寬的橋面，一是分幅建設，二是增加箱室，三是增加兩側挑臂長度。當橋梁跨徑較大時，可以根據技術經濟比選來考慮采用鋼箱梁、鋼－混凝土組合箱梁或設置FRP輕型橋面板的箱梁。

6支承體系布置

整體式橋臺結構由于梁端與橋臺的固結而取消了梁端的伸縮縫與支座，簡化了橋梁支承體系的設計，減少了施工和維護的費用。文獻的實驗結果表明，中間墩柱支座預偏心對整體式橋臺曲線箱梁受力性能的影響比傳統連續曲線箱梁小，計算表明，當橋長或圓心角較大時，主梁的扭矩較大，可通過適當設置中間墩柱支座預偏心的方式調整主梁的扭矩分布。

7橋臺選型

整體式橋臺曲線箱梁橋的橋臺構造要能順應主梁溫度變化時的縱向位移及臺－土－樁相互作用下自身的強度要求，臺高、臺厚的尺寸及截面配筋可以根據這兩個要求進行計算確定，保證橋臺有足夠的柔度及強度，本文建議，臺高H的合理取值范圍宜控制在H／I＝1．5～2（I為橋臺的縱橋向厚度）。另外，由于溫度等作用，曲線梁體內外弧長的伸縮變形量不同而使橋臺將繞豎軸發生一定量的旋轉，這將導致臺后土壓力的重分配并可能造成橋臺及翼墻的局部開裂，因此在橋臺的選型及構造設計中應分析計算旋轉量的大小。

8樁基選型

樁基選型的主要參數是樁的類型（混凝土樁或鋼樁、圓樁或矩形樁）、尺寸及強弱軸的朝向。從檢索到的文獻資料來看，國外（尤其美國）在整體式橋臺橋梁的臺下樁基選型時常采用預制的H型鋼樁，而就我國目前的實際工程而言，更多的是采用就地灌注的鋼筋混凝土樁。本文建議，當采用鋼筋混凝土矩形樁時，樁基的長細比宜控制在40～80，并設置成繞強軸彎曲，以改善樁基的受力性能；而當采用鋼筋混凝土圓形樁時，建議樁徑≤1．0m。整體式橋臺曲線箱梁橋的臺下樁基除了受軸向壓力作用外，還同時受彎矩、扭矩和橫軸向力的作用，呈現出“壓－彎－扭”的復雜受力狀態，并可能發生縱向撓曲而壓屈失穩，因此按樁身材料強度確定單樁承載力時，除了需驗算樁身截面強讀外，還應進行樁身壓屈穩定的驗算。按極限狀態設計方法對樁身承載能力穩定性和裂縫寬度的驗算可參照現行《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTGD62－2004）》執行。

關鍵構造設計

1橋臺－主梁結點構造

橋臺－主梁結點構造是整體式橋臺縱向抗彎剛度及有效傳遞主梁縱向位移的主要影響因素之一，一般采用剛性連接或半剛性連接。鑒于整體式橋臺曲線箱梁橋梁端彎－剪－扭耦合的復雜受力狀態及梁端的固接有利于提高上部結構的整體抗扭性能，該類橋梁的橋臺－主梁結點采用剛性連接（固接）比較合適。設計結點構造時，當主梁為混凝土結構，可在橋臺與主梁中預留連接鋼筋，通過連接鋼筋焊接后的現澆混凝土接縫，實現橋臺和主梁的剛性連接（如圖1）；而當主梁為鋼結構時，橋臺與主梁一般采用螺栓連接（如圖2）。

2橋臺－樁帽結點構造

橋臺－樁帽結點構造主要是確定樁帽與橋臺的連接強度（固接或鉸接）。樁帽與橋臺固接（如圖3），可以保證橋臺與樁帽間彎矩的順利傳遞，符合整體式橋臺橋梁整體施工的概念和受力特性。而樁帽與橋臺鉸接（如圖4）可以減輕樁基對上部主梁的約束，減小主梁端部的彎矩和應力，但同時也可導致樁基彎曲變形的曲率和應力增大。綜合考慮兩種結點構造對結構受力性能的影響及施工的難易程度，建議整體式橋臺曲線箱梁橋的橋臺－樁帽結點構造采用固接形式。

3臺后搭板構造

對整體式橋臺橋梁而言，臺后搭板已不再是單純的路橋銜接設施，由于它與橋梁結構緊密聯系，也將與梁體一起受力，共同變形。而且，搭板可以減少邊跨的最大彎矩，對連續梁結構的邊跨受力有利［7］。搭板構造設計的主要參數是搭板的長度、斜度及與橋臺的連接。為了防止開裂，可在搭板表面涂上瀝青或使用鋪裝層，并在橋臺背墻的結點處設計成能夠相對轉動的布筋形式，以適應一些不可避免的轉動（如圖5所示）；為了防止沉降，可在搭板下增設枕梁或將搭板設計成埋置式搭板，同時，注意選擇板下填料的類型并控制填料的變形（如圖6所示）。為防止或減小溫度等作用下橋臺處的轉動，可參照斜橋中的構造處理，在臺后選用摩擦板。

4搭板－路面接縫構造

已有的研究表明，下部結構對上部主梁在溫度作用下縱向位移的約束并不大，大部分位移量最終通過臺后填料和搭板傳遞到搭板與路面的接縫，使其得以容納和吸收。因此，接縫的寬度確定和填料的構造處理至關重要。接縫的寬度可由計算確定，縫內填料目前常用瀝青或硅膠混合料。為了更好地改造和替代容易出現病害的傳統伸縮縫，上世紀70年代，英國首先研發了一種TST伸縮縫（全稱叫“TST碎石橋梁彈性接縫”），已在一些國家得到應用。這種伸縮縫具有彈性恢復力高、低溫柔性好、高溫穩定性好、使用壽命長、舒適性好等諸多優點。目前國內也有采用彈塑性改性瀝青來替代橋梁伸縮縫裝置的（圖7），其由高黏彈性材料組成，常溫下呈彈塑態，與前、后的橋面或路面形成連續體，橋面平整、無縫，因而行車更平穩、舒適，震動及噪音小。該類伸縮縫施工時，不需裝設專門的伸縮構件和梁端預埋錨固鋼筋，施工方便快捷，鋪裝1h后即可開放交通。用改性瀝青修復已損壞的橋梁伸縮縫時，可半幅施工，半幅通車，不中斷交通，不修便道，能節省大量資金，使用壽命長。本文建議可以結合這種彈塑體的配方設計和應用性能進行進一步改進，將其引入作為整體式橋臺曲線箱梁橋的搭板－路面接縫，以更好地適應和吸收主梁的縱向位移。

5臺后和樁側填料選擇

為了使橋臺和樁基更好地將主梁的縱向位移往臺后傳遞，臺后和樁側填料的選擇至關重要。樁側填料宜選用松散砂土，而臺后填料為了避免搭板的沉陷與開裂，要求保證足夠的壓實度，宜選用密實砂土并選擇合理的級配，但當密實砂土無法使橋梁梁體徑向位移滿足設計要求時，建議改用密實度或彈性模量更小的填料，如EPS泡沫材料（如圖8所示）。

結語

整體式橋臺曲線橋梁的設計理論研究尚未見報道，這在很大程度上限制了該橋型的應用和推廣。本文通過對文獻的系統研究，對整體式橋臺曲線箱梁橋概念設計中的若干核心問題進行總結和分析，提出了相關建議，為實際工程的設計應用提供借鑒。

（1）總體布置中，當圓心角較大時應注意控制主梁的彎扭剛度比，及加強樁基的抗彎－扭設計；合理的邊中跨比取0．45～1．0，高跨比取1／17～1／20；臺高H宜控制在H／I＝1．5～2（I為橋臺的縱橋向厚度）；當采用鋼筋混凝土矩形樁時，樁基的長細比宜控制在40～80，并設置成繞強軸彎曲，而當采用圓形樁時，建議樁徑≤1．0m。

（2）構造設計中，建議橋臺－主梁結點采用剛性連接（固接），橋臺－樁帽結點構造采用固接形式；搭板設計應重點考慮長度、斜度及與橋臺的連接形式；樁側填料宜選用松散砂土，臺后填料宜選用密實砂土；可通過改進TST彈塑體的配方設計和應用性能，將其引入作為搭板－路面接縫。

作者：林志平單位：福建省高速公路有限責任公司