谭逢刚1 兰友诚2 孙守伟3
（中国华西工程设计建设有限公司，四川，成都，610031）
【摘 要】本文结合四川省凉山州某县一山区农村桥梁设计过程，综合考虑吊装工艺、场地环境、施工水平，对逆过程设计理念进行探讨，即先确定施工方案后结构选型、再进行力学计算。基于逆过程设计理念，不仅施工便利，而且节约用地和降低工程造价，可供西部山区同类农村桥梁设计施工参考。
【关键词】施工方案；桥型选择；逆过程设计
一、工程概况
1、地理位置
拟建桥位于普格县吉乐乡，跨西罗河，属河谷地貌，两端河岸存在高差，场地内地面高程1211.5～1217.5m，最大相对高差6.0m。场地土为中软场地土，场地类别Ⅱ类，设计地震分组为第二组，特征周期值为0.40。为对建筑抗震一般地段。
桥位普格岸有1.4km村道相接于普三公路XW035，现状村道等级较低，无边沟排水设施，路基宽度仅3m,不具备吊车、拖车等大型车辆进入桥区。
2、建设的必要性
拟建桥位下游有人行吊桥1座，跨径44m，上游有车行桥1座，由于年久失修，河水长年冲刷，桥面已坍塌；故既有交通设施不能满足车辆通行，拟建桥梁作为连接普格县和吉乐乡新建村的唯一交通纽带，是两岸居民出行、生产生活的必经之路，其建设势在必行。
二、施工方案拟定
1、施工方案确定的约束条件
目前针对梁桥施工方案主要分两大类：预制吊装法和支架现浇法。
预制吊装法：在桥梁下部结构施工的同时进行上部结构梁体的预制，待下部结构混凝土强度等级达到规范要求后，进行上部结构梁体的架设，能有效的节约施工工期。
拟建桥区地处山区农村，既有道路不具备大型机械吊装条件；若需吊装梁体需要对既有道路进行加宽加固处理，周边部分民房将被拆除，桥区地形陡峭，预制场地建设困难。
支架现浇法：先施工桥梁下部结构，待下部结构混凝土强度等级达到规范要求后，再搭设支架进行上部结构施工；支架现浇法施工工期长于预制吊装法。
支架法施工有就地取材，技术成熟、便于施工、养护及有利环保等优点。
综合比较上述两种施工方法优缺点，结合工程本身特点，从施工的方案的可行性上推荐采用支架现浇法。
2、施工方案拟定
（1）支架现浇普通钢筋混凝土梁
图一 支架现浇施工工艺流程图
满堂支架应严格按照《建筑碗扣式钢管脚手架安全技术规范》和《建筑扣件式钢管脚手架安全技术规范》相关要求进行支架搭设、预压、落架施工。
（2）支架现浇预应力钢筋混凝土梁
支架现浇预应力钢筋混凝土梁除严格按照“支架现浇普通钢筋混凝土梁”工艺外，还增加预应力施工工艺，如下图示。
图2 梁体纵向预应力施工工艺流程图
考虑到后期需张拉预应力，需对支架加固处理，同时应预留张拉端槽口，工艺复杂，当地施工水平低，难以达到预应力施工工艺要求。
三、结构造型与桥型优化
从经济和施工的难易程度考虑，本文仅介绍梁式桥方案中的连续梁、简支梁及不同跨径桥型优化过程。
1、根据场地条件及行洪分析拟定桥梁孔跨布置
拟建桥位于普格县吉乐乡，跨西罗河，洪水标高取值采用实际调查50年一遇历史洪水标高，根据洪水标高对比过水断面和建桥后过水断面比较，结合路线纵断面设计确定孔跨和桥面设计高程。
设计洪水位标高1214.5m，结合现场实测河床断面，50年一遇洪水位时河道断面宽度约46m,在保证不压缩河道的情况下，桥梁总跨径拟定为48m。
2、桥型逆过程设计与桥型优化
根据行洪论证确定的桥型总跨径为48m,选取三类代表桥型进行优化比选。
方案一、3×16m单箱单室普通钢筋混凝土连续箱梁；
方案二、2×24m单箱单室预应力钢筋混凝土连续箱梁；
方案三、3-16m装配式预应力混凝土简支空心板梁。
四、力学计算与施工图设计
1、技术标准及引用规范
1）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）；
2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）；
3）《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）；
4）《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)；
5) 预应力砼连续梁均按A类预应力构件设计;
2、荷载取值及参数
计算中所考虑的荷载包括：结构自重、二期恒载、汽车荷载、预应力钢筋效应、混凝土收缩徐变和整体升降温等。
1）、结构自重：钢筋混凝土的容重取26kN/m3，结构自重根据单元体积由程序自动计算。
2）、二期恒载：二期恒载包含上部梁体结构、桥面铺装，防撞栏杆。按实际情况以永久荷载(集中荷载)的形式加载。
3）、收缩、徐变：按成桥后3650天完成计算。
4）、温度：均匀温度变化按整体升温20℃，整体降温-15℃考虑。
5）、汽车活载：公路II级。
6）、结构重要性系数：1.0。
7）、荷载组合：根据规范自动计入并进行结构验算。
8）、锚具回缩变形值：单端张拉6mm，两端张拉12mm。张拉控制应力1339MPa。
9）、车道冲击系数：按计算取值。
表1.桥型比较及优化表
3、结构安全计算
本项目采用桥梁博士V3.2.0进行结构计算。
方案一、3×16m单箱单室普通钢筋混凝土连续箱梁
计算模型及单元编号如下图所示：为50个单元，51个节点。
桥面宽度：0.5m防撞栏杆+4.5m车道+0.5m防撞栏杆= 5.5m。
图4.梁体典型断面图（单位：cm）
方案二、2×24m单箱单室预应力钢筋混凝土连续箱梁
计算模型及单元编号如下图所示：为50个单元，51个节点。
桥面宽度：0.5m防撞栏杆+4.5m车道+0.5m防撞栏杆= 5.5m。
图5.梁体典型断面图（单位：cm）
方案三、3-16m装配式预应力混凝土简支空心板梁。
计算模型及单元编号如下图所示：为36个单元，37个节点。
桥面宽度：0.5m防撞栏杆+4.5m车道+0.5m防撞栏杆= 5.5m.
图6.梁体典型断面图（单位：cm）
注：用铰接板梁法对边梁和中梁横向分布系数；计算结果得出边板活载横向分布系数大于中板。对边梁截面建立单梁模型进行纵向计算。
4、计算结论
三个方案分别通过桥博计算软件，对梁体在活载短期和长期效应组合下截面上下缘应力；承载能力极限状态下正截面强度，斜截面抗剪强度；挠度进行验算。结构验算结构满足普通钢筋混凝土（方案一）和A类预应力混凝土构件（方案二、三）要求。
五、结束语
1、施工方案可行性
西部山区特别是农村道路资源匮乏，道路通行能力与大型机械荷载不匹配，居民房屋沿道路两侧分布，吊机转弯半径不能满足规范要求，不具备大型机械吊装条件；建议采用支架现浇施工方法。
2、施工难易程度
预应力钢绞线在预应力钢筋混凝土结构中起相当重要的作用。预应力钢筋的锚下张拉应力控制和钢绞线伸长量控制，对成桥后梁体结构受力起至关重要的作用。预应力技术对施工技术力量比较薄弱山区农村很难做到，在施工过程中不加以控制导致预应力钢筋失效，对结构的危害极大。建议采用普通钢筋混凝土结构；进一步考虑施工便利性和减少模板工程量，采用单箱单室截面。
3、桥梁的后期维护和管理
结构简支桥面连续的桥梁，在大量实际工程案例中均出现桥面铺装在桥面连续处（墩顶）存在不同程度的损坏。桥梁后期管理和维护对当地居民出行带来很大的影响。
4、工程量估算及经济指标
表11.桥梁费用估算表
综合上述因素：从本项目推荐采用3×16m单箱单室普通钢筋混凝土连续箱梁。
5、逆过程设计理念的实践意义
1）具体方法
ⅰ、对施工场地的地形、地质及周边交通运输条件的调研，初步拟定施工方案。
ⅱ、通过行洪论证与河床断面形式拟定桥梁总跨径，选取几类代表桥型进行比选，优化桥型及结构。
ⅲ、针对优化的桥型结构分别建模计算，评估结构的安全性能，并初步估算工程量。
ⅳ、从施工方案的可行性、施工难易程度、桥梁结构的安全性能和经济等多方面选进行比选，选取最优方案作为桥梁施工方案。
2）意义
逆过程设计可以有效解决设计与施工的衔接问题、减少采购与施工的中间环节，顺利解决施工方案中的实用性、技术性、安全性之间的矛盾。应广泛推广EPC.PPP模式。
参考文献：
[1]范立础主编.《桥梁工程》（上册）.北京:人民交通出版社，2003年3月第一版；
[2]徐岳、王亚君、万振江编著《预应力混凝土连续梁桥设计》.北京：人民交通出版社，2000.5。
[3]中华人民共和国交通部标准.《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）.人民交通出版社，2015。
[4]中华人民共和国交通部标准.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）.人民交通出版社，2004.。
[5]李新梅.《桥涵施工与养护技术》[M],北京：人民交通出版社,2005。
论文作者:谭逢刚1,兰友诚2,孙守伟3
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年6月总第211期
论文发表时间:2016/8/11
标签：预应力论文; 结构论文; 钢筋混凝土论文; 支架论文; 桥梁论文; 桥面论文; 荷载论文; 《工程建设标准化》2016年6月总第211期论文;