沙塘坝大桥初设说明.doc

沙塘坝大桥初步设计说明 第 12 页 共 12 页
沙 塘 坝 初 步 设 计 说 明

重庆市交通规划勘察设计院
一、技术规范及技术标准
1.主要技术规范
①、交通部颁发《公路工程技术标准(JTGB01-2003)》；
②、交通部颁发《公路桥涵通用设计规范（JTG D60-2004）》；
③、交通部颁发《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）》；
④、交通部颁发《公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）》；
⑤、交通部颁发《公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）》；
⑥、交通部颁发《公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）》；
⑦、交通部颁发《公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ025-86）》；
⑧、交通部颁发《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D610-2005）；
⑨、《日本高速公路设计要领》（2006年版）
⑩、《波形钢腹板桥设计与施工指南》（2005年版）
2.设计标准
①、公路等级：四车道高速公路
②、桥梁宽度：2×11.00（行车道）+2×0.5m(防撞护栏)+0.5m（分隔带）=24.5m
③、设计车速：80km/h
④、荷载标准：公路I级
⑤、地 震：地震动峰值加速度0.05g，反映谱特征周期0.35S
二、主要材料
⑴．混凝土
①．预应力混凝土T梁：预制T梁:C50;封锚端及现浇桥面板：C50
连续刚构上部结构：C60
②．柱式桥墩/薄壁空心墩
盖梁：C30; 墩柱：C30; 系梁：C30; 承台：C30；基桩：C30；主墩：C50；
③U型桥台
台帽：C30； 台身：C25片石混凝土； 基础：C25片石混凝土
⑵．预应力钢束
采用GB/T5224-2003标准的270级低松弛钢绞线，公称直径15.2mm，公称面积140mm2,标准强度1860Mpa.
⒀.钢材
普通钢筋采用R235和HRB335,R235标准应符合GB13013-1991的规定，HRB335标准应符合GB1499-1998的规定，焊接的钢筋均应满足可焊要求。钢板应采用《碳素结构钢》（GB700-1988）规定的Q235B钢板。
⑷．桥面铺装：9cm沥青混凝土。
三、桥位区工程地质条件
1、工程概况
拟建重庆南川至涪陵高速公路第二合同段沙塘坝大桥，起讫里程桩号为： K31+979～K32+803，共20墩两台21跨，每跨30～40m，桥长824m，桥面宽24.5m。桥面设计高程：333.98～345.24m，设计纵坡1.56%。上部构造：主桥采用84+2-140+84波形钢腹板连续刚构，下部桥墩采用带横梁双薄壁墩；引桥采用预应力混凝土T梁；下部构造：墩及基础采用柱式墩、桩基，台及基础采用“U”型台和埋置式轻型桥台，扩大基础和桩基础。
2、桥位区工程地质条件
2.1 地理位置及交通条件
沙塘坝大桥位于重庆市涪陵区龙桥镇平安村2组，有涪陵至南川公路从桥位区通过，距涪陵城区约24km，交通方便。
2.2 气象、水文
工程区属亚热带湿润季风气候，具四季分明、雨量充沛、无霜期长、湿度大、春旱、夏热、秋多绵雨、冬季多雾的特点。据涪陵区气象资料，多年平均气温18.17℃，极端最低气温-1.5℃（1977年1月29日），最高气温42.2℃（1977年8月26日）。多年平均降雨量为1140.2mm，但雨量在时间上分布不均，5-9月降雨量约占全年的65～70%，且多大雨、暴雨，最大年降雨量为1600mm，最小年降雨量为823mm，最大日降雨量为127mm。规划区常年多有伏旱，属我国夏季最热地区之一（见表1-1）。历年平均无霜期315天，年均雾日30.2天，年平均日照时数1297小时，年平均太阳辐射能345.83J/cm2（82.6kcal/cm2），为重庆市日照低值中心之一。区内地形起伏大，立体小气候较为明显，从河谷到山脊气候随着高程而变化，随着高度的增加，气温、日照逐渐减少，而霜期、降雨量、湿度等与此相反逐渐增大，受北东～北北东向山脉影响，涪陵市主要盛行东北风（7%）和北风（6%），静风率为54%，平均风速1.3m/s，最大风速为24.4m/s。
2.3 地形地貌
桥位区地形总体上两桥台高，中间低，南川台位于一走向95°的山脊近顶部，地面坡角20～45°，在坡脚局部为陡壁，近于直立；中间宽缓开阔，地面坡角2～10°，平安河从中流过，平安河河道宽6～15m，河床平缓，平面上呈“S”形展布；涪陵台位于一走向21°的陡坡中部，地面坡角40～60°。桥位区地面高程约为234.60～370.60m，相对高差为136.00m。
桥位区地貌上构造剥蚀低山地貌单元。
2.4 地层岩性
经地表工程地质测绘表明：拟建桥址区地层为侏罗系中统新田沟（J2x）组、下沙溪庙（J2xs）组，主要岩性为页岩、粉砂质泥岩、砂岩。基岩仅出露于陡坡地段，地表大多分布第四系全新统残坡积粘土（Q4el+dl），现由老到新分述如下：
2.4.1侏罗系中统新田沟组（J2x）
粉砂质泥岩：紫褐色，粉砂泥质结构，巨厚层状构造，主要由粘土矿物组成，局部含较多灰白色钙质结核，主要分布于南川台附近，分布里程K32+0～K32+150，钻孔揭露最大厚度19.90m(ZK8)。
砂岩：灰色、灰褐色，细粒结构，厚层状构造，矿物成分以石英、长石为主，岩屑、云母次之，钙、泥质胶结，主要分布于平安河以南、涪陵至南川公路南侧，地表上形成陡坎，钻孔未有揭露，分布里程K32+260～K32+310。
页岩：灰色、灰黑色，泥质结构，页理构造，主要由粘土矿物组成，与砂岩呈不等厚互层，钻孔未有揭露，分布里程K32+200～K32+310。
2.4.2侏罗系中统下沙溪庙组（J2xs）
粉砂质泥岩：紫红色，粉砂泥质结构，巨厚层状构造，主要由粘土矿物组成，局部含较多灰白色钙质结核，主要分布于涪陵台附近，钻孔未有揭露，分布里程K32+525～K32+810。
砂岩：灰色、灰褐色，细粒结构，厚层状构造，矿物成分以石英、长石为主，岩屑、云母次之，钙、泥质胶结，主要分布于平安河以北平缓开阔地段，地表上形成陡坎，钻孔揭露最大厚度16.40m(ZK10)，分布里程K32+390～K32+525。
页岩：灰色、浅灰黑色，泥质结构，页理构造，主要由粘土矿物组成，与砂岩呈不等厚互层，钻孔未有揭露，分布里程K32+390～K32+525。
2.4.3第四系全新统残坡积粘土（Q4el+dl）
粘土：紫红、紫褐色，可塑状，摇震无反应，干强度中等，韧性中等，稍有光泽，分布于桥位区大多数地段。
2.4.4第四系全新统冲洪积卵石土（Q4al+pl）
卵石土：灰褐色、灰色，稍密，湿，分布于平安河道及岸边，卵石岩质主要为灰色砂岩、灰色灰岩等，呈棱角状，磨圆度较差，直径一般5～80cm，大者可达2.00m，其间充填细砂，钻孔未有揭露。
2.5地质构造及地震
拟建桥位区地质构造位处梓里场背斜西翼。岩层呈单斜状产出，岩层产状295°∠43°。
据地表工程地质测绘，桥位区裂隙较发育，根据岩体露头量测统计，主要发育2组构造裂隙：
①组裂隙，其产状为61～94°∠55～60°，地表多呈微张～张开状，面较平直，大部无充填，局部充填粘土，延伸5～8m，间距为0.3～1.5m；
②组裂隙，其产状为151～168°∠43～67°，微张～张开状，面平直，无充填物，延伸4.0～6.0m，间距为0.4～2.0m。
据四川省地震办公室（1977）《四川地震目录》，该地区及其附近较大区域内曾发生过七次较大的地震，其中五次有较详细记载（见表2.6）。其中最大的一次为1856年6月10日小南海地震，小南海湖区和两侧破坏的山体，即为当年地震留下的痕迹。此后一百多年未发生过灾害性地震。
根据《中国地震动峰值加速度区划图》GB18300—2001图A及《中国地震动反应谱特征周期区划图》GB18300—2001图B，桥址区地震动峰值加速度为0.05g，对应的地震基本烈度Ⅵ度，反应谱特征周期为0.35s，其抗震设计建议按《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89执行。
2.6水文地质条件
2.6.1地下水类型及富水性分析
通过对桥位区工程地质测绘，大桥跨越之平安河，属一常年性流水河流，源头为魏东水库及沿线溪沟，排泄于乌江。河床宽10～13m，流量约1.0T/S（2008.10.11），勘察时溪沟水位236.00m，最高洪水位238.0m，洪水流量约15.0T/S。
在里程K32+668处有一水渠，其源头为魏东水库，为桥位区一小型发电站引水渠道，其流量约为1.0T/S（2008.10.16），其流量受人为控制。
场地内地下水主要为土层孔隙水和基岩裂隙水。桥址区两桥台地势陡，有利于地表水及地下水排泄，且多在雨季存在，水量变化大且贫乏，径流短，排泄快。基岩裂隙水主要分布在J2xs、J2x地层中，其含水量较小，分布不均，无统一的水位面。粉砂质泥岩、页岩为桥位区主要相对隔水层。粉砂质泥岩的基岩裂隙中，无统一水位；桥址区主要接受大气降水补给，并具有就近补给就近排泄的特点。
2.6.2地下水水质特征及评价
本次初勘，于拟定钻孔ZK9中进行简易抽水试验。终孔后即进行抽水试验，抽水结束后24小时水位无恢复，故场地内地下水缺乏。
据平安河下流C线平安大桥工点采集水样分析结果表明：区内地下水化学类型为S042-、HCO3-—Ca2+、Mg2+型水。根据《公路工程地质勘察规范》JTJ064—98附录D判定，地表水及地下水对砼物无结晶类、分解类、结晶分解复合类腐蚀。
2.7不良地质现象
据野外工程地质调绘和钻探揭露，在涪陵台北西侧分布有一卸荷裂隙带、危岩及崩塌堆积体，在斜坡上正处于涪陵台正上方。分布于里程K32+865～K33+115段以南，坡顶危岩体由二层陡崖组成，上层陡崖长300m，宽约23m，地表出露好；高约20m，下层陡崖长220m，宽约13m。陡崖正下方坡面为厚1～2.5m崩坡积块石土层，分布范围长205m,平均宽度130m，局部可见方量达113m3的砂岩块石。由于卸荷裂隙、危岩及崩坡积体处于桥位区涪陵台正上方，直接危胁沙塘坝大桥涪陵桥台区的安全，建议对卸荷裂隙产生的危岩进行锚固、处理对不稳定危岩大块体及坡面大孤石清除处理。由于涪陵桥台紧接K线酒店隧道进口，故危岩及崩塌堆积体分析评价详见K线酒店隧道报告。
拟建大桥于里程K32+683处与在建南涪铁路相交，据相关资料，交点处南涪铁路为路基形式，设计路面标高约280m；相交点处南涪公路为沙塘坝大桥，大桥设计标高344m，南涪铁路路基位于大桥桥墩区，由于南涪公路后于该段铁路施工，建议设计时准确测量该路基的位置及标高，使桥墩跨越该路基，同时桥墩基坑开挖时注意保护铁路基础的安全。
此外，桥址区无滑坡、采空区、泥石流等其它不良地质现象。
3、岩土体工程地质特征及持力层选择
3.1土体工程地质特征及主要物理力学性质
粘土：紫红、紫褐色，可塑状，摇震无反应，干强度中等，韧性中等，稍有光泽。厚度变化大，承载力低。
3.2岩体工程地质特征、主要物理力学性质及工程地质强度分级
3.2.1岩体工程地质特征
桥址区下伏基岩为侏罗系中统新田沟（J2x）组、下沙溪庙（J2xs）组页岩、粉砂质泥岩、砂岩。据《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007，将场地钻探深度内的基岩划分为强风化带和中风化带。砂岩质较硬，强度较高，抗风化能力较强，为较软岩；粉砂质泥岩、页岩岩质较软，强度低，抗风化能力弱，地表多风化呈碎屑状，层间结合较差，为软岩。
3.2.2岩体主要物理力学性质及工程地质强度分级
据室内试验结果及邻近工点试验结果，桥位区砂岩frk=15.59MPa＜30MPa，属较软岩类。粉砂质泥岩南川台frk=3.60Pa＜5MPa，为极软岩，涪陵台参考酒店隧道进口岩样CZK17-1试验成果，frk=10.48Pa＜15MPa，为软岩。
3.3持力层选择及设计参数建议值
3.3.1 桥位区各墩（台）基础持力层选择
桥位区内，第四系土层分布不均，厚度变化大，工程特性差，不能作为桥位墩（台）基础持力层；强风化基岩承载力低，岩体破碎，但厚度大，局部能满足桥位墩台基础对持力层的要求，可选作桥位墩（台）基础持力层；中风化基岩岩体较完整，厚度大，承载力高，是桥位墩（台）基础理想的持力层。建议选择中风化基岩作为基础持力层。
3.3.2设计参数建议值
据本次勘察野外鉴别及地区经验，桥址区岩土设计参数建议值见表3.3.2。
表3.3.2 岩土设计参数建议值表
项目

岩土
名称
天然重度(g/m3)
单轴抗压强度
（MPa）
岩、土的承载力基本容许值（KPa）
抗剪强度
基底摩擦系数
临时边坡允许值
C
（Mpa）
φ
（°）
天然
饱和
中风化粉砂质泥岩(南川台)
2.58
6.15
3.60
300*

0.4
1：0.2
中风化粉砂质泥岩(涪陵台)
2.61
15.83
10.48
800*

强风化粉砂质泥岩

250*

0.3
1：0.75
中风化砂岩
2.51
21.14
15.59
1200*

0.6
1：0.2
强风化砂岩

500*

0.5
1：0.5
粘土

250*

0.25
1：1
备注：带“*”为经验值。
四、桥孔总体布置及设计方案
4.1桥孔总体布置和桥型方案
（1）桥孔布置和桥型方案选择的原则
桥孔总体布置和桥型方案的拟定，主要遵循以下原则：
A、由于桥梁地面与桥面高差最高达120多米，所以桥型宜选择大跨径的桥梁，将主墩布置在施工方便、地质条件较好的位置，选用较合理的基础型式和施工方案，以降低工程造价。
B、方案应考虑施工快捷、简便，技术成熟，确保大桥尽快竣工投入使用。
C、采用经济性较好的桥型方案，同时采用先进的技术手段，以利于降低工程造价。
D、根据工可的桥型方案布置，主桥适宜，较为经济，且施工技术成熟，便于施工组织，节省工期。
(2)桥孔布置和桥型方案
结合工可的桥型方案布置及综合比较，本桥采用连续刚构桥为宜，其造价相对较低，技术难度不大，便于施工组织，节省工期。但考虑到预应力混凝土连续刚构桥目前普遍出现的后期跨中下挠和腹板开裂问题，特提出采用84+2-140+84m的波形钢腹板连续刚构作为推荐方案。
波形钢腹板预应力混凝土箱形梁就是用波形钢板取代预应力混凝土箱梁的混凝土腹板作腹板的箱形梁。其显著特点是用10mm左右厚的钢板取代厚30～80cm厚的混凝土腹板。鉴于顶底板预应力束放置空间有限，体外索的应用则是波形钢腹板预应力混凝土箱梁的第二个特点。这两个构造特点使波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁与预应力混凝土箱梁桥相比有如下优点：
1、经济效益显著，节省建筑材料：采用波形钢腹板代替厚重的砼腹板，减轻了上部结构的自重20～30%, 从而使上、下部结构的工程量获得减少，降低了工程总造价。
2、提高预应力效率，改善结构性能：波形钢腹板的纵向刚度较小, 几乎不抵抗轴向力, 因而在导入预应力时不受抵抗, 纵向预应力束可以集中加载于顶、底板, 从而有效地提高预应力效率。
3、提高了材料的使用效率：在波形钢腹板PC 箱梁桥中, 砼用来抗弯, 而波形钢腹板用来抗剪，弯矩与剪力分别由顶、底板和波形钢腹板承担，其腹板内的应力分布近似为均布图形, 而非传统意义上的三角形, 有利于材料发挥作用。
4、提高了断面结构效率：波形钢腹板PC 箱梁桥中的砼均集中在顶、底板处, 回转半径几乎增加到最大值, 大大地提高了截面的结构效率。
5、自重降低, 抗震性能好。
6、可减少现场作业, 加快施工进程，悬臂浇注时钢腹板可用作挂篮的组成部分、顶推施工时可以用腹板作导梁、现浇时可省略腹板模板。
7、对悬臂施工的桥梁减少了节段数量, 缩短了工期。
8、体外预应力筋可以替换, 便于桥梁的维修和补强。
9、避免了腹板开裂问题, 耐久性能好。
第一座采用波形钢腹板PC 组合箱梁结构的桥梁是法国Campenon Bernard (简称CB) 公司于1986年修建的Cognac 高架桥。日本在20 世纪80 年代末从法国引进波形钢腹板PC 组合箱梁桥技术,现已建造了上百座波形钢腹板桥梁。目前，日本已建成的最大跨径波形钢腹板连续梁桥为主跨136.5m的下田桥。
国外已建成主跨100m以上的波形钢腹板连续梁或连续刚构桥见表4.1。
表4.1 国外已建成主跨100m以上的波形钢腹板连续梁或连续刚构桥
桥名
结构形式
跨径布置
建成年份
德国Altwipfergrund 桥
3 跨连续梁
北线81.5+115.0+81.4，南线84.6+115.0+80.5
2001
日本锅田西高架桥
3 跨连续刚构
59.0+125.0+59.0
2001
日本大内山川第二桥
7 跨连续刚构
49.0+2×66.0+120.0+57.0+43.0+34.0
2002
日本下田桥
4 跨连续刚构
44.3+136.5+48.9+38.4
2002
日本游乐部川桥
3 跨连续梁
65.7+102.5+65.9
2004
日本濑户川桥
3 跨连续刚构
65.8＋116.2＋65.7
2008
日本冈田川桥
3 跨连续刚构
65.1＋113＋65.1
2006
日本吉原高架桥
3 跨连续刚构
77.8＋135＋65.0
2008
我国已建成的波形钢腹板桥梁有长征桥(3 跨连续梁18.5＋30＋18.5m)，泼河大桥(4 跨连续梁30＋30＋30＋30m)，大堰河桥（单跨简支梁桥，23.7m）。
国内正在建造的大跨径波形钢腹板梁桥有鄄城黄河公路大桥（主桥为70m＋11×120m＋70m的波形钢腹板预应力砼连续箱梁桥）和深圳南山大桥（跨径布置为80+130+80m的连续刚构桥）。
基于以上分析，并根据初步计算结果，主跨140m的波形钢腹板连续刚构方案在本桥现有技术标准和荷载标准下，在技术上是可行的。
4.2 结构设计方案
主桥跨径组合为84+2-140+84米波形钢腹板连续刚构，主桥长度448米，边跨与主跨度的比L1/L2=0.6。
波形钢腹板连续刚构上部结构采用预应力混凝土箱梁，采用了左右幅分幅设计，主梁采用单箱单室结构，箱顶宽12米，底宽6米。箱梁腹板设计除端横隔及根部墩上零号和1号采用混凝土腹板或钢-混凝土组合腹板外，其余节段腹板均为波形钢腹板。波形钢腹板钢材为Q345qc,其波折形状按日本标准1600型采用，厚度 图1 波形钢腹板参数（mm）
为12～24mm，腹板形式为直腹板。具体参数见图1.
A、一般构造
主跨140米：箱梁跨中梁高4米，主墩顶根部梁高采用7.8米。主墩单“T”箱梁梁高采用半立方抛物线变化。箱梁跨中底板厚度25厘米，箱梁跟部底板厚度100厘米，厚度变化采用2次抛物线变化。波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥较之通常的预应力混凝土箱梁桥的一个弱点是横向刚度、扭转刚度、畸变刚度有较大的降低。设置箱内横隔板有利于提高波形钢腹板箱梁的扭转刚度，参照已有桥梁的经验，本桥于跨中设了四道横隔板，于边跨设了三道横隔板梁。为满足桥面横坡和减轻结构自重，将箱梁顶板设置成带有横坡的型式，使桥面铺装厚度横向一致。箱梁混凝土采用C50。由于波折形状采用1600型，波形钢腹板重量比预应力混凝土要轻，结合有利施工、缩短悬臂浇注周期、降低施工钢材数量的原则考虑，主梁悬臂浇注梁段长度划分为4.8米，最大悬臂浇注梁段重量控制在200吨内。
B、预应力布置
箱梁采用三向预应力混凝土结构。
纵向预应力：波形钢腹板纵向预应力钢束分两种，体内束和体外束。体内束设置同通常的预应力混凝土连续刚构，主要用于承担一期恒载及施工时的临时荷载，而体外束的作用则用于承担二期恒载及运营阶段的活载。体内纵向预应力钢束分为顶板束、腹板束和底板束三种束型。所有纵向预应力采用大吨位群锚体系，顶板束和腹板束采用15φs15.24钢绞线，边跨、中跨底板束均采用11φs15.24钢绞线。由于本桥主跨跨径大，拟采用真空吸浆新技术来克服预应力钢束管道过长引起的孔道压浆困难。体外纵向预应力钢束采用19φs15.24mm钢绞线做成的环氧喷涂无粘结成品索，锚具采用可调可换式体外束专用夹片式锚具。体外束于全桥合拢后张拉，待二期恒载施工后再次调整张拉力，以使梁的受力达到最佳状态。
由于车辆通行等种种因素会引起结构于体外索产生振动，如果索体的字振频率与整个结构的振动频率相近时，可能出现共振，给整体结构的安全带来隐患。为使索体自由段的振动频率不与整体结构的振动频率接近，必须在适当距离安装减震装置使索体的自由段的振动区间变短并给索体适当的减振，以避免索体产生有害的振动。
横向预应力：本方案箱梁悬臂宽度较大，设置横向预应力钢束来抵抗横向内力，横向预应力采用扁锚体系，间距0.8米，规格为BM15-2，采用一端张拉、另一端固定的锚固方式，张拉端与固定端沿桥纵向交错布置。
竖向预应力：由于采用了波形钢腹板，因此只需在0号块内布置竖向预应力。竖向预应力施加采用钢绞线，锚具采用M15DHS型，竖向预应力钢筋的纵向间距为80厘米，单腹板内按双排布置。
C、波形钢腹板的连接
（1）波形钢腹板与混凝土顶底板的连接
波形钢腹板与顶底板的连接，功用在传递桥轴方向的剪力，抵抗由车轮荷载产生的横向顶板角隅弯矩，是确保波形钢腹板与预应力混凝土顶底板共同受力的关键构造。波形钢腹板与混凝土顶底板的连接应保证在运营寿命期内的耐久性，故必须能防腐蚀且必须具有较好的对抗因活载导致的耐疲劳性，应通过耐荷性试验等方法并考虑构造合理性、施工可行性、耐久性等因素来选择波形钢腹板与混凝土顶底板连接构造。图2 波形钢腹板混凝土顶底板的连接
本设计为确保连接的可靠性，按日本波形钢腹板桥建设经验，波形钢腹板与混凝土顶底板的连接采用波形钢腹板顶端焊有翼缘板与穿孔板的Twin－PBL键连接方式，与底板的连接则采用S－PBL与栓钉连接方式。（连接示意图如图2所示）。
（2）波形钢腹板与横隔板的连接
波形钢腹板与端横隔板的连接按与桥轴方向弯矩伴同产生的竖向剪力来验算，其连接方式类似于波形钢腹板与混凝土顶底板连接，其连接方式主要有三种：①开孔钢板混凝土销连接；②角钢剪力键连接；③单PBL和支柱剪力键的并用连接（示意图如图3）。经过比较，本设计采用开孔钢板剪力键连接。其主要优点有：1）不需要焊接，施工便利；2）耐久性好，不易发生疲劳破坏，而且，由于在过渡段采用 图3 开孔钢板角钢剪力键连接
了内衬混凝土的组合腹板形式，对受力和耐久性都是极为有利的。波形钢腹板与中横隔板连接采用PBL剪力连接键，目的为保证腹板与横隔板的变形协调与加大横向刚度。
（3）波形钢腹板之间的连接
波形钢腹板的各节段之间一般通过高强螺栓或现场焊接的方式连接（如图4），考虑到现场施焊的不易，参考日本成功经验本设计选择了重叠贴角焊接形式，为焊接方便于连接处设计了螺栓临时连接。

单面摩擦连接 折角单面摩擦连接

对接坡口焊接 重叠贴角焊接
图4 波形钢腹板之间的连接方式
（4）组合腹板
在墩身节段与标准波形钢腹板节段之间为平顺剪应力传递与承担较大剪应力设有钢－混凝土组合腹板，钢－混凝土组合腹板外侧角采用波形钢板，但内侧加设混凝土内衬。内衬混凝土仅在于加强波形钢腹板抗剪能力，其自身抗剪力仅作为安全储备，内衬混凝土与波形钢腹板连接采用栓钉连接。
D、下部结构
主墩均采用双薄壁墩,墩身横桥向宽度为6.5米。顺桥向宽度均为6米。主墩承台下设置群桩基础,左、右幅主墩桩基均为6根直径为Φ200cm。
交界墩墩身采用柱式桥墩，桩基础。墩柱直径为3米，桩基直径为2米。
E、引桥
引桥上部结构采用30米先简支后结构连续T梁。横桥向设置5片T梁，预制梁梁高2.4米,预制宽度2.4米，左(右)幅桥宽均为12米。下部结构采用柱式桥墩、桩基础。
F、桥台
两岸桥台均采用重力式U型桥台。
G、桥面铺装
桥面铺装均采用8cmC50防水砼+9cm沥青砼。
五、结构分析的初步成果
5.1 概述
波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的总体受力与通常的预应力混凝土箱梁类似，其设计计算亦类似，故总体设计计算可用通用桥梁设计软件完成，唯因其剪力系由波形钢腹板承担，而关于波形钢腹板的剪切屈服、剪切屈曲问题，我国现有桥梁设计通用软件无此项内容，故需用日本有关规范、标准另行计算。有关钢板与混凝土顶底板的连接属钢-混凝土组合结构设计内容，我国现亦缺乏相关设计软件。如上述，波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥设计计算总体受力分析可分为纵向弯曲、横向框架、纵向扭转畸变等三部分。验算内容总体可分为顶底板纵、横向承载力及应力验算、波形钢腹板屈曲验算、波形钢腹板与顶底板连接和波形钢腹板自身连接验算。波形钢腹板预应力混凝土箱形连续梁桥设计检算项目包括：设计荷载作用时的安全性、极限荷载作用时的安全性、疲劳的安全性、施工的安全性。
5.2 整体纵向弯曲分析
桥梁通用软件Midas已包含波形钢腹板的纵向变曲分析内容。但关于波形钢腹板的屈服、屈曲与连接计算。因技术进步原因需按“日本高速公路设计要领”作补充验算。
考虑空间组合结构空间受力的复杂性参照日本与郾城黄河桥设计经验，Midas分析考虑了两种工况：悬臂施工状态及运营状态。
（1） 纵向弯曲分析成果汇总如下表
表5.2-1 初步分析成果汇总表
编号
应力状态
截面位置
计算最值（MPa）
规范限值（MPa）
是否满足
1
施工过程最大悬臂状态
墩顶
上缘
1.41
-1.85
满足
下缘
10.73
22.7
满足
2
正常使用短期效应组合
墩顶
上缘
-0.6
-1.855
满足
140米跨中
下缘
5.01
-1.855
满足
3
正常使用长期效应组合
墩顶
上缘
0.3
0
满足
140米跨中
下缘
6.0
0
满足
4
持久状况应力
墩顶
下缘
15.8
16.2
满足
注：上表中负值为拉应力，正值为压应力。
挠度计算：截面最大位移0.16mL/600=0.23m，满足规范；
承载能力：全部截面的极限强度承载能力均满足要求；
预应力钢束：在使用阶段受拉区钢绞线应力均未超过0.65，满足规范要求。
5.3、波形刚腹板的剪切计算
波形钢腹板预应力混凝土桥的竖向剪力假定由波形刚腹板承担，且由于波形刚腹板预应力混凝土箱梁抗扭刚度较一般预应力混凝土箱梁桥要小很多，故设计剪力值应考虑扭转剪力的叠加。
波形刚腹板的剪切计算包括强度计算（屈服计算）与屈曲计算两部分。屈曲计算又包括局部屈曲、整体屈曲和组合屈曲三种形态屈曲验算。一般由强度计算核定波形刚腹板的板厚、由局部屈曲核定波形刚腹板的波幅宽度、由整体屈曲核定波形刚腹板的波高，即波形刚腹板的剪切计算包括了波形刚腹板主要设计参数的选定。
本设计有关波形钢腹板的计算结果及采用的参数如下表
表5.2-2 波形刚腹板的计算结果
板厚（mm）
最大板高（m）
剪应力（MPa）
12
3.165
99.38
16
2.286
109.05
20
2.897
114.51
24
3.982
107.96
从上表可以看出结果均控制在120MPa之内。本设计采用标准1600型波形刚腹板，板幅宽a=430mm，波高d=220mm，各参数如下表所示：
表5.2-3 波形刚腹板参数表
板厚t（mm）
12
16
20
24
板高h（mm）
2.615
2.286
2.892
3.982
t/h
0.00554
0.007
0.00692
0.00603
波幅宽a（mm）
430
430
430
430
a/h
0.203
0.1881
0.1482
0.108
波高d（mm）
220
220
220
220
d/h
18.333
13.750
11.00
9.167
5.4 波形钢腹板的连接计算
波形钢腹板的连接计算包括波形钢腹板与顶底板的连接计算、波形钢腹板之间的纵向连接计算、波形刚腹板与横隔板、墩上块内衬混凝土的连接计算。本次设计波形刚腹板与混凝土顶板连接采用Twin-PBL连接，与混凝土底板连接采用S-PBL＋栓钉连接。Twin-PBL连接剪切承载力=2×PBL连接剪切承载力，S-PBL＋栓钉连接剪切承载力=PBL连接承载力＋栓钉连接承载力。PBL键＋栓钉连接承载力计算按日本推荐的经验公式计算，计算结果如下：
1）桥轴向水平剪力作用时，必须满足式：
式中：为剪力传递器能承受的水平剪力；为连接处设计（极限）荷载作用产生的水平剪力。
a. 设计水平剪力（）的计算
=(34900+710)×1.0856/120.7754=320.08(kN)
式中：为连接处产生的设计水平剪力（单位长度内）；为设计断面竖直剪力（含预应力垂直分力）；为连接处主梁断面的一次矩；为设计断面的二次矩。
2）剪力传递器能承受的水平剪力（）的计算
Twin-PBL连接
由冲击试验知两个PBL键于极限荷载作用时的抗剪承载力，当肋间距/肋高（b/h）在1.5以上为一个PBL键抗剪承载力的两倍，即对两个PBL键的抗剪承载力可按单个PBL（S-PBL）键的2倍计算。
1）极限荷载作用时的验算
极限荷载作用时Twin-PBL连接按1个销孔的剪切承载力，可用下列土木工程学会推荐的公式计算：

式中：
：极限荷载作用时一个销的剪切承载力（N/个）
：混凝土设计压缩强度（=）
：（=1.1）
：混凝土设计基准强度
：混凝土材料系数（=1.3）
：混凝土销孔直径
：贯穿钢筋直径
：贯穿钢筋抗拉强度（=490N/mm2）
当顶底板混凝土采用强度高于60N/mm2的高强混凝土时，在与剪切作用的同时作用还有拉、压作用，此时过密配置大直接剪力销所提高抗剪能力还不明确，故应对之进行补充的验算。
另外肋的最小板厚基本上由孔间板的水平剪切确定，这部分验算按下式计算，该计算式可用于水平剪力的验算。

式中：：极限荷载作用下钢板的水平剪切承载力
：2个孔间钢板的剪切面积（=b1×t）
：钢板的屈服应力

所以满足要求。
2）当剪力满足应力限制时与桥轴成直角方向弯矩安全性验算
波形刚腹板与混凝土顶底板连接处作用有与桥轴成直角方向的弯矩（角隅弯矩）关于这方面极限荷载作用时与设计荷载作用时的安全性验算公式如下：

式中：为剪力传递器能承受的角隅弯矩；
为连接处作用的设计角隅弯矩。
a. 设计角隅弯矩的计算
连接处与桥轴方向成直角的弯矩作用（角隅弯矩），可将箱梁断面视为框架，刚架下端简支，计算可用有限元等方法进行计算，如下图

图5.4 箱梁横向计算框架图式
b.Twin-PBL键连接
a） 混凝土销剪力验算

式中：为混凝土销形成的角隅抵抗弯矩；为混凝土销上作用的竖向拉力；为混凝土销深度（波形钢腹板）；为与对应的单位长度（或一个波长）拉力侧面配置的销孔数
b） 承压应力的验算
c） 极限荷载作用时：
d） 式中：： 极限荷载作用时Twin-PBL连接由混凝土销产生的角隅抵抗弯矩。
：极限荷载作用时Twin-PBL连接作用于混凝土销孔上的竖向力
：为带孔板的间距
：与对应的单位带孔板上设置的销孔的孔数。
带孔板肋的最小板厚可由与桥轴成直角的混凝土销键承受的剪力按带孔板（肋）钢材的屈服应力确定。
所以满足要求。
式中：：极限荷载作用下钢板的设计竖向剪力
：孔的上端钢板断面面积（）
：钢板屈服应力
：设计角隅弯矩
：钢孔的间距
设计荷载作用时：
式中：：设计荷载作用时Twin-PBL连接混凝土销的抵抗弯矩
：极限荷载作用时Twin-PBL L连接混凝土销的抵抗弯矩
：设计荷载作用时验算安全系数（=0.33）
根据计算成果，本次设计拟采用参数如下：贯穿孔直径：60mm@150mm，贯穿钢筋：25mm，开孔钢板的高度为200mm，开孔钢板的间距为220mm。

六、波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的施工
沙塘坝大桥为特大型桥梁，桥梁方案跨度大，桥梁长，桥墩高，必须做到精心组织、精心设计、精心施工。开工前必须精心策划，认真做好施工组织设计，施工中应严格实行全方位监理和控制，严格按照国家和行业内部的有关规范和规定，确保按时、高质量完成大桥工程建设。
6.1 施工准备及桥位区工程平面布置
由于本桥位远离繁华城镇，桥下有一条铁路，一条公路，在项目组织过程中应与地方行政主管部门保持密切合作，做好大桥各种工作。
（1）施工单位
本桥的施工，一定要选择技术力量雄厚、设备齐全、有此类型桥梁施工经验的施工队伍来完成。
（2）施工场地布置
由于设计桥位起止点及中部均有农用车道相通。交通较方便，以方便人、机、料的运输，可在两岸陆地各设置一个拌和站。
在场地较平整的地段，可用于作为木工、钢筋等的加工车间和材料仓库。
6.2 主桥下部结构施工
主桥主墩基础的施工周期是直接关系到本桥计划工期能否完成的关键，均应采用比较方便施工的措施，以加快施工进度。
所有主墩基础全部采用群桩结构，采用钻孔灌注桩。
主墩墩身高度较高，施工难度相对较大，主墩墩身钢筋数量多，钢筋直径大，墩身混凝土标号高，为保证施工质量和进度，建议使用冷挤压套管连接钢筋，混凝土质量应严格把关，对其配合比和泵送工艺应在试验成熟后方可实施。墩身施工可采用大模、滑模或翻模施工。
交界墩和其它主墩的施工与上述方式类似。
6.3 主桥上部结构施工
6.3.1 波形钢板的制作与运输
⑴ 波形钢板所用钢材
日本波形钢腹板预应力混凝土箱梁腹板一般采用符合下列标准的钢材制作
JISG3101-1995一般结构用轧制钢材
JISG3106-1999焊接结构用轧制钢材
JISG3114-1996焊接结构用耐久性热轧钢材
下表列出了日本几座波形钢腹板选材情况
表6.1-1 日本波形钢腹板桥腹板选材
桥名
新开桥
本谷桥
前谷桥
胜手川桥
下田桥
白泽桥
钢材种类
SM490A
SM490B
SM490Y
SM490B
SM490B
SM490W
参照上述标准与工程实例及我国钢材标准，本设计波形钢板采用Q345qc。日本SM490钢与我国Q345c钢力学性能对比列表如下：
表6.1-2 SM490钢与Q345c钢力学性能对比
钢材型号
屈服点（N/mm2）
抗拉强度
（N/mm2）
延伸率（%）
比冲击功（J）
(00C时)
t≤16mm
t=16～35mm
Q345c
345
325
470～630
21
34
SM490YB
365
335
490～610
15～19
27

⑵ 波形钢板的制作
日本波形钢腹板波型已基本定型,本