陳村特大橋主橋橋型方案比選

王 雷

(廣東省公路勘察規劃設計院有限公司)

1 工程概況

陳村特大橋是廣明高速公路中一座跨越陳村水道的特大橋,兩端分別連接韋涌跨線橋、吳家圍樞紐立交。橋址處陳村水道為國家Ⅲ級航道,河道寬約 110m。航道及水利部門要求大橋不能在河中布設橋墩,必須一孔跨越陳村水道,凈高不小于 10m,橋墩外邊緣離現有河堤坡腳凈距不小于5m。由于橋位處河道狹窄彎曲,且路線與河道斜交(交角約70°),大橋一孔跨越陳村水道,需主跨采用 210m方能滿足航道及水利部門的要求。

2 主要技術標準

(1)道路等級:高速公路。

(2)路幅寬度:34.5m,雙向六車道。

(3)設計荷載:公路-I級。

(4)設計車速:120km/h。

(5)橋上最大縱坡:0.5%。

(6)設計水位:8.370m(1956年黃海高程基準),按1/300(300年一遇)考慮。

(7)通航標準(III級通航):通航凈高為10m,通航水位為8.33m(1956年黃海高程基準),按1/20。

(8)地震動峰值加速度:0.1g。

3 主橋方案設計及比選

3.1 雙塔雙索面PC斜拉橋方案

本方案為(105+210+105)m三跨雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋,全長 420m。采用設置液壓阻尼器的半漂浮體系,邊跨設置一個輔助墩以改善結構受力,并有利于施工安全。常規斜拉橋為了提高橋梁整體剛度,改善結構受力,邊中跨比一般為 0.35～0.5,但本橋跨度不大,邊中跨比取0.5,對結構受力影響不大,此比例使橋梁更加舒展,橋梁景觀效果更好。

主梁采用預應力混凝土肋板式結構,主梁頂寬 38.5m。主縱梁高度2.2,頂寬1.8m,底寬2m,局部受力需要加厚至2.6m;輔縱梁高度1.25m,寬度0.4～0.5m;橋面板厚0.3m;普通橫隔梁厚0.35m,邊墩頂橫隔梁加厚至3.5m,輔助墩頂橫隔梁加厚至 2m,主塔處橫隔梁加厚至 1.5m。主梁采用 C55混凝土,標準梁段長度為 6m。

索塔采用菱形塔。上塔柱采用箱形斷面,縱向寬度6m,壁厚1.2m,橫向寬度4m,壁厚0.7m;下塔柱采用矩形實心斷面,縱向寬度 6m。橫梁為箱形斷面,高 5m,寬度與主塔塔柱相同,為 6m,頂、底板厚度均為0.6m,腹板厚度為0.8m。索塔采用 C50混凝土。主塔采用整體式基礎,承臺厚5.5m,設 18根φ2.5m的鉆孔灌注樁。

3.2 矮塔斜拉橋方案

本方案為(128+210+128)m塔梁固結的支承體系P.C矮塔斜拉橋,采用墩梁塔固結體系,掛籃懸澆施工,邊中跨比值為 0.61。箱梁采用 C55混凝土,變高度單箱三室斜腹板截面,頂板寬 36m,底板寬 16～19m,兩側懸臂翼緣板寬7m,箱梁根部中心梁高H根=6.5m,跨中及邊跨現澆段中心梁高H中=3.5m,H根/L=1/32.3,H中/L=1/60,梁高按1.8次拋物線變化。中跨等截面梁段長 66m,邊跨等截面梁段長55.85m。箱梁斜邊腹板厚度根部為100cm,跨中為50cm;中腹板厚度根部為100cm,跨中為40cm。箱梁頂板厚度均為25cm;底板厚度變化采用 1.8次拋物線,由根部100cm漸變到跨中30cm,邊跨現澆段底板厚度均為30cm。翼緣板根部厚 40cm,端部厚 20cm,由于懸挑長度較大(達 7m),為了滿足橫向受力要求,在翼緣板下每隔 3～4m設置一道挑梁,使之與翼緣板一起成為橫向受力的T形梁結構,挑梁的根部梁高 110cm,端部梁高 30cm,梁高按R=60m的圓曲線變化。箱梁底板平置,頂板橫向設置向外2%的雙向橫坡,橫坡由內外側腹板高低形成。

索塔采用獨柱式鋼筋混凝土矩形截面塔身,塔高 30m,塔身頂部截面縱橋向寬度為5m,在距塔根部11.2m處由5m線性變寬至塔根部 6m,橫橋向保持 2.5m等寬。出于美觀考慮,在塔頂沿縱橋向設V形角,外形簡潔大方。主塔采用C50混凝土,斜拉索在塔頂的錨固采用雙鋼管鞍座結構。

主墩墩身采用雙肢墩,墩身截面采用實心的矩形截面,縱橋向寬1.8m,橫橋向寬16m,兩墩身縱橋向中距6.2m。主墩基礎由10D300cm樁基組成。

3.3 連續剛構方案

本方案為(116+210+116)m三跨預應力混凝土連續剛構,全長 442m。邊中跨比值為 0.55。橋面采用兩幅分離式主梁。箱梁采用C60混凝土,單箱單室斷面,頂板寬16.96m,底板寬8m,兩側懸臂翼緣板寬4.48m;箱梁根部中心梁高H根=12m,跨中及邊跨現澆段中心梁高H中=4.5m,箱梁梁高按1.8次拋物線變化,H根/L=1/17.5,H中/L=1/46.7;箱梁腹板厚度0#塊為90cm,1#～25#塊腹板厚為 80～70～60～50cm;箱梁頂板厚0#塊為50cm,其余均為26cm;箱梁底板厚度變化采用 1.8次拋物線,由箱梁根部 120cm漸變到跨中30cm;邊跨現澆段底板厚度由30cm漸變到80cm,腹板厚度由50cm漸變到70cm。箱梁頂板橫向設置向外2%的單向橫坡,橫坡由內外側腹板高低形成,底板保持水平。

主墩墩身采用雙肢薄壁柔性墩。墩身截面采用單箱單室結構,墩身縱橋向寬 2.2m,橫橋向與箱梁底板同寬為8m。主墩基礎由9D250cm樁組成。

4 橋型方案綜合比選

各方案綜合比較見表 1。

表1 橋型方案比選

從經濟方面考慮,主橋每平方米建安費斜拉橋方案最貴,連續剛構和部分斜拉橋方案相當,較便宜;考慮兩端引橋后,斜拉橋方案比連續剛構方案稍貴,部分斜拉橋方案最便宜,但三個方案相差不大。從橋梁美觀角度分析,斜拉橋方案均優于其他兩個方案,斜拉橋主塔高聳挺拔,主梁纖細輕盈,給人以優美的感覺,連續剛構方案橋梁較高,梁高較大,給人以較為笨重的感覺,不夠優美,部分斜拉橋方案景觀效果介于斜拉橋和連續剛構之間。連續剛構方案由于梁高較大,導致主橋較高、引橋較長,同時抬高了吳家圍樞紐立交匝道橋的高度,增加了立交的費用,整體景觀效果較差。從技術難度、施工難度、施工工期、通航要求等其他方面來說,三個方案不相上下。

經綜合比較,斜拉橋方案美觀、輕盈,同時又能降低兩端引橋和吳家圍樞紐立交的規模,施工難度不大,筆者認為斜拉橋是個比較合適的方案,值得推薦。

5 結 語

大跨度橋梁橋型方案的比選是一項綜合的、系統的工程,需要充分吸收前人的成功經驗,并結合項目本身的實際情況,在技術可行的前提下,做大量、系統、科學的分析、論證、比較和優化。力爭找到一個經濟、安全、美觀的橋梁方案。