普洱市碧云大橋合理橋型方案探討

史永康,陳懷勇,湯兆新

(1.普洱市公路開發有限責任公司,云南普洱 665000;2.重慶交通大學,重慶 400074)

1 工程概況

普洱市碧云大橋位于普洱市思茅區云仙鄉與景谷縣碧安鄉交界處的小黑江上,該橋是修建聯接思茅-景谷兩地的云碧公路項目中的控制性工程,其重要性非常突出。本橋采用(90+166+90)m的連續剛構橋,設計荷載等級為公路—Ⅱ級。橋型方案的確定必須考慮當地的地形、地質、通航要求、水電站蓄水要求等各方面的因素。

2 工程地質特點

(1)地形復雜。橋位所處地形屬低中山 ～低山河谷地貌,地形起伏變化大、相對高差 475m,山高坡陡,地勢險峻。

(2)橋梁跨越“V”形谷,橋位區枯水期河面寬 65m,水深1.1m,洪水期河面寬 120 m。兩岸谷坡略不對稱,左岸谷坡30～ 35°,右岸谷坡 40～ 45°。

(3)建設初期及建成后的通航要求不同:目前小黑江為一季節性河流,洪水期水量較大,枯水期為一山間小溪,水深很淺,水量很小,無法通航。水庫建成后,正常蓄水位為+813.0m,最高通航水位為 +813.0m,蓄水后需滿足內河四級航道通航要求;正常蓄水后,大部分主墩墩身均處于水面以下。

(4)橋位處巖石表面風化強烈,巖石節理縫隙發育,巖石破碎,工程地質條件相對較脆弱,陡坡地帶斜坡自穩能力差,地質災害的潛在隱患較大,一旦植被的破壞及人為開挖斜坡,在降雨及暴雨的作用下極易造成斜坡失穩,形成滑坡、崩塌的地質災害。

3 工程的實施要點

(1)橋址處山高坡陡、地勢險峻,橋墩較高,施工難度大,同時施工期間在不對稱施工荷載及風荷載作用下,墩身彎矩可能超出墩身的承載能力值,甚至可能傾覆失穩。

(2)橋位所在地區風速較大,基本風速為 32.0m/s,本橋在施工及運營期間,結構的抗風穩定性問題比較突出。

(3)橋位所在地區地震動峰加速度值大,且墩高較高,地震力對結構安全影響較大。

(4)水庫建成蓄水后,河道需滿足內河四級航道通航要求,通航船舶噸位達 500 t級,主墩必須滿足相應船舶墩位撞擊要求。

(5)橋位兩岸邊坡陡峭,工程地質條件相對較脆弱,陡坡地帶斜坡自穩能力差,地質災害的潛在隱患較大。在施工期間,施工平臺開挖易形成高陡臨空面,引起滑塌,影響施工安全,運營期間,庫水長期浸泡及水位升降,邊坡極易沿結構面形成滑坡,失穩,影響主墩的安全。

(6)本橋位于糯扎渡電站庫區,橋梁的建設與庫區蓄水密切相關,根據糯扎渡電站總工期論證報告成果,初擬下閘蓄水時間為 2011年11月中旬。

(7)本橋的建設位置處于景谷縣旅游中長遠規劃范圍,屬于南部科考旅游區內,總體功能定位為水域風光觀光游覽宗教朝拜發展區。因此橋型方案選擇時應注重考慮橋梁與周圍環境相協調,盡量不破壞當地的生態環境,同時,將橋梁方案的美觀性提到較高的位置,設計中充分考慮將當地的民族特色融入到橋梁選型中。

4 工程局部構造比選

(1)選擇合理的橋型方案,不僅要滿足正常運營、通航及結構安全的要求,而且要求施工方便,盡量節省造價、縮短工期,并考慮橋型美觀,融入民族特色。

(2)針對主墩墩高,地震力大,施工、運營期間靜力穩定性及抗風穩定性問題突出的特點,列出單肢箱型墩、雙肢箱型墩、雙肢實體墩三種常見墩型進行比選,并重點進行抗震、靜力穩定性及抗風穩定性的計算,以確保結構安全,同時,減少工程量,降低施工難度。

(3)對主墩進行防船撞驗算,保證主墩自身能夠滿足船撞的要求,而不必采取其它的防撞措施,節省工程造價。

(4)選擇合理主墩承臺布置方式及結構尺寸,對高樁承臺和低樁承臺進行比選,力爭減少基礎開挖工程量,降低防護難度,保證施工安全。對主墩樁基礎形式,分別列舉 6根2.5m鉆孔樁(或挖孔樁)矩形布置方式與 9根2.2m鉆孔樁(或挖孔樁)矩形布置方式進行比選,在保證結構安全的前提下,降低工程造價。

(5)結合橋位處的工程地質情況,選擇合理的邊坡防護方式,防止施工期和運營期邊坡滑塌,保證施工安全及運營期橋墩的安全。

(6)對主梁是采用雙向預應力體系,還是采用三向預應力體系進行比選,對梁底曲線過渡方式,分別列舉圓曲線、2次拋物線、1.8次拋物線及 1.6次拋物線進行比選,優化主梁受力形式,合理降低工程造價。

(7)根據地形條件及工程地質情況,選擇合理的橋臺形式,分別對重力式U型臺和埋置式輕型臺進行比選。

5 橋型方案選擇

5.1 橋式選擇

根據以上工程特點,并結合造價、工期等要求,提出主橋采用連續剛構橋,是經濟合理、切實可行的。

5.2 橋跨布置選擇

結合實地勘察結果,考慮到通航凈空要求及橋跨布置的協調性,本橋推薦采用主跨 166m變截面連續剛構跨越小黑江。因兩岸地勢較陡,如增大主跨跨徑,雖然可以降低主墩墩高,但主梁梁高必須加大,相應造價增高,工期也加長,影響水庫按期蓄水;如減小主跨跨徑,主梁梁高可以適當降低,但主墩墩高加高,施工難度加大,且主跨必須滿足通航凈空要求(下底寬 150.0m),跨徑減小的余地不大。綜合考慮工程造價、通航凈空及建設工期等因素,主跨選擇 166m左右跨徑跨越小黑江較為合理。在主跨跨徑確定的前提下,考慮到減少橋臺及基礎工程量,邊跨跨徑確定為 90m。因此,本橋推薦采用(90+166+90)m預應力混凝土連續剛構。而且適當加大或減小主跨跨徑,比選的意義也不大,故不再列其它橋跨布置方案作必選。

5.3 橋型方案確定

由于橋位處山高坡陡、地勢險峻,所在地區地震動峰加速度較大,抗震問題比較突出,主墩高較高,穩定性問題也比較突出,施工難度較大,采用不同的墩型將直接影響結構安全、工程造價及建設工期。因此,根據墩型的不同,本橋初步確定采用單肢箱型墩方案、雙肢箱型墩方案及雙肢實心墩方案三種不同的橋型方案進行比選。

初步計算表明,EⅠ波地震力作用下,單肢箱型墩墩身各截面強度均滿足規范要求,且富余較多;雙肢箱型墩墩身各截面強度均滿足規范要求,但富余不多且配筋較單肢箱型墩多;雙肢實體墩方案相對于雙肢箱型墩方案,結構體系的質量和剛度大小及分布較為接近,控制截面的地震力差別不大,但是雙肢箱型墩方案截面尺寸較大,若采用相同的配筋方式,雙肢實體墩墩頂、墩底截面強度均不滿足規范要求,且差值較大,如加大雙肢實心墩截面,可以提高墩身承載能力,但墩身剛度增大,地震力也相應增大,強度仍然不滿足規范要求,如減小雙肢實心墩截面,墩身剛度減小,地震力相應減小,但墩身承載能力降低,強度還是不能滿足規范要求;如加大雙肢實心墩截面配筋率,雖然墩身強度能夠達到規范要求,但鋼筋數量增加較多,受力不合理且不經濟。因此,本橋最后確定單肢箱型墩方案為推薦方案。

6 結束語

普洱市碧云大橋橋型方案的比選綜合考慮了地質、地形、通航要求、水電站蓄水要求等各個方面,橋型還要與當地的環境相協調,最后確定為(90+166+90)m的單支箱型墩連續剛構橋,實踐證明本橋型能夠滿足當初考慮的各方面的要求。本工程具有一定的借鑒意義,可以供同類橋型參考。

[1]馬保林,李子青.高墩大跨連續剛構橋[M].北京:人民交通出版社,2001

[2]JTJ 021-89公路橋涵設計通用規范[S]