石岐河特大橋主橋方案設(shè)計(jì)

劉麗鵬

(廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東廣州 510507)

石岐河特大橋主橋方案設(shè)計(jì)

劉麗鵬

(廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東廣州 510507)

結(jié)合石岐河特大橋的工程概況與主要技術(shù)指標(biāo)，選取了(70+120+70)m連續(xù)剛構(gòu)主橋方案，并從上部構(gòu)造、預(yù)應(yīng)力束布置、下部結(jié)構(gòu)等方面，闡述了主橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保橋梁的安全性。

橋梁，橋型，預(yù)應(yīng)力體系，施工圖

0 引言

中山市大南路工程經(jīng)過(guò)中山市南區(qū)及大涌鎮(zhèn)，是連接南區(qū)與大涌鎮(zhèn)的一級(jí)公路。石岐河特大橋是該項(xiàng)目跨越石岐河水道的一座特大型橋梁。該橋?qū)⒊蔀檫B接大涌鎮(zhèn)與南區(qū)的重要通道，為中山南區(qū)交通、經(jīng)濟(jì)、文化的發(fā)展發(fā)揮積極推動(dòng)作用。根據(jù)該橋位處地形地物、水利、航道、抗震、景觀等多方面的要求，對(duì)主橋方案進(jìn)行了深入比選，闡述了此類橋梁的一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)，同時(shí)對(duì)施工圖設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)介紹，為同類橋梁的設(shè)計(jì)提供思路和方法。

1 橋梁概況

橋位處所處石岐河水道寬度約140 m，航道等級(jí)為Ⅳ級(jí)航道。根據(jù)大橋通航論證報(bào)告:通航孔按單孔雙向通航設(shè)置，通航凈寬為103 m，頂寬93 m，凈高不小于8.5 m，設(shè)計(jì)最高通航水位為2.344 m。橋位處地震基本烈度為7度(地震動(dòng)峰值加速度為0.1g)，按8度設(shè)防。

2 主要技術(shù)指標(biāo)

公路等級(jí):雙向六車道，一級(jí)公路;設(shè)計(jì)時(shí)速:80 km/h;設(shè)計(jì)荷載:公路一級(jí);通航孔凈高8.5 m，凈寬103 m;地震荷載:地震動(dòng)峰值加速度為0.1g，烈度為7度。

3 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)橋位處水文、地質(zhì)及通航條件，本著“實(shí)用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀”的原則，方案在滿足通航前提下，重點(diǎn)突出結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性。力求采用技術(shù)先進(jìn)、工藝成熟、安全耐久、經(jīng)濟(jì)合理的橋型方案。橋址處水面寬度約140 m，若一跨過(guò)河，跨徑在180 m以上，規(guī)模較大，造價(jià)較高。綜合考慮通航凈寬要求、橋軸線與水流夾角13°、墩臺(tái)的尺寸與河堤位置關(guān)系，主跨合理跨徑宜為110 m～120 m，主墩均布在堤岸附近。跨徑110 m～120 m，可用橋型有連續(xù)剛構(gòu)、矮塔斜拉橋、拱橋、獨(dú)塔斜拉橋等。

3.1 (70+120+70)m連續(xù)剛構(gòu)方案

主橋采用(70+120+70)m連續(xù)剛構(gòu)，邊中跨比0.583。主梁為P.C混凝土梁，截面為變高度直腹板單箱單室截面。主梁頂寬15.4 m，翼緣板寬4 m。墩頂梁高7.4 m;跨中梁高3 m;梁高按二次拋物線變化;底板水平，頂板通過(guò)腹板高差來(lái)設(shè)2%的橫坡，主梁為三向預(yù)應(yīng)力體系。

橋型布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 連續(xù)剛構(gòu)橋型布置圖

主墩為單箱單室矩形截面，截面尺寸7.4 m×3.0 m。基礎(chǔ)采用6根φ2.2 m的鉆孔灌注樁，分離式鋼筋混凝土承臺(tái)，承臺(tái)尺寸12.6 m×8.1 m，厚度4 m。

本方案樁基采用鉆孔灌注樁，承臺(tái)采用鋼板樁圍堰法，主墩采用爬模法澆筑，主梁采用懸澆法施工，總工期約16個(gè)月。

3.2 (70+120+70)m矮塔斜拉橋方案

主橋采用雙塔雙索面矮塔斜拉橋，塔墩梁固結(jié)體系，邊中跨比為0.583。主梁為P.C混凝土梁，截面為變高度斜腹板單箱三室截面。主梁頂寬32.5 m，翼緣板寬6.75 m，翼緣板端部增設(shè)了加勁小縱梁，既提高了翼緣板端部剛度，又有效地減小了板跨中內(nèi)力，適應(yīng)和優(yōu)化了主梁橫向的受力特點(diǎn)。主梁墩頂梁高4 m，跨中梁高3 m，梁高按二次拋物線變化;橫坡設(shè)置同連續(xù)剛構(gòu)方案。主梁為三向預(yù)應(yīng)力體系。

斜拉索采用雙排單索面布置，斜拉索采用環(huán)氧噴涂鋼絞線索，主塔根部無(wú)索區(qū)長(zhǎng)度共30 m，中跨跨中無(wú)索區(qū)長(zhǎng)度18 m，邊跨無(wú)索區(qū)長(zhǎng)度17.85 m。梁上索距4 m，塔上索距0.8 m，共36對(duì)斜拉索。

主塔采用矩形實(shí)心鋼筋混凝土塔，塔高18 m，塔身截面3 m× 2 m。從美觀考慮，沿縱橋向塔頂設(shè)計(jì)成對(duì)稱尖頂，外形簡(jiǎn)潔大方。斜拉索在塔頂?shù)腻^固采用分絲管鞍座結(jié)構(gòu)。

主墩為鋼筋混凝土矩形實(shí)體墩，截面尺寸19 m×3 m。基礎(chǔ)采用10根φ2.5 m的鉆孔灌注樁，采用整體式鋼筋混凝土承臺(tái)，承臺(tái)尺寸25 m×9.4 m，厚度4.5 m。

本方案樁基采用鉆孔灌注樁，承臺(tái)可采用鋼板樁圍堰法，主塔、主墩采用爬模現(xiàn)澆，主梁采用掛籃懸澆施工，總工期約為20個(gè)月。

3.3 (33.2+66.8+125)m獨(dú)塔斜拉橋方案

主橋采用獨(dú)塔雙索面斜拉橋，塔墩梁固結(jié)體系，邊中跨比為0.8。輔助墩墩頂設(shè)拉壓支座，輔助墩和過(guò)渡墩支座縱向滑移橫向約束。主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土肋板式結(jié)構(gòu)。

橋面寬34.5 m，主梁中心高2.5 m，主肋高2.2 m，橋面板厚0.25 m，局部加厚到0.65 m;橫梁厚度有0.3 m，0.5 m，1.5 m三種。

斜拉索按空間扇形索面布置，采用平行高強(qiáng)鋼絲斜拉索，主塔兩側(cè)各分布19對(duì)，共76根。

主塔為鋼筋混凝土矩形實(shí)心截面，塔高78 m，縱橋向?qū)挾? m，橫橋向2.8 m～4.5 m。基礎(chǔ)采用14根φ2.8 m的鉆孔灌注樁，采用鋼筋混凝土圓形承臺(tái)，直徑18 m，厚度6 m。

本方案樁基采用鉆孔灌注樁，承臺(tái)可采用鋼板樁圍堰法施工，主塔、主墩采用爬模現(xiàn)澆，主梁采用掛籃現(xiàn)澆施工，總工期約24個(gè)月。

3.4 方案綜合比選

設(shè)計(jì)方案綜合比較如表1所示。

表1 主橋方案綜合比較表

3.5 結(jié)論

通過(guò)三種方案綜合比較，推薦采用(70+120+70)m連續(xù)剛構(gòu)，且已經(jīng)按連續(xù)剛構(gòu)進(jìn)行施工。

4 施工圖方案設(shè)計(jì)

4.1 上部構(gòu)造

主梁采用C55混凝土，半幅橋?qū)?5.4 m，底寬7.4 m。根部高7.1 m，跨中及邊跨端部梁高3 m。腹板采用90 cm，75 cm，60 cm，45 cm四種。底板厚度由根部90 cm按二次拋物線漸變到跨中30 cm;主梁頂板厚墩頂為50 cm，其余均為28 cm。其主梁斷面布置見(jiàn)圖2。

圖2 主橋墩頂及跨中橫斷面圖

4.2 預(yù)應(yīng)力束布置

主梁為三向預(yù)應(yīng)力體系，縱橋向、橫橋向、豎向預(yù)應(yīng)力均采用高橋低松弛鋼絞線，其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa。縱向頂板束用15，17與19φs15.2 mm鋼絞線，腹板束用17φs15.2 mm鋼絞線;邊跨底板采用19φs15.2 mm鋼絞線;中跨底板采用25φs15.2 mm鋼絞線。除邊跨現(xiàn)澆段頂板鋼束T17，T18采用單端張拉外，其余均采用兩端張拉。預(yù)應(yīng)力管道均采用塑料波紋管，采用真空壓漿工藝灌漿。

頂板橫向預(yù)應(yīng)力為3φs15.2 mm鋼絞線，交錯(cuò)單端張拉。預(yù)應(yīng)力管道采用配套扁形波紋管70 mm×19 mm，采用真空壓漿工藝灌漿。

豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋布置于腹板，為3φs15.2 mm鋼絞線，在頂板上進(jìn)行單端張拉，為防止豎向預(yù)應(yīng)力松弛，采用二次張拉工藝;波紋管為內(nèi)徑50塑料波紋管，采用真空壓漿工藝灌漿。

4.3 下部結(jié)構(gòu)

主墩采用空心矩形墩，截面尺寸7.4 m×3.0 m，對(duì)應(yīng)壁厚為0.8 m×0.6 m。半幅橋主墩基礎(chǔ)采用6根φ2.2 m鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。為增加有效通航凈寬，根據(jù)航道部門要求，承臺(tái)頂面埋至最低通航水位船舶吃水線以下。承臺(tái)尺寸12.6 m× 8.1 m，厚4.0 m。

過(guò)渡墩采用直徑1.8 m圓柱墩;基礎(chǔ)采用4根φ1.5 m鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設(shè)計(jì);承臺(tái)采用工字形承臺(tái)，承臺(tái)尺寸8.7 m× 6.5 m，厚2.5 m。

5 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1)適當(dāng)增大梁高，增加腹板厚度，提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載能力和斜截面抗剪能力，同時(shí)截面主拉應(yīng)力可以降低很多。

2)考慮到理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況存在差異，優(yōu)化鋼束布置并增大跨中下緣壓應(yīng)力儲(chǔ)備，對(duì)跨中的下?lián)弦约暗装宓牧芽p都能有效的改善。

3)加強(qiáng)主梁橫向計(jì)算，保證跨中底板有足夠的厚度，重視跨中底板受力鋼筋的布置，同時(shí)增設(shè)底板預(yù)應(yīng)力防崩鋼筋，進(jìn)一步提高跨中底板的抗裂性能。

4)考慮到混凝土的收縮徐變對(duì)跨中撓度的影響，結(jié)構(gòu)分析軟件很難準(zhǔn)確模擬，故設(shè)計(jì)過(guò)程中適當(dāng)加大跨中預(yù)拱度，以抵消箱梁后期跨中的下?lián)稀?/p>

6 結(jié)語(yǔ)

橋梁設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜的工程，受地形地物、水利、航道等多方面條件限制，同時(shí)還要滿足一定的景觀環(huán)保要求。通過(guò)方案比選確定一個(gè)相對(duì)合理方案，再通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件分析，對(duì)強(qiáng)度、應(yīng)力和撓度進(jìn)行嚴(yán)格校核，才能保證結(jié)構(gòu)安全，設(shè)計(jì)合理，經(jīng)濟(jì)高效。通過(guò)對(duì)石岐河特大橋的分析，希望對(duì)同類橋梁的設(shè)計(jì)提供參考。

［1］ JTG D60—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ JTG/T B02—01—2008，公路橋梁抗震細(xì)則［S］.

［3］ 林元培.橋梁設(shè)計(jì)工程師手冊(cè)［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［4］ 何 海.關(guān)于富灣大橋(連續(xù)剛構(gòu))設(shè)計(jì)幾個(gè)問(wèn)題的探討［J］.公路，2008(6):11-13.

［5］ 王伯惠.斜拉橋結(jié)構(gòu)發(fā)展和中國(guó)經(jīng)驗(yàn)［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［6］ 范立礎(chǔ).橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2001.

Scheme design of main Shiqi River Bridge

Liu Lipeng
(Guangdong Highway Design Institute Co.，Ltd，Guangzhou 510507，China)

Combining with the engineering general situation and main technical indicators of Shiqi River Bridge，this paper selected the(70+ 120+70)m continuous rigid frame main bridge scheme，and from the upper structure，pre-stressed beam layout，lower structure and other aspects，elaborated the design key points of main bridge，in order to ensure the safety of bridge.

bridge，bridge type，pre-stressed system，construction drawing

U442.5

A

1009-6825(2016)35-0165-03

2016-10-10

劉麗鵬(1986-)，男，工程師