開縣寨子坪大橋總體設計

杜春林，韓廣鵬，羅鵬軍

（重慶市市政設計研究院，重慶市 400020）

開縣寨子坪大橋總體設計

杜春林，韓廣鵬，羅鵬軍

（重慶市市政設計研究院，重慶市 400020）

開縣寨子坪大橋是一座V形剛構(gòu)拱組合橋，橋梁跨徑布置為45 m+75 m+82 m+128 m+56 m。大橋主梁采用單箱多室預應力混凝土箱梁，拱肋采用矩形截面鋼箱拱肋。全橋沿縱向設置兩片高度不同的拱肋，高低起伏的拱肋簡潔大氣，造型獨特。寨子坪大橋的建成既能滿足城市過河通道功能性橋梁的作用，又將成為提升開縣城市景觀品質(zhì)的標志性建筑。介紹大橋的總體設計情況，有關經(jīng)驗可供相關專業(yè)人員參考。

V形剛構(gòu)；梁拱組合體系橋；預應力混凝土梁；總體設計

0 引言

開縣為渝東北次區(qū)域中心城市和三峽庫區(qū)商貿(mào)中心，其建設目標定位為功能明確、布局合理、設施完備、環(huán)境優(yōu)美、獨具湖山特色的生態(tài)型旅游城市。隨著開縣北部新區(qū)的建設及漢豐湖旅游區(qū)的打造，寨子坪大橋的修建不但對整個城區(qū)的道路系統(tǒng)及景觀打造有著極其重要的作用，同時還可充分發(fā)揮路網(wǎng)的輻射功能，擴大交通服務范圍，解決幾個片區(qū)之間的城市道路網(wǎng)絡聯(lián)系，帶動開縣北部新區(qū)的經(jīng)濟建設和發(fā)展。

寨子坪大橋道路設計等級為城市主干道，按雙向4車道設計，兩側(cè)各設6.5 m寬人行道，設計車速50 km/h，設計洪水頻率1/100，最高通航水位173.3 m，最低通航水位168.5 m。

1 結(jié)構(gòu)方案設計

城市中的過河（江）通道通常具有稀缺性、唯一性的特點，隨著城市的發(fā)展及經(jīng)濟水平的提高，城市橋梁在滿足安全可靠的前提下還應注重其景觀打造。寨子坪大橋座落于開縣北部新區(qū)漢豐湖水域上，緊鄰豐太廣場，周邊區(qū)域是開縣北部新區(qū)重點發(fā)展的商業(yè)區(qū)及住宅區(qū)，是開縣北部新區(qū)的核心位置。為使大橋與整個周邊景觀和城市文化風格相協(xié)調(diào)，確定采用具有現(xiàn)代風格的V形剛構(gòu)拱組合結(jié)構(gòu)體系[1-7]。

由于橋位區(qū)屬丘陵剝蝕地貌和河流侵蝕地貌，河谷左岸緩右岸陡，為較寬緩的“U”字形河谷。為適應地形的變化，分別在兩岸設置兩片高度不同的拱肋，左高右低，高低起伏，造型獨特。

根據(jù)通航論證結(jié)論，擬建橋梁通航凈高應不低于4.5 m，擬選橋位單孔單向通航凈寬應不低于48.8 m，單孔雙向通航凈寬應不小于97.75 m。同時結(jié)合地形情況，采用一跨跨越主河槽可減少基礎水下施工作業(yè)，減小施工難度，因此確定主跨跨徑為128 m。

從橋梁景觀總體來看，非通航孔的跨徑布置也要適中，跨徑太大則經(jīng)濟性較差，而跨徑太小則橋梁下部結(jié)構(gòu)太多，結(jié)構(gòu)顯得過于繁瑣。因此，寨子坪大橋河槽部分下部結(jié)構(gòu)采用V形剛構(gòu)形式，最終全橋跨徑布置為45 m+75 m+82 m+128 m+56 m，全長396 m，見圖1、圖2。

2 主梁

大橋主梁采用預應力混凝土箱梁，采用C50混凝土，梁高為3.0 m（箱梁中心線高度），梁頂設置雙向1.5%橫坡，為結(jié)構(gòu)找坡。箱梁截面采用單箱五室大懸臂結(jié)構(gòu)，邊腹板為斜腹板，其余腹板為直腹板。箱梁頂寬32.0 m，底寬17.4 m，懸臂長6.2 m。箱梁跨中段頂板厚0.25 m，底板厚0.22 m，腹板厚0.5 m，箱室頂?shù)装迮c腹板連接處均設置0.5 m×0.25 m的腋角。墩頂處頂板厚0.45 m，底板厚0.42 m，腹板厚0.85 m。為使頂板、底板、腹板厚度變化更加平緩，變化段長度設置為4.5 m。

箱梁懸臂部分沿縱橋向設置加勁肋。加勁肋沿橫橋向僅設置在兩側(cè)懸臂下緣及第一個箱室范圍內(nèi)，在中間三個箱室斷開，這樣既可保證結(jié)構(gòu)受力又能節(jié)省材料。加勁肋標準間距為5.0 m，最大間距為6.5 m，最小間距4.0 m，加勁肋厚度為0.5 m。箱梁一般構(gòu)造及懸臂加勁肋設置情況見圖3。

圖1 橋型立面布置圖（單位：cm）

圖2 寨子坪大橋效果圖

圖3 主梁標準橫斷面（單位：cm）

箱梁各支點及吊桿位置均設置有橫梁。支點部分設置實體橫梁，其中A0、A5橋臺處橫梁寬度為2 m,P1墩處橫梁寬度為4 m,V構(gòu)支點處橫梁寬度為8 m。A0、A5橋臺及P1墩處橫梁為斜交，其余橫梁為正交。吊桿處設置半封閉橫梁，寬度為0.8 m。吊桿張拉端設計在箱梁內(nèi)部，這樣可避免在箱梁底部張拉端處開洞，使箱梁外觀不受影響。吊桿段橫梁布置情況見圖4。

圖4 主梁吊桿處橫斷面（單位：cm）

根據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況，箱梁沿三個方向均布置有預應力。其中，縱向預應力鋼束設置在腹板內(nèi)，采用17Φs15.2鋼絞線，每個腹板沿高度方向布置4排共8束，整個橫斷面共48束。橫向預應力布置在V構(gòu)支點橫梁及吊桿橫梁處，根據(jù)各橫梁不同受力情況，V1、V6橫梁布置19束19Φs15.2鋼絞線，V2～V5橫梁布置19束17Φs15.2鋼絞線，吊桿橫梁布置2束19Φs15.2鋼絞線。豎向預應力沿腹板中線單排布置，采用JL25精軋螺紋除鋼筋。

3 拱肋及吊桿

大橋拱肋為矩形截面鋼箱拱，采用Q345鋼材。綜合考慮結(jié)構(gòu)受力及景觀效果等因素，拱肋軸線采用1.8次拋物線。其中，大拱凈跨徑為90 m，凈矢高為36 m，矢跨比為1/2.5；小拱凈跨徑為40 m，凈矢高為17.5 m，矢跨比為1/2.285。大拱截面高度由拱頂處2.0 m變化至根部3.6 m，小拱截面高度由拱頂2.0 m變化至根部3.2 m，大小拱截面寬度均為3.0 m。

拱肋采用工廠預制，施工現(xiàn)場吊裝拼接而成，各節(jié)段最大重量為58 t。大拱肋分為15個節(jié)段，小拱肋分為11個節(jié)段，節(jié)段頂板、底板及腹板厚度分別有50 mm、40 mm、30 mm三種規(guī)格。鋼箱拱頂板、底板及腹板均設有縱向加勁肋，加勁肋在吊桿隔板處與隔板焊接，在構(gòu)造隔板處穿過“V”型口，不與隔板連接。各節(jié)段頂板、底板及腹板采用熔透焊接，縱向加勁肋采用高強度螺栓栓接。拱肋一般橫斷面構(gòu)造見圖5。

圖5 拱肋橫斷面構(gòu)造圖（單位：cm）

鋼拱肋采用鋼混結(jié)合段固結(jié)于混凝土拱座上，為保證將鋼拱肋的軸向力順暢的傳遞到混凝土拱座，在鋼拱肋S0(S0＇）節(jié)段底部設置2.0 m高承壓箱，承壓箱采用PBL剪力鍵與混凝土連接,同時在承壓箱四周設置預應力鋼絞線，以抵抗外荷載在結(jié)合處產(chǎn)生的彎矩，鋼混結(jié)合段一般構(gòu)造見圖6。

吊桿主要承擔主梁恒載及車輛、人群等活載產(chǎn)生的拉力，是大橋的重要傳力構(gòu)件。為保證吊桿作為永久構(gòu)件的同時具有可更換性，本橋采用雙吊桿形式，吊桿間距1.2 m。全橋共設置20對吊桿，其中大拱設置13對吊桿，沿順橋向間距為6 m，吊桿規(guī)格為31Φs15.2，小拱設置7對吊桿，沿順橋向間距為5 m，吊桿規(guī)格為19Φs15.2。吊桿采用拱端固定，梁端張拉的錨固方式。綜合考慮疲勞、吊裝、經(jīng)濟性及可更換性等因素，吊桿設計安全系數(shù)控制在2.5～3.0。

4 下部結(jié)構(gòu)

寨子坪大橋V構(gòu)采用C50預應力混凝土結(jié)構(gòu)，V腿兩端為實心，中間為空心，空心段壁厚為80 cm，端部壁厚漸變?yōu)?10 cm，漸變段長度為2 m。每根V腿彎矩受拉側(cè)均設置預應力鋼束，鋼束規(guī)格為17-15.2，采用在主梁實體橫梁內(nèi)單端張拉錨固方式。大拱V構(gòu)頂部截面高4.0 m，底部截面高5.5 m，小拱V構(gòu)頂部截面高3.2 m，底部截面高4.5 m，V構(gòu)橫橋向?qū)挾染啥枕?.0 m變化至墩底8.0 m。各V構(gòu)順橋向均設置有圓弧倒角，以使結(jié)構(gòu)整體線形流暢。為保證施工時V腿剛度，減小變形，各V構(gòu)內(nèi)均設置勁性骨架。

橋臺采用重力式U型橋臺接承臺樁基形式，下接兩排樁徑1.3 m的端承樁。P1墩采用矩形墩，橫橋向設三根墩柱，墩柱截面尺寸為2.4 m×1.6 m,每根墩柱下接獨立承臺樁基礎，每個承臺下設4根直徑1.3 m的樁基礎。

5 施工過程

大橋采用先梁后拱施工方式，主梁及V構(gòu)采用滿堂支架施工，拱肋采用工廠預制，現(xiàn)場吊裝拼接施工。為減小由于墩梁固結(jié)導致的溫度及收縮內(nèi)力，大橋主梁采用分段澆筑的施工方法。大橋的主要施工過程如下：（1）在枯水期施工P3、P4墩圍堰，施工A0、A5橋臺，P1～P4墩樁基礎及承臺；（2）支架上澆筑P2～P4V構(gòu)至主梁底部；（3）滿堂支架澆筑P3V構(gòu)處主梁，待混凝土強度滿足要求后張拉P3V構(gòu)預應力及主梁預應力；（4）滿堂支架澆筑大拱、小拱及P2V構(gòu)處主梁，待混凝土強度滿足要求后張拉P2V構(gòu)預應力及主梁預應力；（5）滿堂支架澆筑P4V構(gòu)處主梁，待混凝土強度滿足要求后張拉P4V構(gòu)預應力及主梁預應力；（6）滿堂支架澆筑邊跨主梁，待混凝土強度滿足要求后張拉邊跨主梁預應力；（7）梁上架設拱肋臨時支架，吊裝鋼拱肋節(jié)段拼裝合攏；（8）拆除拱肋臨時支架，安裝吊桿并張拉，拆除主梁支架，完成體系轉(zhuǎn)換；（9）橋面鋪裝及附屬工程施工，成橋荷載試驗，大橋通車。

6 結(jié)語

寨子坪大橋綜合考慮了橋梁景觀及城市發(fā)展的需求，并結(jié)合當?shù)氐匦巍⒔Y(jié)構(gòu)受力、施工技術條件等因素，采用了V形剛構(gòu)拱組合橋結(jié)構(gòu)體系。橋梁結(jié)構(gòu)型式新穎獨特，大矢跨比的高低拱肋坐落于南河之上，氣勢磅礴，整體外形簡潔大氣，與地形環(huán)境協(xié)調(diào)。大橋的最終建成，在滿足過河通道功能需求的基礎上，必將成為開縣的地標性建筑，提升城市的景觀品質(zhì)。

[1]JTG D60-2008,公路橋涵設計通用規(guī)范[S].

[2]JTG D62-2008,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[3]范立礎.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社,2012.

[4]金成棣.預應力混凝土梁拱組合橋梁—設計研究與實踐[M].北京：人民交通出版社,2001.

[5]楊春,杜春林,鄧宇.重慶嘉悅大橋總體設計[J].世界橋梁,2008(4)：16-18.

[6]鄧文中,任國雷,楊春.涪陵烏江二橋總體設計[J].橋梁建設,2007(1)：43-46.

[7]勾紅葉,蒲黔輝,李曉斌,等.V形剛構(gòu)組合拱橋施工過程仿真和施工控制研究[J].鐵道建筑,2013(7)：4-7.

U448.23

B

1009-7716（2016）05-0072-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.019

2016-01-12

杜春林（1976-），男，河北唐山人，高級工程師，從事橋梁設計工作。