某國(guó)道富春江大橋橋型方案比選研究

鄧紹玉

(浙江樹(shù)人大學(xué)城建學(xué)院，浙江杭州　310015)

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某國(guó)道富春江大橋橋型方案比選研究

鄧紹玉

(浙江樹(shù)人大學(xué)城建學(xué)院，浙江杭州310015)

摘要:結(jié)合某國(guó)道富春江大橋的工程概況，為取得經(jīng)濟(jì)合理、便于施工的橋型，提出了預(yù)應(yīng)力混凝土V型剛構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋和連續(xù)剛架系桿拱橋三種橋型方案，并從結(jié)構(gòu)選型、技術(shù)含量、造價(jià)、與周?chē)沫h(huán)境是否協(xié)調(diào)等方面進(jìn)行了比較，推薦采用預(yù)應(yīng)力混凝土V型剛構(gòu)橋。

關(guān)鍵詞:橋型，V型剛構(gòu)，連續(xù)梁，拱橋

1　工程概況

某國(guó)道是經(jīng)過(guò)浙江省境內(nèi)的主要干線公路之一。該項(xiàng)目富陽(yáng)段工程所在區(qū)域?qū)俑淮航饔颉８淮航瓕?00 m～1 000 m，平均水深12 m，全長(zhǎng)87 km。據(jù)富陽(yáng)水文站資料，富春江靠近項(xiàng)目區(qū)段常水位4．32 m，歷年最高水位12．93 m(1983年7月12日)，最低水位3．34 m。本橋位于程墳村西南，長(zhǎng)約1 580 m，屬?zèng)_積平原地貌，地形略有起伏。初步設(shè)計(jì)階段根據(jù)GBJ 139—90內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)確定通航凈空為55×8 m，主跨確定為120 m。橋址區(qū)上覆亞粘土、砂礫覆蓋層，下伏砂巖，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，場(chǎng)地穩(wěn)定性較好。

2　橋型方案構(gòu)思

根據(jù)安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀和有利環(huán)保的原則，并考慮因地制宜、便于施工、就地取材和養(yǎng)護(hù)等因素，同時(shí)考慮目前國(guó)內(nèi)外建橋經(jīng)驗(yàn)、施工技術(shù)力量、施工設(shè)備及手段等多方面因素，以確定一個(gè)較合理的橋型方案。根據(jù)本橋環(huán)境及工程特點(diǎn)，結(jié)合功能要求，可供選擇的橋梁形式有拱橋、梁橋、斜拉橋和懸索橋等基本橋型。下面對(duì)方案比選情況做詳細(xì)介紹:

1)拱橋:拱橋是我國(guó)公路上使用廣泛且歷史悠久的一種橋梁結(jié)構(gòu)型式。它能較好地與周?chē)匀痪坝^融為一體。拱橋跨越能力大，施工方法也較多，能較好的適應(yīng)河中架設(shè)要求，對(duì)河道通航影響小。根據(jù)本橋地形、地質(zhì)情況，上承式有推力拱橋顯然不是本橋的理想結(jié)構(gòu)類(lèi)型，首先予以放棄。本橋主橋區(qū)域離水面高度較大，達(dá)19 m，若采用下承式拱橋墩高與拱橋矢高比例較大，不協(xié)調(diào)，景觀效果不理想，故本次設(shè)計(jì)選用中承式結(jié)構(gòu)進(jìn)行比選。橋位區(qū)河面寬度達(dá)800 m，主橋所占比例不宜過(guò)小，最終本次初步設(shè)計(jì)確定采用68 m+120 m+68 m三跨中承式拱橋?yàn)楸冗x方案。

2)梁橋:梁式橋是廣泛采用的基本橋型方案，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、線條流暢、造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理受到工程界的廣泛青睞。梁式橋具有施工技術(shù)成熟，行駛舒適，后期維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。大跨度梁式橋主要有連續(xù)梁(剛構(gòu))和V型剛構(gòu)兩種，V型剛構(gòu)受力及功能同連續(xù)梁，外形較連續(xù)梁優(yōu)美，建筑高度略低于連續(xù)梁。設(shè)計(jì)中選用68 m+120 m+68 m預(yù)應(yīng)力混凝土V型剛構(gòu)、68 m+120 m+68 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋作為比選方案。

3)纜索承重橋梁:纜索承重橋梁(懸索橋、斜拉橋)以其跨越能力大而著稱(chēng)，氣勢(shì)雄偉，具有很好的景觀性和標(biāo)志性，但造價(jià)相對(duì)較高，后期維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較大，且橋位區(qū)通航凈空要求較低，主橋跨度不大，不適宜修建此類(lèi)橋型，因此予以放棄。

3　橋型方案設(shè)計(jì)

根據(jù)以上方案設(shè)計(jì)思路，本橋主橋做了三個(gè)方案進(jìn)行比選，以下分別對(duì)三個(gè)橋型方案作逐一概述。

3．1方案一:V型剛構(gòu)方案

主橋?yàn)?68+120+68)m V型剛構(gòu)方案，其中主墩為預(yù)應(yīng)力混凝土V型墩，斜腿與主梁固結(jié)，邊墩墩梁放松，設(shè)置盆式橡膠支座，從而形成V型剛構(gòu)體系。

上部結(jié)構(gòu)主梁橫斷面采用單箱單室直腹板斷面，箱梁頂板寬12．75 m(單幅箱寬)。箱梁底寬6 m，兩側(cè)翼緣板懸臂長(zhǎng)3．375 m，頂板厚0．25 m，底板厚度由根部的0．7 m變化至跨中0．3 m。順橋向梁底為圓曲線，根部梁高6．2 m，跨中梁高2．5 m，箱梁采用直腹板，腹板厚0．45 m～0．7 m。箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置了頂板束、腹板束和底板束。

V型墩斜腿為實(shí)體墻板式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，主墩均采用高樁承臺(tái)鉆孔樁基礎(chǔ)，承臺(tái)平面尺寸為10．5 m×9．5 m，厚4 m。每墩采用4根2．5 m鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)41 m，樁尖嵌入弱風(fēng)化砂巖。

邊墩采用帶蓋梁板式橋墩，以增強(qiáng)與主墩的協(xié)調(diào)性，墩身厚2 m，橋墩底寬6 m。基礎(chǔ)采用4根1．5 m鉆孔灌注樁，承臺(tái)厚2．5 m，平面尺寸7．6 m×6．6 m。

本方案樁基采用水上平臺(tái)鉆孔施工，承臺(tái)可采用吊箱圍堰施工，墩身采用爬模現(xiàn)澆施工。主梁采用掛籃懸臂現(xiàn)澆。根據(jù)工期安排，本橋施工工期為24個(gè)月。

3．2方案二:連續(xù)梁方案

主橋?yàn)?68+120+68)m連續(xù)梁方案，采用連續(xù)梁體系。

主橋上部結(jié)構(gòu)主梁橫斷面采用單箱單室直腹板斷面，箱梁頂板寬12．75 m(單幅箱寬)。箱梁底寬6 m，兩側(cè)翼緣板懸臂長(zhǎng)3．375 m，頂板厚0．25 m，頂板厚0．3 m，底板厚度由根部的0．8 m變化至跨中0．3 m。順橋向梁高采用圓曲線變化，根部梁高7 m，跨中梁高3 m，箱梁采用直腹板，腹板厚0．45 m～0．7 m。箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置了頂板束、腹板束和底板束。

主墩采用板式橋墩，墩身板厚4 m，寬6 m。基礎(chǔ)采用4根2．5 m鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)41 m，樁尖嵌入微風(fēng)化砂巖。承臺(tái)厚5 m，平面尺寸10．5 m×9．5 m。邊墩采用帶蓋梁板式橋墩，以增強(qiáng)與主墩的協(xié)調(diào)性，墩身厚2 m，橋墩底寬6 m。基礎(chǔ)采用4根1．5 m鉆孔灌注樁，承臺(tái)厚2．5 m，平面尺寸7．6 m×6．6 m。

本方案樁基采用水上平臺(tái)鉆孔施工，承臺(tái)可采用吊箱圍堰施工，墩身采用爬模現(xiàn)澆施工。主梁采用掛籃懸臂現(xiàn)澆。根據(jù)工期安排，本橋施工工期為24個(gè)月。

3．3方案三:連續(xù)剛架系桿拱橋方案

主橋?yàn)?68+120+68)m三跨連續(xù)剛架鋼管混凝土系桿拱橋，橫向按單幅布置，由三片啞鈴型拱肋組成，主拱圈與混凝土三角剛架相連。本橋外形剛勁有力，簡(jiǎn)潔明了，景觀效果較好。

拱橋拱肋均采用懸鏈線，拱軸系數(shù)m=1．317，其中中跨跨徑120 m，矢跨比1/4，邊跨跨徑68 m，矢跨比1/5。

吊桿及系桿:吊桿采用鍍鋅高強(qiáng)鋼絲(fpk=1 670 MPa)，中間拱肋采用857，外側(cè)拱肋為557。冷鑄鐓頭錨具，容許承載力安全系數(shù)3．0，熱擠PE防護(hù)。

系桿與吊桿一樣，也是體外索，本設(shè)計(jì)采用環(huán)氧噴涂鋼絞線，fpk=1 860 MPa。全橋每邊側(cè)拱肋均采用2根10-s15．2通長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束，中間拱肋采用2根19-s15．2通長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束;另外，由于中跨拱腳水平推力較邊跨拱腳水平推力要大得多，在邊側(cè)拱肋配置6根10-s15．2短預(yù)應(yīng)力束，中間拱肋采用6根19-s15．2短預(yù)應(yīng)力束。

橫梁及橋面板:橫梁包括吊桿橫梁和拱腳橫梁2種。吊桿橫梁高度160．0 cm～184．0 cm，采用現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制，按預(yù)應(yīng)力混凝土A類(lèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)。拱腳處設(shè)置強(qiáng)大的橫梁，橫梁采用箱形斷面，采用C50的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，高度200 cm，設(shè)4道橫隔板。橫梁兩側(cè)設(shè)牛腿，正橋π形板及兩側(cè)T梁支承于牛腿上。

橋面板采用預(yù)制π形C40鋼筋混凝土板和現(xiàn)澆整體化層構(gòu)成。

主墩及邊墩均采用分離式矩形墩，橫橋向分為3個(gè)墩，在墩頂通過(guò)墩頂橫梁連成整體。主墩順橋向?qū)?．5 m，橫橋向?qū)挾确謩e為5．0 m，6．0 m和5．0 m。邊墩順橋向?qū)?．0 m，橫橋向?qū)挾确謩e為4．0 m，5．0 m和4．0 m。橋墩采用C50混凝土。承臺(tái)為分離式矩形承臺(tái)，承臺(tái)厚度4 m，采用C30混凝土。主墩樁基采用14根D2．0 m鉆孔灌注樁;邊墩樁基采用14根D1．5 m鉆孔灌注樁。樁基按嵌巖樁設(shè)計(jì)，采用水下C25混凝土。

本方案樁基采用水上平臺(tái)鉆孔施工，承臺(tái)可采用吊箱圍堰施工，墩身采用爬模現(xiàn)澆施工。

主拱肋施工可采用纜索吊裝，節(jié)段扣掛法施工，兩側(cè)各設(shè)主、扣索后錨及橫向八字纜風(fēng)索錨。當(dāng)拱肋合龍成拱后，橋墩就開(kāi)始承受主拱后續(xù)施工加載產(chǎn)生的單向推力，為了控制橋墩的受力和水平位移在允許范圍內(nèi)，需根據(jù)加載情況逐步安裝并張拉系桿，以此來(lái)平衡主拱的推力。根據(jù)工期安排，本橋施工工期為24個(gè)月。

4　主橋方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及景觀綜合比選

三種橋型方案綜合比較見(jiàn)表1。

表1　主橋方案綜合比較表

主橋三種方案均能滿足使用要求，而且技術(shù)成熟，安全可靠，工期有可靠保障，但又各具特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)綜合比較，推薦采用V型墩連續(xù)剛構(gòu)方案。

參考文獻(xiàn):

［1］ 交通部公路司．降低造價(jià)公路設(shè)計(jì)指南［M］．北京:人民交通出版社，2005．

中圖分類(lèi)號(hào):U442

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-6825(2016)17-0188-02

收稿日期:2016-04-06

作者簡(jiǎn)介:鄧紹玉(1979-)，女，講師

The bridge type selection and design of Fuchun River Bridge

Deng Shaoyu
(The Urban Construction College of Zhejiang Shuren University，Hangzhou 310015，China)

Abstract:Combining with Fuchun River Bridge engineering conditions on the national road，in order to achieve economic，rational and construction available bridge type，the paper puts forward three kinds of bridge-type scheme of prestressed concrete V-shape steel structure，prestressed concrete continuous bridge and continuous steel structure arch bridge，the paper makes a comparison from aspects of structural shape selection，technical content，and surrounding environment coordination，and finally recommend to apply prestressed concrete V-shape steel structure bridge．

Key words:bridge type，V-shape steel structure，continuous beam，arch bridge