長白山國際旅游度假區北區1#橋梁選型研究

劉永福

（中國建筑土木建設有限公司，北京市　100070）

長白山國際旅游度假區北區1#橋梁選型研究

劉永福

（中國建筑土木建設有限公司，北京市100070）

東北高寒山區的橋梁建設同時面臨地形、地貌、地質復雜多變，環保、水保要求高的難題，選擇合理的橋型越來越難。結合長白山國際旅游度假區橋梁工程，根據地質條件和城市規劃選擇橋梁類型，通過結構受力分析，進行結構優化，最終確定了的橋梁的整體設計方案。為同類橋梁選型提供較好的借鑒作用。

旅游度假區；橋梁工程；選型；研究

0　引言

近年來，隨著東北老工業基地振興的戰略推行，工程建設向偏遠、高寒、山區等區域發展［1］。高寒山區地形、地貌條件十分復雜，地質情況多變，環保、水保要求高，橋梁建設面臨新的問題。課題組以承接的長白山國際旅游度假區北區橋梁工程1#橋工程為依托，對如何根據典型地質條件、城市建設選擇橋梁類型進行研究，在確定橋梁選型后，又對橋梁進行了結構受力分析，優化橋梁的受力條件，將跨徑選擇、墩梁布置和溫度應力進行了分析，確定了橋梁的整體設計方案。

1　橋位選擇

1.1整體規劃簡介

長白山國際旅游度假區總占地21 km2，項目總投資230億元人民幣，是中國目前投資額最大的單體旅游地產項目。該際旅游度假區規劃為旅游新城，縣行政中心所在地，設置有行政中心、教育中心、文化中心、醫院和萬達廣場。整體規劃分為三個地塊，沿小山水庫布置。該橋跨躍小山水庫庫區，連接高檔居住區和行政中心、教育中心，屬于規劃的主要交通干道，其交通性能和景觀要求均應滿足整體規劃需要。該國際旅游度假區交通規劃如圖1所示。

1.2擬跨河流情況

橋梁擬跨小山水庫位于松江河上游段，是一座以發電為主要任務的水利樞紐，水庫正常儲水位683 m，死水位664 m，有效庫容0.56億m3，為一個不完全年調節水庫。橋址處小山水庫坐落于一峽狹窄河谷，谷坡36°～45°，河流流向近南北向，谷底高程600 m左右，兩岸山頂高程710～720 m。

圖1　長白山國際旅游度假區北區交通規劃圖

1.3橋位選擇

由于規劃限制，橋位選擇以規劃線兩側各300m范圍內調整。最終選擇在圖1所示位置，該橋位相比具有以下優點：（1）橋梁長度約450 m，水面寬180 m，橋長最短；（2）橋位距主庫區350 m，受水庫行洪、儲水等影響較小；（3）橋位處坡面較緩，處于水庫回灣，施工較為便利。

2　水文與地質情況

2.1地質情況

橋梁位于長白山西坡，屬雞爪形山前熔巖臺地。地勢呈南高北低，逐漸向西北傾斜。橋位處河谷下部為中侏羅系安山巖，上部為第三紀末第四紀初玄武巖，玄武巖構成了兩岸臺地。河床覆蓋層厚度為0～1.5 m，兩岸覆蓋層厚度為1～2 m。

2.2區域氣候條件

該區屬北溫帶大陸性季風氣候，年平均溫度4.9～7.3℃。全年降水量600～1 340 mm，多集中于生長季節。冬季山下積雪一般7個月，平均雪厚30～50 cm，最大積雪厚度1 m左右；結凍期7～8個月，從9月中旬到次年5月，最大凍土深度達180 cm。

2.3場地地形地貌條件

擬建場地屬于某低山丘陵地貌單元，場地線路上起伏較大，地形總體上西北高，西南及沿河西端低，現場地主要為林地、參地及耕地。

2.4地層巖性及分布特征

橋位處地質為5個層位，自上而下分別為：第①層種植土，層厚為0.0～0.20 m；第②層 粉質粘土，層厚0.00～2.10 m；第③層 粉質粘土混碎石，粒徑一般為10～30 cm，最大粒徑達2 m，層厚0.00～1.80 m；第④層 強風化玄武巖，局部地段氣孔發育，層厚4.20～4.90 m。第⑤層中風化玄武巖，較破碎，層狀或塊狀結構，最大揭露厚度為11.80 m。此層巖石單軸飽和極限抗壓強度76.23～121.23 MPa之間。

2.5場地水文地質條件

根據勘察結果，地下水類型為第四紀孔隙潛水，主要賦存在第四紀沉積粉質粘土混碎石層及卵礫石層中，粘土層滲透系數較小，k=1.0 m/d，屬于弱透水層，卵礫石層滲透系數K=80 m/d，屬強透水層，主要受大氣降水及側向徑流補給，水位年變幅一般在1.00～1.50 m。

3　設計技術標準

（1）設計安全等級：一級；

（2）結構重要性系數：1.1；

（3）道路等級：城市主干路—Ш級，設計車速40 km/h；

（4）結構設計基準年限：100年；

（5）地震基本烈度：設計基本烈度6度，構造按7度設防，橋梁抗震設防類別為A類；

（6）環境類別：Ⅰ類；

（7）通航情況：不通航。

4　橋型選擇

4.1橋梁選型分析

4.1.1橋梁選型的原則

（1）根據其地質情況及周圍環境選擇可以發揮承載能力的橋型和橋孔布置，要滿足設計技術標準的強度、剛度、穩定性和耐久性的需求，符合安全性和適用性要求。（2）應與某國際旅游度假區北區規劃和諧、協調。應結合地區的條件，合理選擇橋梁的造型，讓橋梁的結構與周圍環境和諧統一，符合美學要求［2］。（3）橋梁建設的經濟性也是必須考慮的因素，既要滿足美觀實用也要滿足預算要求，盡量做到施工方便經濟。（4）要滿足建設單位的要求前提下，在經濟、實用、美觀間取得最適合的權衡，同時不能偏廢任何一方面［3］。

4.1.2橋梁造型要點

根據擬定的橋位和橋址處的地質、水文等情況，橋型選擇主要考慮以下要點：

（1）該橋位于小山水庫庫區，水深及水面寬度是由于水庫蓄水形成的，與一般天然河流的情況不同。橋位處兩側岸坡陡峭，水深28～42 m，根據橋位處地形及水深條件，橋梁基礎宜布置在水深較淺（6 m左右）的岸邊。橋面設計標高與水面標高差近30 m。（2）橋址處水面寬度180 m，橋梁主跨以160～200 m左右為宜。（3）地處東北高寒地區，年度溫差極大。（4）該旅游度假區規劃為旅游小鎮，橋梁必須與景觀相適應。

4.2橋型分析

根據上述橋梁選型分析，針對其主要功能以及橋梁的實用性，選定三種備選橋型：方案一，斜拉橋；方案二，混凝土拱橋；方案三，預應力混凝土連續梁橋。

4.3方案比選

4.3.1指標分析

根據上述分析，初步對三種橋型的結構設計、施工難度、景觀效果、工期進行比選，斜拉橋因橋型布置時主塔太高（約150 m），設計、施工難度大，工期太長（某地區年可施工時間只有7個月），可行性低，調整成矮塔斜拉橋方案。

表1　橋梁選型方案比選表

4.3.2效果圖

根據上表，選定矮塔斜拉橋、拱橋和混凝土連續梁橋進行效果設計。如圖2中各圖所示。

圖2　各類型梁橋效果圖

4.3.3橋型選定

經過上述比選，選擇預應力混凝土連續梁橋。主要有以下幾點原因：

（1）從適用性和安全性上來看，預應力混凝土連續梁橋使用普遍，特別是該工程屬于山區，交通不便，該橋型施工方便。

（2）從工期、投資等指標比較，預應力混凝土連續梁橋具有極大的優勢。長白山區年無霜期只有5個月，年施工時間只有6～7個月，工期指標要求較高。

（3）高寒地區具有連續梁橋的經驗，2010年，吉林市九站松花江特大橋采用（75+120+75）m的連續梁橋成功通車，證明在本橋所在地質條件及其它環境條件都能夠滿足其建設要求，其橋面變形小、動力性能好［4］。

（4）從美觀性上來看，預應力混凝土連續梁橋相對較低，但其與環境協調、適應，也可以通過后期的亮化工程進行裝飾，達到預期的效果［5］。

5　橋梁的結構確定

5.1目的

盡管選擇了預應力混凝土連續梁橋作為設計的橋型，但采用的結構形式應進一步論證。連續梁結構體系通常可以分為連續梁橋、連續剛構橋和剛構—連續組合梁橋等，這些橋型在施工階段的受力狀態相似，可以采用相同的懸臂施工方法，但是他們在結構上各有特色。

5.2結構選擇

構梁基礎采用樁基礎、承臺結構。由于小山水水庫河底覆蓋層較淺，承臺如果采用低承臺方案則必須進行較深的水下爆破，因此選擇采用高樁承臺。主墩墩柱采用抗彎剛度、抗扭剛度均較高的雙肢薄壁墩。

5.3橋型布置

為節省工程造價，主墩設置在兩岸的淺水中，主跨跨徑為160 m。全橋分成兩聯，第一聯引橋為等截面預應力混凝土連續箱梁橋，第一聯主橋為變截面預應力混凝土連續梁橋，跨徑布置為3×23 m+（90 m+160 m+90 m）。

5.4結構體系受力分析

在維持主跨規模不變的前提下，對連續-剛構組合梁橋、連續剛構橋和連續梁橋進行力學對比分析，以進一步確定橋梁結構。參照剛構-連續組合梁橋、連續剛構體系和連續梁結構體系的結構體系和構造尺寸，分別計算在恒載、活載和溫度變化等荷載作用下，該橋梁控制截面的內力、撓度和墩頂位移。在不同結構體系的內力分析中，采用兩種內力組合，其中組合一為自重、二期恒載、人群荷載與汽車超-20級荷載的組合：組合二為自重、二期恒載、汽車超-20級荷載及溫度變化的內力組合。在結構位移計算中，主要計算了兩種位移，一種是主梁最大的豎向撓度，一種是橋墩的水平位移。

計算結果表明，三種橋型結構體系分析中，無論彎矩、剪力和軸力，總體上說，剛構-連續組合梁橋比連續剛構橋及連續梁橋要略小一些。在同等荷載組合作用下，剛構-連續組合梁橋的結構位移要比連續剛構橋和連續梁橋略小一些。總的來說，在結構受力、使用性能等方面剛構-連續組合梁橋都具有一定的優越性。

5.5橋梁選型結論

在該橋位于高寒地區（季節溫差達到60℃）和主墩高度在20～30 m的條件下，采用連續梁設有大型支座、無法適應山谷橫風，而剛構橋則因為溫度應力導致墩頂位移和主墩根部彎矩過大，只有剛構—連續梁組合體系，它保持了連續梁的各種優點，同時由于墩梁固結，可以節省大型支座的昂貴費用，減少墩及基礎的工程量，并改善了結構在水平荷載作用下的受力性能，是在此條件下的最佳選擇。

6　結語

通過該次橋型選擇，盡管剛構-連續組合梁橋這一新型橋梁在東北高寒地區應用較少，但其設計理論上講已日趨成熟，施工經驗也較豐富，預應力混凝土剛構-連續組合體系集連續梁、連續剛構的優點于一身，具有施工簡便、造價經濟、受力合理、行車舒適等獨特優勢，是適合山谷施工場地的合理橋型之一。另外，與連續剛構相比，剛構-連續組合梁橋能顯著減小因溫差和收縮徐變等因素引起的應力，具有更大的跨越能力，在東北高寒地區，具有明顯的結構受力優勢。

［1］黎立新，何智勇.高速公路山區橋梁選型及安全風險評估［J］.公路，2011（7）:120-124.

［2］鄭伏龍.淺談貴州山區橋梁選型［J］.黑龍江交通科技，2014（2）: 97-97.

［3］封偉偉，王志亮.北京山區高等級公路橋梁選型設計［J］.市政技術，2010（S）:112-115.

［4］王剛.新時期城市橋梁選型設計注意要點淺析［J］.城市建設理論研究，2014（12）:256-258.

［5］車宇琳，車英俊.橋梁選型雛論［C］.全國公路科技創新高層論壇.2002.

U442.5+4

B

1009-7716（2016）01-0056-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.017

2015-09-11

劉永福（1972-），男，江西瑞金人，總工程師，高級工程師，主要從事。