渠江特大橋總體設計比選

李鵬程

（招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶市 400000）

1 工程概況

渠江特大橋位于合川雙槐至錢塘高速公路上，為跨越渠江而建，是本項目的關鍵控制性工程。該項目采用雙向四車道高速公路標準，設計速度采用100 km/h，路基寬度采用26 m。

橋址區地屬于侵蝕堆積河谷地貌，形態主要表現為河谷階地，巖性主要為沖洪積堆積層，由粉質黏土、沙土、卵石組成，質地松軟，厚度不等。區域內地形平坦，地形坡度較小。橋址處無不良地質現象，工程區地震基本烈度為Ⅵ度。

2 設計控制因素

2.1 橋位控制因素

（1）滿足合川雙槐至錢塘高速公路設計線型指標。

（2）在通航、行洪等專題研究成果的基礎上，按照水中橋軸線盡量與水流流向正交。

（3）在滿足兩岸用地規劃、使兩岸接線占地拆遷少的原則下，對橋軸線進行布設。

2.2 跨布置控制因素

（1） 根據通航條件影響評價和行洪論證的意見，推薦橋位主跨跨徑確定為不小于240 m。

（2）為有效控制水下基礎施工規模和難度，橋墩布設應盡量避開水中的深槽位置。

3 主橋橋型方案設計

在上述控制條件下，根據目前國內外的橋梁技術能力和實際經驗，其中可選擇的橋型方案主要有連續剛構橋、矮塔斜拉橋、斜拉橋和拱橋等。

橋位處于U 形河谷，由于路線兩端接線高程和地形條件限制，中承式和上承式拱橋方案實施難度大、風險高，均不適宜本項目。綜合考慮技術、經濟和可接受的施工風險，提出了主跨240 m 的連續剛構橋、主跨240 m 的矮塔斜拉橋和主跨350 m 的斜拉橋進行技術經濟研究。

3.1 （126+240+126）m 連續剛構橋

針對本項目的U 形河谷和路線接線高程較高等特點，240 m 的主跨的高墩預應力混凝土連續剛構橋是較為常規和經濟的橋型（見圖1）。其具有外觀簡潔、技術成熟、造價經濟、施工和養護方便等優點。

圖1 （126+240+126）m 連續剛構橋（單位：cm）

（1）技術成熟

連續剛構橋發展至今約45 a，結構體系成熟。重慶市近年來修建的大跨徑連續剛構橋較多，最具代表性的連續剛構橋有重慶繞城高速水土嘉陵江大橋（主跨250 m，2009 年）、重慶魚洞長江大橋（主跨260 m，2011 年）、重慶高家花園復線橋（主跨240 m，2017年）。

（2）造價經濟

連續剛構橋能充分發揮材料的受力特性優勢，造價相對較低，施工過程中體系轉換較少，施工工藝成熟，施工成本低[1]。

（3）后期維護成本低

連續剛構橋為預應力混凝土結構，相對索結構橋梁，減少了拉索和錨具等的維護成本，后期養護工作量小。

3.2 （126+240+126）m 矮塔斜拉橋

矮塔斜拉橋可以視為介于梁式橋和斜拉橋之間的一種橋梁形式，其性能相當于梁式橋用體外索來進行加勁。如果說連續梁是剛性橋梁，斜拉橋是柔性橋梁，那么矮塔斜拉橋就是一種剛柔并濟的橋型[2]。

通過研究，針對本項目的橋位地形條件，采用240 m 跨徑的矮塔斜拉橋方案與高墩搭配，主次分明，整體造型較為和諧統一（見圖2）。同時由于其支點梁高相對連續剛構橋可大大降低，梁體自重較低，結構效率較高；但是相對連續剛構橋，矮塔斜拉橋增加了索鞍和錨具安裝、斜拉索掛索和張拉等工序，施工工藝相對復雜，施工風險可控性更差。同時，由于體外斜拉索一般設計壽命為20 a 左右，需定期進行檢查和更換，后期養護工作量增大。

圖2 （126+240+126）m 矮塔斜拉橋（單位：cm）

3.3 （150+350+150）m 斜拉橋

橋位區處于草街樞紐常年回水區，常年水位均在203 m 左右，其橋軸線處江面寬度在320~340 m左右。本次考慮了將主墩承臺置于庫區常水位203 m以上的（150+350+150）m 預應力混凝土斜拉橋方案（見圖3）。

圖3 （150+350+150）m 斜拉橋（單位：cm）

預應力混凝土斜拉橋跨越能力強、景觀效果好，主墩基礎施工圍堰高度相對較低。但斜拉橋主橋規模大，經濟性較差，且整體施工工期長，后期養護費用更高。

3.4 橋型方案選取

從表1 可以看出，（126+240+126）m 連續剛構橋與（126+240+126）m 矮塔斜拉橋相差無幾，但（126+240+126）m 矮塔斜拉橋考慮到后期換索的費用，連續剛構橋的優勢還是相對明顯。綜合分析，選取（126+240+126）m 連續剛構橋作為推薦方案。

表1 橋型方案初步對比

4 結構設計

4.1 構造設計

箱梁采用單箱單室，箱頂寬12.50 m，箱底寬7.5 m，單側懸臂長2.5 m，箱梁跨中梁高5.0 m，墩頂根部梁高15.0 m，單“T”箱梁梁高從中跨跨中至箱梁根部，箱高以1.8 次拋物線變化。箱梁底板厚從箱梁根部截面的160 cm 厚漸變至跨中和邊跨支點截面的35 cm厚，按1.8 次拋物線變化。箱梁腹板厚度采用85 cm、70 cm、55 cm 三個級別變化，主梁零號塊腹板厚度為130 cm。

箱梁0 號梁段長13 m（包括橋墩兩側懸臂各2.5 m），每個“T”構縱橋向劃分為31 個對稱梁段，箱梁梁段數和梁段長度從根部至跨中分別為11×3 m、6×3.5 m、9×4.0 m、5×4.5 m。

本橋兩個主墩墩高分別為93.6 m 和92.4 m，均采用空心薄壁箱型橋墩。其外輪廓尺寸為9.0 m （順橋向）×9.5 m（橫橋向），橋墩標準段壁厚均為1.0 m。在墩頂、底各5m 范圍內，壁厚加厚至2.3 m。為改善橋墩抗流水沖刷性能，在橋墩迎水側設置1 m 高漸變分水尖。

具體構造設計，見圖4。

圖4 （126+240+126）m 連續剛構橋

4.2 整體驗算結果概要

主梁支點截面抗彎承載力與彎矩設計值之比為1.232，主梁跨中截面抗彎承載力與彎矩設計值之比為1.109，主梁最不利截面抗剪承載力與剪力設計值之比為1.391，主梁在作用頻遇組合下斜截面最大拉應力為0.65 MPa，主梁在作用標準組合下正截面最大壓應力為18.3 MPa，均滿足規范要求（見圖5 至圖8）。

圖5 主梁正截面抗彎驗算

圖6 主梁斜截面抗剪驗算

圖7 主梁正截面壓應力驗算（上緣）

圖8 主梁正截面壓應力驗算（下緣）

4.3 局部應力分析結果概要

運營階段最不利工況下，零號塊頂板、底板和腹板分別在縱橋向、橫橋向和豎向應力指標均滿足規范要求（見圖9、圖10）。

圖9 零號塊法向應力分布示意圖（單位：N/m2）

圖10 零號塊主應力分布示意圖（單位：N/m2）

5 結語

（1）西南山區地形條件復雜，對橋梁的總體設計提出更高的要求。因此，在確保結構安全的前提下，更應將“綠色環保”“全壽命周期成本”的理念貫穿設計始終，從工程的角度踐行“可持續發展”的基本國策。

（2）渠江特大橋是一座典型的高墩、大跨山區橋梁，橋梁總體方案的確定，應充分論證各種水位、地形、橋型和造價之間的相互影響，統籌好結構安全、建設工期和全壽命周期成本三者之間的關系。

（3）本橋通過比選，最終確定采用（126+240+126）m 連續剛構橋。目前，該橋已通過初步設計評審，得到同行業專家的認可，可為后期類似跨徑橋梁總體設計提供參考。