樂(lè)平市接渡大橋總體設(shè)計(jì)

黃東初

（華維設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江西 南昌 330029）

0 引 言

現(xiàn)狀接渡大橋是跨越樂(lè)安河的一座公路大橋，大橋建成于20 世紀(jì)70 年代末，運(yùn)營(yíng)至今已有四十余年。如圖1 所示，現(xiàn)狀接渡大橋上部結(jié)構(gòu)為10 孔凈跨徑為35 m 的空腹式鋼筋混凝土雙曲拱橋，橋梁現(xiàn)狀實(shí)測(cè)全長(zhǎng)為403.589 m，橋面寬9.15 m。

圖1 現(xiàn)狀老橋照片

河道北岸為城區(qū)，南岸為民房，引道兩側(cè)沿現(xiàn)狀道路建筑住宅密集，需“零拆遷”。老橋經(jīng)檢測(cè)評(píng)定為四類橋梁，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其已不能滿足現(xiàn)狀交通量的需求及通航要求，存在較大安全隱患。

項(xiàng)目區(qū)域主要為石灰?guī)r，巖溶極其發(fā)育，地質(zhì)條件異常復(fù)雜，在樁基施工過(guò)程中出現(xiàn)多處較大溶洞。

橋位處河道寬約510 m，常水位標(biāo)高為14.05 m，常水位水面寬240 m，其余為河灘。樂(lè)安河遠(yuǎn)期按Ⅴ-（3）級(jí)航道要求進(jìn)行規(guī)劃，為滿足規(guī)劃通航要求，新建橋梁的橋面標(biāo)高需高于現(xiàn)狀橋面4.8 m。為節(jié)約工程造價(jià)，利用老橋作為施工期間的社會(huì)保通橋梁，待新建建成后再拆橋老橋消除安全隱患。新橋施工期間，老橋橋頭設(shè)置限高架，允許小汽車和非機(jī)動(dòng)車及行人通行。

1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：二級(jí)公路兼城市次干路。

（2）設(shè)計(jì)速度：60 km/h。

（3）設(shè)計(jì)荷載：公路-Ⅰ級(jí)，城-A 級(jí)。

（4）設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)。

（5）航道等級(jí)：Ⅴ-（3）；通航凈空52.9 m×8 m；最高通航水位25.17 m，最低通航水位14.05 m。

（6）橋梁設(shè)計(jì)使用年限：100 a。

（7）設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100，100 a 一遇水位28.83 m。

（8）環(huán)境類別：I 類環(huán)境，地震動(dòng)峰值加速度0.05g。

2 路線總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)起點(diǎn)接現(xiàn)狀S205 (鎮(zhèn)東路交叉口旁)（起點(diǎn)樁號(hào)：K0+000），路線從設(shè)計(jì)起點(diǎn)處開(kāi)始西移路線，同時(shí)路線繼續(xù)由北向南延伸，上跨沿江路，跨越樂(lè)安河，跨河橋位中心線距老橋橋位中心線21.7 m，終點(diǎn)接樂(lè)安河南岸的現(xiàn)狀S205（終點(diǎn)樁號(hào)：K0+742. 279），路線設(shè)計(jì)全長(zhǎng)742. 279 m。現(xiàn)狀老橋平面為直線，兩岸連接線采用圓弧過(guò)渡銜接，橋頭引道低于現(xiàn)狀房屋地坪標(biāo)高0.5～1 m。

如圖2 所示，新建橋梁引道與老橋引道重疊處采用R=400 m 圓曲線，并設(shè)置緩和曲線過(guò)渡，新老橋橋面凈距7.9 m。為了節(jié)約工程造價(jià)，利用老橋作為施工期間的社會(huì)保通橋梁，待新建建成后再拆橋老橋消除安全隱患。

圖2 新建橋梁與現(xiàn)狀老橋平面關(guān)系圖（單位：m）

通航孔邊緣距離北岸大堤106 m，由于新建橋梁需滿足Ⅴ-（3）級(jí)航道通航凈空要求，通航孔處橋面標(biāo)高需高于老橋橋面4.8 m，為適應(yīng)現(xiàn)狀條件，受兩側(cè)建筑地坪標(biāo)高限制，通航孔選擇橫梁高度較小的下承式鋼桁架梁以滿足通航。

3 主橋設(shè)計(jì)

3.1 總體布置

主橋采用（60+60）m 鋼桁架橋，引橋采用30 m跨預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋，每聯(lián)引橋預(yù)制小箱梁各設(shè)置一處墩梁固結(jié)，橋面標(biāo)準(zhǔn)段寬18 m。成橋照片如圖3 所示。

圖3 成橋照片

主橋橋墩采用雙立柱橋墩，考慮橋墩墩身高度較高且為提高抗撞能力，在墩身頂部設(shè)置橫向系梁。立柱采用帶圓角的矩形斷面，橋墩斷面尺寸為3.0 m×2.5 m，系梁寬度1.8 m，高度從中間向兩側(cè)呈弧形變高；基礎(chǔ)采用承臺(tái)接樁基礎(chǔ)；承臺(tái)尺寸為6.5 m×6.5 m×2.5 m，基礎(chǔ)雙排直徑1.5 m 樁基。引橋橋墩采用花瓶式實(shí)體墩，墩底尺寸為4.2 m×1.6 m，墩頂接蓋梁，蓋梁寬2.0 m，采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用承臺(tái)接樁基礎(chǔ)。每一聯(lián)設(shè)置一個(gè)固結(jié)墩，固結(jié)墩采用雙排直徑1.3 m 樁，其余橋墩采用單排直徑1.8 m 樁基。主橋橋型布置具體如圖4 和圖5 所示。

圖4 主橋橋型立面圖（單位：m）

圖5 主橋橋型橫斷面圖（單位：m）

3.2 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主橋上部結(jié)構(gòu)采用下承式連續(xù)鋼桁架，跨徑組合（60+60）m，橋?qū)?9.6 m。橫橋向設(shè)置兩片主桁架，鋼桁架高10 m，節(jié)間距為9.4 m、9.8 m、10 m 三種規(guī)格，共12 個(gè)節(jié)段，支座中線距離伸縮縫中心線0.8 m。

主桁架為工廠焊接的節(jié)段，待運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后采用高強(qiáng)度螺栓拼接。主桁構(gòu)件采用Q345qD 鋼材，構(gòu)件板厚18～44 mm。其中，栓接節(jié)點(diǎn)均采用高強(qiáng)螺栓，螺帽向內(nèi)設(shè)置。

（1）弦桿

主桁架桿件凈寬0.6 m。上、下弦桿均采用箱形截面，上弦桿高0.76 m，最小板厚24 mm，最大板厚36 mm。下弦桿高1.2 m，最小板厚18 mm，最大板厚24 mm，下弦箱形截面腹板中間設(shè)置寬200 mm、厚20 mm 的縱向加勁肋板。上、下弦桿均采用高強(qiáng)螺栓連接。接渡大橋采用了焊接斷面，頂?shù)滓砭墝挾忍舫觯M量做到外輪廓一致，便于安裝景觀亮化燈具。

（2）腹桿

端斜腹桿采用箱形截面，其余腹桿采用H 形截面，如圖6 所示，為方便現(xiàn)場(chǎng)施工，腹桿與節(jié)點(diǎn)板對(duì)拼高強(qiáng)螺栓栓接，斜腹桿件凈寬0.6 m，凈高0.6～0.8 m，最小板厚18 mm，最大板厚36 mm。

圖6 主橋腹桿照片

（3）上下平聯(lián)

如圖7 所示，上平聯(lián)采用“K”形橫撐，兩個(gè)橫撐節(jié)間為“米”形橫撐。下弦平面不設(shè)置平面縱向聯(lián)結(jié)系，平聯(lián)斜桿高350 mm，腹板厚10 mm，翼緣寬400 mm，厚20 mm，撐桿高350 mm，腹板厚10 mm，翼緣寬420 mm，厚20 mm。

圖7 上平聯(lián)米字形橫撐照片

為使桁架更通透，采用加大端斜桿，不設(shè)置橋門架的形式，在上平聯(lián)撐桿與上弦節(jié)點(diǎn)連接處設(shè)隅撐。

（4）主橋橋面系

橋面由縱、橫梁及混凝土橋面板組成，橋面采用預(yù)制混凝土橋面板+ 現(xiàn)澆縱橫縫形式，如圖8 所示，橋面縱橫縫與橫梁用剪力釘結(jié)合。共設(shè)3 道小縱梁，小縱梁橫向間距4.5 m，作為縱向現(xiàn)澆縫的底模板。橫梁間隔1 880～2 000 mm 一道，橫梁采用箱型截面或工字鋼截面，高1 200～1 390 mm。底板寬400～500 mm，頂板寬700 mm。縱梁采用工字鋼截面，頂板寬600 mm，底板寬200 mm，高300 mm。縱梁與橫梁采用錨栓連接，混凝土橋面板厚25 cm，全橋連續(xù)。

圖8 主橋橋面系照片

（5）鋼結(jié)構(gòu)防腐及涂裝

鋼結(jié)構(gòu)防腐劑涂裝采用《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》（JT/T 722—2008）要求的S077 體系進(jìn)行。箱形截面桿件兩端焊接封端隔板，內(nèi)部采用氣密閉防腐，隔板外預(yù)留5 cm 孔徑的泄水孔。涂裝前應(yīng)對(duì)桿件外露的棱邊進(jìn)行倒角，曲率半徑R 為2 m。

各桿件拼裝后的桿件間隙處、連接板兩端等部位，用阻蝕型防腐密封材料填實(shí)后再進(jìn)行下一道工序。高強(qiáng)螺栓栓接摩擦面：出廠時(shí)栓接表面抗滑移系數(shù)試驗(yàn)值不小于0.55，安裝時(shí)應(yīng)不小于0.45。高強(qiáng)螺栓栓接后，用環(huán)氧磷酸鋅封孔劑封孔后再涂裝其他防腐涂料。

4 主橋結(jié)構(gòu)計(jì)算

主橋采用有限元單元法分析，鋼桁架采用梁?jiǎn)卧M建模，橋面板與橫梁采用組合截面，上下弦桿與上下平聯(lián)、腹桿、橫梁間的各節(jié)點(diǎn)采用剛接，支座邊界約束條件根據(jù)具體的支座型號(hào)而定。

荷載組合按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D 60—2015）第4.1 條相關(guān)規(guī)定選取，采用MIDAS Civil有限元分析軟件，全橋模型如圖9 所示。

圖9 MIDAS 全橋模型

主桁架最大拉應(yīng)力為145 MPa，最大壓應(yīng)力為173 MPa，主桁架最大剪應(yīng)力為55 MPa，上平聯(lián)最大拉應(yīng)力為60 MPa，最大壓應(yīng)力為58 MPa，上平聯(lián)最大剪應(yīng)力為43 MPa，縱梁最大拉應(yīng)力為175 MPa，最大壓應(yīng)力為174 MPa，縱梁最大剪應(yīng)力為124 MPa，橫梁最大拉應(yīng)力為135 MPa，最大壓應(yīng)力為70 MPa，活載引起的跨中最大撓度為27 mm，小于L/500（120 mm）。（恒載+1/2 活載）產(chǎn)生的最大豎向撓度為68 mm，根據(jù)規(guī)范要求需設(shè)置預(yù)拱度，跨中向上設(shè)置75 mm 預(yù)拱度，通過(guò)綜合分析，主橋靜力計(jì)算各桿件應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

5 施工技術(shù)要點(diǎn)

5.1 巖溶極其發(fā)育地質(zhì)樁基施工

項(xiàng)目區(qū)域主要為石灰?guī)r，巖溶極其發(fā)育，地質(zhì)條件異常復(fù)雜，影響極大。橋梁樁基施工過(guò)程中，鉆頭如果突然穿透溶洞頂板，可能導(dǎo)致鉆孔內(nèi)泥漿漏失，易引起溶洞頂板以上孔壁失穩(wěn)而塌孔，在巖土交界面產(chǎn)生空洞，嚴(yán)重時(shí)易誘發(fā)護(hù)筒處地面塌陷，導(dǎo)致鉆機(jī)倒塌、人員傷亡等安全事故，施工時(shí)須根據(jù)設(shè)計(jì)樁位進(jìn)行超前一樁一孔地質(zhì)鉆探，探明地質(zhì)及巖溶發(fā)育程度。

考慮樁基施工離現(xiàn)狀老橋較近，采用全套筒全回轉(zhuǎn)施工方法以減小樁基施工對(duì)老橋結(jié)構(gòu)的影響。

5.2 主橋立面線形控制

主橋鋼桁架采用高強(qiáng)螺栓栓接，其立面線形位于豎向凸曲線處，鋼桁架拼裝精度要求高，橋梁縱斷面線形控制難度大。在工廠預(yù)制時(shí)需對(duì)鋼桁架結(jié)構(gòu)按照縱斷面線形并結(jié)合設(shè)計(jì)預(yù)拱度進(jìn)行放樣，嚴(yán)格控制焊接變形及螺栓孔連接精度，節(jié)段預(yù)制完成后，需在工廠進(jìn)行預(yù)拼裝，達(dá)到設(shè)計(jì)線形要求后方可出廠，待桁架運(yùn)抵項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)后，在設(shè)計(jì)橋位處架設(shè)臨時(shí)鋼支墩進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)栓接拼裝。現(xiàn)場(chǎng)施工照片如圖10 所示

圖10 主桁架現(xiàn)場(chǎng)支墩拼裝圖

6 結(jié)語(yǔ)

由于全省通航規(guī)劃升級(jí)，橋址處通航等級(jí)大幅提升（比現(xiàn)狀橋面高5.2 m），受兩側(cè)建筑地坪標(biāo)高限制，選擇梁高最小的鋼桁架梁以滿足通航。目前橋梁已投入正常使用，各項(xiàng)指標(biāo)均在可控值以內(nèi)。

樂(lè)平市接渡大橋是一座公路兼城市橋梁，江西省內(nèi)目前第一座公路鋼桁架橋，橋位巧妙的利用平面線形避開(kāi)現(xiàn)狀老橋，采用老橋保障施工期間的社會(huì)正常通行，做到了“零拆遷”，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)。