淺談大通河橋總體設(shè)計

陳彪來

1 概述

連接河橋鎮(zhèn)主卜村和紅古區(qū)窯街鎮(zhèn)的“利民橋”為1-80 m簡易吊橋,建成于1989年,橋面由長度參差不齊的圓木捆綁而成,橋?qū)捈s3 m,橋梁兩側(cè)吊桿之間用鋼絲編制成簡易防護(hù)網(wǎng)。由于年久失修,纜索已遭銹蝕,個別鋼絞線出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象,該橋已無法加固利用。決定拆除舊橋,按公路—Ⅱ級荷載標(biāo)準(zhǔn)新建橋梁,由于投資所限,新建橋梁寬度采用凈(6+2×0.5)m安全帶。

2 測區(qū)概況

2.1 地形、地貌

新建橋梁跨越的大通河是一條典型的山間河谷沖積(刷)型河流,現(xiàn)地表為由北向南的沖積河床。測區(qū)地表呈中部低、東西兩側(cè)高,河谷呈U字形分布。地貌單元屬大通河河床、河漫灘地及沿岸Ⅰ級階地。

2.2 工程地質(zhì)

測區(qū)位于大通河新生代河床、河漫灘和沿岸Ⅰ級階地內(nèi),區(qū)域構(gòu)造簡單、穩(wěn)定,鄰近無構(gòu)造線和新構(gòu)造活動分布。主要地層為第四系風(fēng)積及洪積物,基底為白堊系泥(砂)巖,自上而下分述見表1。

表1 測區(qū)工程地質(zhì)情況一覽表

2.3 氣候、水文

本地氣候類型屬黃土高原溫帶半干旱氣候,年平均降水量約為348 mm,平均氣溫約7.84℃,最大凍結(jié)深度145 cm,最大風(fēng)速28 m/s。

大通河匯水地多為高山區(qū)和丘陵山地及青海西北部腹地高原山地,流量、流速極易受到上游雨(洪)水補(bǔ)給影響,變化幅度較大,夏秋季節(jié)大氣降水多,易誘發(fā)山洪。在豐水期,水面高程1 596.00 m左右,水深3.60 m左右。橋位上游匯水面積為13 934 km2;年平均最大流量為634 m3/s;離差系數(shù) Cv=0.62;偏差系數(shù) Cs=3.5Cv;線型為 PⅢ;Q1%=2 090 m3/s;Q2%=1 790 m3/s。

測區(qū)地表水屬河谷型溪流和孔隙潛水,與地下水互相連通。地下水賦存于回填卵石和卵石中,接受雨水和上游地表水、地下涇流補(bǔ)給,向下游的湟水方向排泄。地下水對混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均無腐蝕性。

2.4 地震情況

根據(jù)GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計規(guī)范附錄A和GB 18306-2001中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖,該區(qū)域抗震設(shè)防烈度為8度,設(shè)計基本地震加速度值為0.20g,場地類別為Ⅱ類。

3 橋位選擇

為了保證施工期間不中斷交通,將連接河橋鎮(zhèn)主卜村和紅古區(qū)窯街鎮(zhèn)的1-80 m簡易吊橋暫且保留。充分考慮橋位處地形、地質(zhì)、河道走向、水文以及新建橋梁與主卜村現(xiàn)有村道和紅古區(qū)窯街鎮(zhèn)街道的順接等因素,在吊橋下游選擇擬建橋梁的橋位,以新、舊橋梁的建筑限界互不影響為原則確定橋軸線,將主卜村村道向南改移與新橋順接。

4 橋孔設(shè)計

4.1 橋孔長度

橋位附近河床寬度為84.0 m～105 m,窯街鎮(zhèn)岸河堤頂部高程為1 598.75 m,比窯街鎮(zhèn)街道高出0.3 m左右,舊吊橋橋面標(biāo)高約為1 598.80 m,建筑高度不足0.40 m,橋底標(biāo)高為1 598.40 m左右。2006年爆發(fā)了多年不遇的洪水,距吊橋橋面底部約30 cm,即洪水位為1 598.00 m,比河堤墻頂?shù)?5 cm左右。雖然近幾年在橋位上游已修建了多座不同規(guī)模的水電站,并實(shí)施了一些截流引水工程,實(shí)際水流量理應(yīng)呈下降趨勢,但是具體能降低到多少,缺乏權(quán)威數(shù)據(jù)?？紤]到蘭州地區(qū)近幾年降雨量明顯增大之現(xiàn)象和好幾個工程項(xiàng)目在施工中遭受到了未曾想到的洪水襲擊之現(xiàn)實(shí)后,以洪水位實(shí)地調(diào)查與水文計算相結(jié)合的方法確定橋孔凈長度。

綜合考慮最不利因素,以 Q1%=2 090 m3/s作為設(shè)計流量,兼顧當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)、施工條件和橋梁與街道的順接等因素,假設(shè)設(shè)計洪水位為1 598.20 m,由形態(tài)斷面法計算得河床過水面積為 Ac=372 m2,濕周長 xc=102.07 m,查表得河槽糙率 nc=0.035,調(diào)查河床比降 I=0.005,河槽水力半徑=3.64 m,河槽平均流速3.642/30.0051/2=4.80 m/s,Qc=AcVc=372×4.80=1 785.6 m3/s1.17,Bc=84 m,由于橋位處于微曲河段,查表得 Kq=0.95,n3=0.87。則橋孔凈長1.170.87×84=91.5 m。

4.2 橋孔布設(shè)及橋型選擇

結(jié)合橋位地形和地質(zhì)情況,以安全泄洪及橋梁上下部結(jié)構(gòu)總造價最低等為原則,進(jìn)行橋梁分孔和橋型選擇,見表2。

表2 橋型方案比選表

5 確定基礎(chǔ)埋置深度

5.1 一般沖刷計算

5.2 橋墩局部沖刷計算

6 確定橋面高程

本河段不通航,按設(shè)計水位計算橋底面最低高程,橋下凈空安全值取Δhj=0.5 m,考慮涌水和浪高等諸因素,取Δh=0.2 m,則:橋底面最低高程:

Hmin=Hs+h+Δhj=1 598.20+0.2+0.5=1 598.90 m,橋面高程為 H=Hmin+H1+H2=1 598.90+0.9+0.13=1 599.93 m。

7 結(jié)語

以洪水位實(shí)地調(diào)查與水文計算相結(jié)合,兼顧當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)、施工條件和橋梁與街道的順接等因素,采用5-20 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板,結(jié)構(gòu)簡支,橋面連續(xù);橋底面略高于窯街岸河堤,橋面高出街道1.1 m左右,采用橋頭引道降坡與適當(dāng)填高街道相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)順接。由于橋位所處河段流速較急,河灘上滯留有大量粒徑較大的卵石和漂石,為了抵抗漂浮物的撞擊和水流沖刷,下部結(jié)構(gòu)采用重力式橋墩、剛性擴(kuò)大基礎(chǔ);將兩側(cè)橋臺置于河堤墻后方,采用柱式橋臺,嵌巖樁基礎(chǔ),充分利用舊河堤,避免基坑大開挖,方便施工。經(jīng)過水文計算,確定出最大沖刷深度,各橋墩基礎(chǔ)均埋置在最大沖刷線以下1.5 m處,持力層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖。繪制大通河橋橋型布置圖,見圖1(限于篇幅,立面圖和平面圖只展示了一部分)。

[1] JTG B01-2003,公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] JTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[3] JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[4] JTG C30-2003,公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范[S].

[5] JTJ 004-89,公路工程抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[6] JTG/B 02-01-2008,公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則[S].

[7] JTG D63-2007,公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[8] 甘肅隴原地質(zhì)勘察工程公司.永登縣河橋鎮(zhèn)主卜村橋橋址工程地質(zhì)勘察報告[R].2007.

[9] 甘肅省水利局水文總站.甘肅省水文圖集(大通河連城水文站資料)[Z].1978.