橋梁設(shè)計(jì)方案比選

王晶

摘 要：隨著交通運(yùn)輸特別是一級(jí)級(jí)公路的迅速發(fā)展，對(duì)行車平順舒適提出了更高的要求。全面貫徹“安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀”的技術(shù)方針?；谝陨显瓌t再結(jié)合地質(zhì)實(shí)際情況以及中國(guó)現(xiàn)有的常見(jiàn)橋型，本次設(shè)計(jì)選取了兩種橋型：連續(xù)剛構(gòu)橋，獨(dú)塔雙索面斜拉橋。最后綜合各種因素，選取連續(xù)剛構(gòu)橋作為推薦方案。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；設(shè)計(jì)；方案

1 工程概況

本橋工程區(qū)段為K3+700～K4+400，橋址位于內(nèi)陸河，環(huán)境類別為Ⅰ類（溫暖或寒冷地區(qū)的大氣環(huán)境、與無(wú)侵蝕性的水或土接觸的環(huán)境），橋位與河道兩岸順直。兩堤間距約700m，橋址河床斷面屬寬灘式河床斷面。地質(zhì)勘探結(jié)果表明，橋位區(qū)地質(zhì)情況一般，河灘位置依次是低液限黏土，容許應(yīng)力[σ0]=250KPa；弱風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，容許應(yīng)力[σ0]=1000KPa；微弱風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，容許應(yīng)力[σ0]=1200KPa；微風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，容許應(yīng)力[σ0]=2000KPa，河槽部分依次是砂礫層，容許應(yīng)力[σ0]=550KPa，砂卵層，容許應(yīng)力[σ0]=1200KPa，根據(jù)上述地質(zhì)條件，設(shè)置端承樁。

2 設(shè)計(jì)規(guī)范

（1）《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2003）；（2）《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG-2004）；（3）《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG-2004）；（4）《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ024-1985）；（5）《公路工程可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50283-1999）；（6）《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）；（7）《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 026-90）；（8）《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 005-96）；（9）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ17-88）。

3 方案一：連續(xù)剛構(gòu)橋

3.1 方案構(gòu)思

本橋河床較為平坦，基巖埋深較淺，可以使用較大跨徑以滿足通航和泄洪要求。由于是III-（2）級(jí)航道，通航凈寬為150m，設(shè)一個(gè)通航孔，考慮到橋墩布置、地質(zhì)、地形和通航富余等條件，取主跨為160m。連續(xù)剛構(gòu)橋的邊主跨比為：0.5～0.692之間，本橋考慮取兩橋臺(tái)之間長(zhǎng)度為700m。由于橋位地質(zhì)條件好，而引橋的標(biāo)準(zhǔn)跨為一般30m、40m或50m，故跨徑布置為：2×50+40+50（預(yù)制預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T梁）+100+160+100+3×50（預(yù)制預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T梁）=700m，這時(shí)邊主跨比100/160=0.625滿足要求。

3.2 橋面標(biāo)高確定

（1）豎曲線設(shè)計(jì)：根據(jù)《公路工程技術(shù)規(guī)范》高速公路豎曲線半徑一般取值為4500m、最小值為3000m，但考慮到避免橋臺(tái)高度過(guò)低，在橋梁豎曲線和縱坡滿足規(guī)范的前提下，本方案豎曲線半徑采用R=3000m。豎曲線基本要素為：豎曲線長(zhǎng)度L=270m、切線長(zhǎng)T=135m、豎曲線外距E=3.04m。（2）橋面標(biāo)高：本橋橋面標(biāo)高根據(jù)設(shè)計(jì)水位、橋下通航（通車）凈空、橋兩端引道標(biāo)高的需要，并結(jié)合橋型跨徑等綜合考慮。a.按設(shè)計(jì)水位計(jì)算橋面標(biāo)高342.365m（主橋跨中橋面標(biāo)高）；b.按通航水位計(jì)算橋面標(biāo)高：339.573m（主橋跨中橋面標(biāo)高）；c.按路堤通車處計(jì)算橋面標(biāo)高：路堤通車處通車凈空4.5m，上部結(jié)構(gòu)建筑高度3.0m，設(shè)計(jì)跨中橋面標(biāo)高為：43.352+3+4.5=49.852m。綜合上述標(biāo)高，本方案標(biāo)高取為49.852（跨中橋面標(biāo)高），由路堤通車處跨線標(biāo)高確定。

3.3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主橋上部結(jié)構(gòu)采用變截面箱梁，C50混凝土，橋梁寬度17.5m，箱梁頂板寬度取17.5`.0m，底板寬取10.0m。根據(jù)《橋梁工程》通常梁性剛?cè)針颍c(diǎn)處箱梁截面的高跨比在1/16～1/20之間，跨中截面梁高約為支點(diǎn)截面梁高的1/2.5～1/3.5，故本橋支點(diǎn)處梁高取9.5m，高跨比為1/20，跨中梁高取4m，跨中截面梁高為支點(diǎn)梁高1/3，高跨比為1/60。箱梁頂板厚取30cm，腹板及底板采用變截面，腹板厚度由墩跨中40cm厚逐漸過(guò)渡至墩頂60cm厚，底板厚度由墩跨中35cm厚逐漸過(guò)渡至墩頂80cm厚。梁高、底板厚度按二次拋物線變化，以滿足受力及橋梁線形上的需要，腹板厚度按直線變化。本橋方案由于橋面寬度的要求，考慮采用單箱單室斷面，單箱單室斷面構(gòu)造簡(jiǎn)單，受力明確，施工方便。

3.4 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本橋地形平坦，通航孔布置范圍較廣，由鉆探資料，本橋主要地層第一層為沙礫層、第二層為砂卵層，采用端承樁，入巖深度大于三倍樁直徑，因此主橋基礎(chǔ)采用端承樁基礎(chǔ)。主橋橋墩為雙肢薄壁橋墩，主橋設(shè)4m厚鋼筋混凝土承臺(tái)。主橋基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，選擇在枯水季節(jié)鉆孔施工，主墩每墩樁數(shù)為24根，樁端入持力層厚度亦大于樁直徑3倍。

4 方案二：獨(dú)塔雙索面斜拉橋

4.1 方案構(gòu)思

獨(dú)塔斜拉橋在河床地質(zhì)、地形條件較好時(shí)，經(jīng)濟(jì)性比較好，可以省去一個(gè)橋塔，無(wú)索區(qū)比雙塔斜拉橋長(zhǎng)，拉索用量少；其次，其活載最大撓度發(fā)生在拉索區(qū)，對(duì)受力有利，受收縮徐變及溫度梯度的影響較?。辉俅危浣Y(jié)構(gòu)布置靈活，施工也比較方便，可采用懸臂澆筑、轉(zhuǎn)體施工等方法，8×40m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁+160m+180m（雙塔雙索面斜拉橋）+50m+30m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁=750m。

4.2 橋面標(biāo)高確定

（1）豎曲線設(shè)計(jì)：根據(jù)《公路工程技術(shù)規(guī)范》高速公路豎曲線半徑一般取值為10000m、最小值為6500m，但考慮到避免橋臺(tái)高度過(guò)高，在橋梁豎曲線和縱坡滿足規(guī)范的前提下，本方案豎曲線半徑采用R=10000m。豎曲線基本要素為：豎曲線長(zhǎng)度L=400m、切線長(zhǎng)T=200m、豎曲線外距E=2m。（2）橋面標(biāo)高：本橋橋面標(biāo)高根據(jù)設(shè)計(jì)水位、橋下通航（通車）凈空、橋兩端引道標(biāo)高的需要，并結(jié)合橋型跨徑等綜合考慮。a.按設(shè)計(jì)水位計(jì)算橋面標(biāo)高，341.865m（主橋跨中橋面標(biāo)高）；b.按通航水位計(jì)算橋面標(biāo)高，326.473+10+2.5+0.1=339.073m（主橋跨中橋面標(biāo)高）。

4.3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）主塔：橋面以上主塔順橋向?qū)?m，橋面以下至承臺(tái)逐漸過(guò)渡到10m。橫橋向厚度為4m。橋塔總高度為108.8m，橋面以上高為89.50m。（2）主梁：主梁梁高為2.5m，橋面板行車道做成1%的雙向橫坡，橋面全寬26.5m。主梁截面采用混凝土形式。（3）斜拉索：斜拉索采用直徑8mm的低松弛高強(qiáng)平行鍍鋅鋼絲束。斜拉索外層防護(hù)采用熱擠雙層PE防護(hù)套，外層防護(hù)套的顏色可根據(jù)景觀要求選用。邊跨斜拉索布置14m+17×8m+10m，主跨斜拉索布置15m+17×8m+29m，索橫向間距為25.50m。全橋共設(shè)2×18對(duì)斜拉索。主塔兩側(cè)斜拉索的設(shè)計(jì)以避免產(chǎn)生較大的塔身彎矩為原則。斜拉索兩端用冷鑄錨分別錨固于索塔和主梁上。斜拉索與主梁上的耳板采用銷鉸式連接，通過(guò)耳板用高強(qiáng)螺栓與主梁連接，斜拉索中心線在耳板平面內(nèi)擺動(dòng)。

4.4 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主橋基礎(chǔ)采用端承群樁基礎(chǔ)

考慮到美觀性，枯水期樁不外露，承臺(tái)位置盡可能靠近最低水位，本設(shè)計(jì)取承臺(tái)中心面與最低水位平齊。承臺(tái)尺寸取為36.00m（橫橋向）×12.00m（縱橋向）×4.0m（高）?；A(chǔ)由21根直徑為Φ2.0m的樁組成，縱向3排，間距4m，橫向7排，間距5m，持力層厚度大于三倍樁勁。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著交通運(yùn)輸特別是一級(jí)級(jí)公路的迅速發(fā)展，對(duì)行車平順舒適提出了更高的要求。全面貫徹“安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀”的技術(shù)方針?；谝陨显瓌t再結(jié)合地質(zhì)實(shí)際情況以及中國(guó)現(xiàn)有的常見(jiàn)橋型，本次設(shè)計(jì)選取了兩種橋型：連續(xù)剛構(gòu)橋，獨(dú)塔雙索面斜拉橋。最后綜合各種因素，選取連續(xù)剛構(gòu)橋作為推薦方案。