預(yù)應(yīng)力小箱梁水文計(jì)算分析

張 蕊

(河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，河北 石家莊 050011)

預(yù)應(yīng)力小箱梁水文計(jì)算分析

張 蕊

(河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，河北 石家莊 050011)

結(jié)合灤河鎮(zhèn)大橋工程概況，簡述了橋梁截面形式及截面尺寸，根據(jù)設(shè)計(jì)流量進(jìn)行了小箱梁水文計(jì)算，包括沖刷計(jì)算及橋孔長度計(jì)算，從而為確定橋梁跨徑是否合理提供了參考。

小箱梁，水文計(jì)算，一般沖刷，局部沖刷

1 工程概況

灤河鎮(zhèn)大橋中心樁號AK0+401，按正橋設(shè)計(jì)，上部結(jié)構(gòu)為4-25 m預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋臺和肋板式橋臺，雙柱式墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

京承公路灤河鎮(zhèn)大橋百年一遇流量5 786 m3/sec，最高水位(考慮灤河水位倒灌)309.78 m，平均流速4.45 m/s，水文計(jì)算為4孔25 m，從路線考慮采用4孔25 m箱梁，全橋分1聯(lián)，橋全長106.62 m。

橋面凈寬為雙幅12 m+2×0.5 m，由4片小箱梁組成斷面，邊梁2.55 m，中梁2.1 m。橋梁立面圖見圖1。

2 截面形式及截面尺寸的擬定

每幅橋面全寬為12 m。由于采用簡支轉(zhuǎn)連續(xù)的施工方法，主梁先預(yù)支再運(yùn)輸、吊裝就位，因此橫截面布置時(shí)應(yīng)考慮到施工中的

吊運(yùn)能力，將每幅橋做成四個(gè)單箱單室的組合截面。其中，預(yù)制中梁頂板寬210 cm，底板寬100 cm；預(yù)制邊梁頂板寬255 cm，底板寬100 cm；預(yù)制主梁間采用90 cm的濕接縫，從而減少主梁的吊裝質(zhì)量。邊、中梁均采用斜腹板，以減輕主梁自重。為滿足頂板負(fù)彎矩鋼束、普通鋼筋的布置及倫載的局部作用，箱梁頂板取等厚度15 cm。同時(shí)為防止應(yīng)力集中和便于脫模，在腹板與頂板交界處設(shè)置20 cm×10 cm的承托。

主梁橫斷構(gòu)造如圖2所示。

3 根據(jù)設(shè)計(jì)流量推算設(shè)計(jì)水位和流量

因橋位處在河岸穩(wěn)定、沖淤不大，泛濫寬度較小，無死水和回流，斷面比較規(guī)則的順直河段上。故取橋位處斷面為水文斷面。根據(jù)當(dāng)?shù)靥峁┑乃馁Y料，設(shè)計(jì)流量取Qs=72 m3/s，河床比降取1/10 000。河槽處采用謝才—滿寧公式：V=R2/3i1/2/n,試算水位和流速。河床斷面為單式。糙率系數(shù)根據(jù)水文資料，河槽取0.025，試算結(jié)果見表1。由試算結(jié)果可知，當(dāng)水位H=8.85 m時(shí)，Q=72.267 m3/s，與設(shè)計(jì)流量72 m3/s相近，故取H=8.85 m為設(shè)計(jì)水位，相應(yīng)河槽設(shè)計(jì)流速Vc=0.7 m3/s。

3.1 沖刷計(jì)算

1)一般沖刷。

河槽：該河床為粘性土，一般沖刷計(jì)算公式采用式(1)：

(1)

其中，Hp為橋下一般沖刷后的最大水深，m；Ad為單寬流量集中系數(shù)，計(jì)算公式見式(2)，取1.0～1.2；

(2)

其中，Bz為造床流量下的河槽寬度，Bz=176 m；Hz為取平灘水位時(shí)河槽平均水深，Hz=1 071.8/176=6.09 m；Q2為橋下河槽部分通過的設(shè)計(jì)流量，Q2=83.446 3 m3/s(見表2);μ為橋墩水流側(cè)向壓縮系數(shù),按JTG C30-2002中表7.3.1-1：取0.98；Bcj為河槽部分過水凈寬，Bcj=175-6×1.5=166 m;Hcm為橋下河槽最大水深，Hcm=2.63 m；Hcq為橋下河槽平均水深，Hcq=6.09 m；IL為沖刷范圍內(nèi)的粘性土指數(shù)，0.73。

一般沖刷后最大水深Hp=3.157 m大于橋下河槽最大水深2.6 m。

2)局部沖刷。

河槽部分：

(3)

(4)

(5)

其中，Kξ為墩形系數(shù)，按JTG C30-2002附錄中選用1.0(見表3)；B1為橋墩計(jì)算寬度，B1=1.5 m;V為一般沖刷后墩前行近流速，m/s，按JTG C30-2002中7.4.4中規(guī)定采用公式：

(6)

其中，IL為沖刷坑范圍內(nèi)粘性土液型指數(shù)，適用范圍為0.16～1.48。

3.2 橋孔長度計(jì)算

因?yàn)楸緲蛭挥跓o灘河段，因此應(yīng)采用JTG C30-2002中公式6.2.1-1計(jì)算：

Lj=Kq(Qs/Qc)N3Bc

(7)

其中，Kq，N3分別為系數(shù)和指數(shù)；Lj為橋孔最小凈長度，m；Qs為設(shè)計(jì)流量，m3/s，Qs=83.138 4 m3/s；Qc為河灘流量，83.446 3 m3/s；Bc為河槽寬度，176 m;Lj=90.1 m，小于兩堤之間距離99.8 m。

故橋孔長度應(yīng)按兩岸堤頂間距控制。

表1 水文計(jì)算

表2 一般沖刷計(jì)算

表3 局部沖刷計(jì)算

4 設(shè)計(jì)體會

本設(shè)計(jì)通過水文進(jìn)行分析計(jì)算，橋梁長度控制因素可能是水量大小，也可能是岸堤長度，最終長度確定需要計(jì)算和現(xiàn)場測量情況比較，北方實(shí)際情況比較多的是通過岸堤控制長度。

[1] JTJ 021-89，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[2] 姚玲森.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3] 廖元裳.鋼筋混凝土橋[M].北京：中國鐵道出版社，1997.

[4] 李 儉.橋梁墩臺與基礎(chǔ)工程[D].石家莊：石家莊鐵道學(xué)院，1993.

[5] 徐 岳，王亞君，萬振江.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2000.

[6] JTG C30-2002，公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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

Hydrologic calculation analysis of prestressed small box girder

ZHANG Rui

(HebeiTrafficPlanning&DesignInstitute,Shijiazhuang050011,China)

Combining with Luanhe town bridge engineering conditions, the paper describes bridge section forms and section size. According to design flow, it carries out the hydrologic calculation of the small box girder including scour calculation and bridge hole length calculation. As a result, it has provided some guidance for determine the rationality of bridge span.

small box girder, hydrologic calculation, general scour, local scour

1009-6825(2014)07-0184-02

2014-01-09

張 蕊(1980- )，女，工程師

U442

A