澮河大橋橋梁方案比選

王林飛

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院)

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澮河大橋橋梁方案比選

王林飛

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院)

澮河大橋是侯馬市合歡街南延的控制性工程，其主橋推薦方案采用(50+80+50)m鋼管混凝土系桿拱橋。介紹該橋方案比選、景觀設(shè)計(jì)等相關(guān)內(nèi)容。

鋼管混凝土拱橋；方案比選；景觀設(shè)計(jì)

1 工程背景

侯馬市是山西南部一座重要的交通樞紐和區(qū)域性中心城市，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，侯馬市濕地公園及生態(tài)工業(yè)園區(qū)建設(shè)已進(jìn)入實(shí)施階段。根據(jù)市區(qū)總體規(guī)劃的要求，侯馬市合歡街需南延與省道S235相接，其間跨越澮河，設(shè)置一座澮河大橋。

2 工程建設(shè)條件及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 工程建設(shè)條件

根據(jù)實(shí)地踏勘，澮河現(xiàn)河道寬度50 m，河道兩側(cè)建有防洪堤，本橋上游海軍街處已建3～16 m中橋一座，下游紫金山街處已建5～30 m大橋一座，澮河規(guī)劃河道寬度150 m。根據(jù)以上因素，及市的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，本橋擬設(shè)橋長(zhǎng)450 m左右，橋高約15 m，橋?qū)?0 m。

橋址位于河谷平原區(qū)，其微地貌為澮河Ⅰ級(jí)階地，地勢(shì)平坦開闊，經(jīng)鉆探揭示，橋址地層由第四系全新統(tǒng)人工填土(Q4me)、沖洪積物(Q4al+pl)、上更新統(tǒng)(Q3al+pl)沖洪積物組成。

該橋?qū)儆谑姓蛄?，且橋下澮河處擬修建濕地公園，橋梁方案應(yīng)綜合考慮侯馬市長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃和景觀效果等因素。

2.2 工程標(biāo)準(zhǔn)

(1)路線等級(jí)：城市主干道

(2)汽車荷載等級(jí)：城-A

(3)環(huán)境條件：Ⅰ類

(4)地震動(dòng)峰值加速度：0.15 g

(5)設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100

3 橋型方案說(shuō)明

3.1 橋型方案設(shè)計(jì)原則

(1)貫徹“安全、環(huán)保、舒適、和諧 ”的設(shè)計(jì)新理念；

(2)橋型設(shè)計(jì)外形美觀， 注重與周圍自然、人文環(huán)境相協(xié)調(diào)；應(yīng)盡可能地體現(xiàn)時(shí)代氣息，與既有建筑相得益彰，成為該地區(qū)的景觀亮點(diǎn)。

(3)橋下為規(guī)劃的濕地公園，園區(qū)在澮河兩岸有兩條規(guī)劃的園區(qū)道路，橋梁方案應(yīng)其通行的凈寬和凈高的要求，并適當(dāng)考慮未來(lái)拓寬的條件；

(4)在重點(diǎn)考慮以上原則基礎(chǔ)上兼顧方案的經(jīng)濟(jì)、耐久和后期維護(hù)等性能。

3.2 橋型方案

遵循以上橋梁方案設(shè)計(jì)原則，結(jié)合橋址處地形條件及周邊環(huán)境， 考慮橋梁的視野應(yīng)開闊明朗，梁高與橋下凈高比例應(yīng)相互協(xié)調(diào)，梁體應(yīng)盡可能纖細(xì)流暢，梁高不宜過(guò)高?；谝陨戏治鰯M定了三個(gè)橋型方案：①主橋?yàn)?50+80+50)m 三跨鋼管混凝土拱橋，引橋?yàn)?0 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁；②主橋?yàn)?35+60+35)m三跨現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，引橋?yàn)?0 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁；③全橋均采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。

(1)方案一：三跨鋼管混凝土拱橋(主橋)+裝配式連續(xù)箱梁(引橋)

根據(jù)現(xiàn)有和規(guī)劃澮河河道寬度，并考慮到橋跨配孔的協(xié)調(diào)性， 橋梁孔徑布置為：3-30 m +(50+80+50) m+6-30 m；主橋采用鋼管混凝土系桿拱橋，引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。

主橋上部結(jié)構(gòu)的三條主跨拱肋采用鋼管混凝土拱形空間桁架結(jié)構(gòu)，上、下弦桿鋼管內(nèi)及鋼管綴板間泵送灌注C50混凝土，腹桿為空心鋼管，以充分發(fā)揮利用鋼管混凝土承壓能力強(qiáng)的特點(diǎn)滿足桁架弦桿受軸向壓力較大的需要。主橋中跨凈跨度L0=75 m，矢高f0=15 m，f0/L0=1/5；邊跨凈跨度，矢高f0=10 m，f0/L0=1/4.5；拱軸系數(shù)均為m=1.167。

圖1 方案一主橋橋型圖

吊桿采用平行鍍鋅高強(qiáng)鋼絲束, 熱聚乙烯防護(hù)，鐓頭錨錨固，平行豎直布置吊桿間距5 m。吊桿橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)制吊裝施工。橫梁和橋面為懸掛漂浮體系，伸縮縫設(shè)在主墩上，為保證橋面系的整體性及安裝橋面系時(shí)橫梁的穩(wěn)定需要，在橫梁吊桿處設(shè)兩道T型的鋼筋混凝土加勁縱梁將橫梁彼此串聯(lián)起來(lái)。行車道板采用鋼筋混凝土Π形板，板高0.4 m，簡(jiǎn)支擱置于呆桿橫梁上，通過(guò)縱、橫向組合縫及10 cm厚的鋼釬維橋面鋪裝整體混凝土形成多跨彈性支承連續(xù)梁。

主橋下部結(jié)構(gòu)采用薄壁門式框架墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

引橋上部結(jié)構(gòu)采用公路常見(jiàn)的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后連續(xù)小箱梁，梁高1.6 m；下部結(jié)構(gòu)橋墩采用花瓶型橋墩，橋臺(tái)采用肋板臺(tái)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

方案一特點(diǎn)：① 橋梁造型美觀，采用拱形結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了橋型整體感和曲線韻律，達(dá)到給城市增加新景觀并有美好寓意的設(shè)想。②主橋采用拱形結(jié)構(gòu)，跨越能力較大，對(duì)澮河的現(xiàn)有河道和規(guī)劃河道影響較小，不破壞現(xiàn)有的防洪堤。③橋跨孔徑縱向布置協(xié)調(diào)性較好。引橋向河心跨徑依次為30 m、50 m、80 m，孔徑過(guò)渡有序，層次分明。

(3)方案二：三跨預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁(主橋)+裝配式連續(xù)箱梁(引橋)

方案二橋梁孔徑布置為：4-30 m +(35+60+35) m+7-30 m；主橋采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，引橋采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后連續(xù)小箱梁。

主橋主梁采用變截面箱梁，支點(diǎn)梁高3.7 m，跨中梁高1.8 m，梁底曲線采用1.6次拋物線，主梁兩側(cè)懸臂各2.0 m，懸臂端部厚20 cm，懸臂根部厚45 cm。頂板全聯(lián)等厚25 cm，箱梁底板厚為24～60 cm。腹板為直腹板，中腹板厚35～50 cm，邊腹板厚40～60 cm。中橫梁厚2 m，端橫梁厚1.5 m，橫隔板厚30 cm。

主橋下部結(jié)構(gòu)采用花瓶型墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

引橋上部結(jié)構(gòu)同方案一采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后連續(xù)小箱梁，梁高1.6 m；下部結(jié)構(gòu)橋墩采用花瓶型橋墩，橋臺(tái)采用肋板臺(tái)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

方案二特點(diǎn)：①現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁技術(shù)成熟，施工工藝也較簡(jiǎn)單、技術(shù)難度小，施工周期較短。②對(duì)澮河的現(xiàn)有河道既不無(wú)影響，但因橋跨布置，須對(duì)現(xiàn)有防洪堤進(jìn)行改造。③方案二相對(duì)于方案一橋型結(jié)構(gòu)較普通，景觀功能較差。

圖2 方案二主橋橋型圖

(3)方案三：全橋均采用裝配式連續(xù)箱梁

出于方便施工和節(jié)省造價(jià)的考慮，方案三橋梁孔徑布置為：5～30 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后連續(xù)小箱梁結(jié)構(gòu)，梁高1.6 m，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、肋板臺(tái)，基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

方案三特點(diǎn)：①上部結(jié)構(gòu)小箱梁可集中預(yù)制，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，施工周期短。②本方案需在現(xiàn)有河道內(nèi)設(shè)置橋墩，對(duì)澮河影響較大。 ③運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，需更換維護(hù)的支座數(shù)量多，難度較大。④橋型過(guò)于普通，景觀效果差，不能很好體現(xiàn)橋梁造型美觀、新穎, 富有時(shí)代特點(diǎn)的功能。

4 橋型方案比選及建議

橋型方案比較的具體情況見(jiàn)表1。

表1 橋型方案比較表

本次方案設(shè)計(jì)提出的三個(gè)橋型方案均可滿足橋梁功能的要求。從方案比較表中可以看出，最經(jīng)濟(jì)的方案為方案三，但其橋型簡(jiǎn)單，無(wú)法和周圍的環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，景觀效果較差，且對(duì)澮河河道影響較大，故不推薦。方案二采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式樸素，技術(shù)成熟，但其無(wú)法滿足城市規(guī)劃濕地公園的景觀要求，且需改造澮河防洪堤，對(duì)澮河河道有一定的影響，故不推薦。

方案一其造價(jià)相對(duì)于方案一、二稍高，但為和城市規(guī)劃和發(fā)展相配套，其景觀效果應(yīng)放在首要位置考慮。方案一主橋采用鋼管混凝土拱橋，橋梁造型新穎，形態(tài)優(yōu)美。全橋在布孔上主次分明，過(guò)渡有序，縱向線型流暢，具有整體感和曲線韻律，與周圍環(huán)境融合、協(xié)調(diào)，建成后將為城市的一標(biāo)志性建筑。因此推薦方案一為推薦方案。

[1] 周年先.橋梁方案比選[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1997.

[2] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工[M].北京:人民交通出版社,1999.

[3] 范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001.

[4] 張澤洲,蔣迪斌.東江水溝橋梁方案比選[J].甘肅科技,2007，(8).

[5] 王成,灰色理論在橋梁方案比選中的應(yīng)用[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),1999,18(4).

2014-12-22

王林飛(1981-)，男，河北南宮人，工程師，研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算。

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