某特大橋橋型方案的擬定

吳 念，陳立新

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司,湖北 武漢 430000）

某特大橋橋型方案的擬定

吳 念，陳立新

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司,湖北 武漢 430000）

靖江溪特大橋位于宜昌港主城港區(qū)太平溪作業(yè)區(qū),橋梁跨越靖江溪,針對該橋區(qū)域內(nèi)的建設(shè)條件,介紹了前期橋型方案的構(gòu)思和橋梁方案的擬定過程,為類似工程提供借鑒和參考。

橋型方案；特大橋；方案比選

1 概述

本項(xiàng)目位于宜昌港主城港區(qū)太平溪作業(yè)區(qū),根據(jù)本項(xiàng)目總體平面布置,需要跨越靖江溪修建一座橋梁,用來連接溪兩側(cè)的物流園區(qū)。橋梁寬度按照雙向四車道設(shè)計,同時考慮在橋梁兩側(cè)設(shè)置2.5 m人行道,橫斷面組成為0.25 m（欄桿）+2.5 m（人行道）+15 m（行車道）+2.5 m（人行道）+0.25 m（欄桿）=20.5 m。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計荷載:公路-Ⅰ級,人群荷載按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）取值。

（2）設(shè)計水位:高水位173.193 m（1985國家高程基面）；低水位143.193 m（1985國家高程基面）。

（3）通航等級:不通航。

3 靖江溪特大橋主橋橋型方案

根據(jù)地形和水位條件,橋位區(qū)設(shè)計水位為173.193 m,最低水位為143.193 m,其中每年5月末至6月初,三峽庫區(qū)水位降至汛期限制水位145 m。整個汛期6～9月（集中了全年入庫沙量的88.8%,入庫水量63.4%）,除入庫流量大于下游河道安全泄量時攔蓄超額洪水、水庫水位抬高外,一般維持在145 m運(yùn)行。超過電站過流能力的水量,由溢流壩段底孔下泄。汛末10月水庫蓄水,逐漸升高到175 m運(yùn)行。12月至翌年4月底庫水位按保證出力要求運(yùn)行,并逐漸降落,以增加下游流量和電站出力,但枯季消落最低高程不低于155 m,以保證水庫變動回水區(qū)航道水深?？紤]到靖江溪大橋主橋橋墩施工復(fù)雜,施工周期長,在枯水期完成整個主墩施工的可能性較小,因此在橋梁跨徑擬定時,考慮盡量減小下部結(jié)構(gòu)水下施工深度,降低施工難度。靖江溪主河道寬390 m左右,主河道兩側(cè)地形較平緩,當(dāng)主橋跨徑達(dá)到390 m時,繼續(xù)增大跨徑對主橋基礎(chǔ)施工難度影響不大,故擬定靖江溪特大橋主橋跨徑390 m,符合跨徑要求的橋型包括懸索橋、斜拉橋和拱橋。

綜合考慮受力、景觀、造價、施工等要求,主要考慮的橋型方案有390 m地錨式懸索橋（方案一）、（140+390+140）m雙塔斜拉橋（方案二）,以及429 m（凈跨徑390 m）中承式鋼管混凝土拱橋（方案三）。

3.1 方案一:390 m單跨雙鉸地錨式懸索橋

本方案主橋結(jié)構(gòu)形式采用單跨雙鉸地錨式懸索橋,主跨布置為390 m,主纜計算矢跨比1/10,橋梁總體布置如圖1所示。

橫橋向橋面采用雙向四車道,兩側(cè)設(shè)置人行道,橫斷面布置為0.25 m（欄桿）+2.5 m（人行道）+ 15 m（行車道）+2.5 m（人行道）+0.25 m（欄桿）,橋面總寬20.5 m。橋梁兩側(cè)各設(shè)置0.58 m吊索區(qū)。橋梁橫斷面布置如圖2所示。

（1）主塔。主塔為剛構(gòu)式斜塔結(jié)構(gòu),材料為C50鋼筋混凝土。主塔中部和上部分別設(shè)矩形下橫梁和上橫梁,塔柱由底部到上橫梁底為矩形空心截面,縱向5.5～7.7 m,橫向5.5 m,塔間橫梁以上塔高為50.85 m（57.65 m）,塔柱壁厚0.6 m。

（2）錨碇。兩岸錨碇均采用重力式,錨碇基礎(chǔ)尺寸順橋向長30 m,橫橋向?qū)?6.7 m。

圖1 靖江溪特大橋地錨式懸索橋方案（單位:cm）

圖2 靖江溪特大橋地錨式懸索橋方案橫斷面（單位:cm）

（3）纜系統(tǒng)。本橋主纜采用預(yù)制平行鋼絲索股。吊索縱向間距10 m,橫向間距21.2 m。每一吊點(diǎn)設(shè)置一根吊索。

（4）梁。主梁采用鋼桁架,主桁架高4 m,橫橋向兩片主桁架中心距21.2 m,上下平聯(lián)間距5 m。

（5）基礎(chǔ)。主塔承臺厚5.0 m,平面尺寸為16.5 m（順橋向）×44.5 m（橫橋向）,下接12根直徑2.5 m的樁基礎(chǔ)。

（6）施工工藝簡述。本方案施工流程:錨碇開挖,主墩基礎(chǔ)筑島或鋼圍堰施工,同時工廠制作主梁→錨碇混凝土及主塔基礎(chǔ)施工→主塔施工→安裝散索套臨時支承架,吊裝塔頂鞍座,安裝鞍座臨時頂架→架設(shè)導(dǎo)索,利用導(dǎo)索架設(shè)牽引索,利用牽引索架設(shè)貓道承重索,安裝貓道及導(dǎo)向滾輪→安裝主纜索股→緊纜,安裝散索套、索夾及吊索→船運(yùn)吊裝主梁節(jié)段→拆除貓道,主纜纏絲,安裝其他附件→主橋主體結(jié)構(gòu)施工完畢。

3.2 方案二:（140+390+140）m雙塔斜拉橋

本方案主橋結(jié)構(gòu)形式采用雙塔三跨式斜拉橋,主橋橋跨布置為（140+390+140）m,總長670 m。主塔采用混凝土A形塔,上塔柱高93.6 m,塔、墩固結(jié),橋梁總體布置如圖3所示。

圖3 靖江溪特大橋雙塔斜拉橋方案（單位:cm）

橫橋向橋面采用雙向四車道,兩側(cè)設(shè)置人行道,橫斷面布置為0.25 m（欄桿）+2.5 m（人行道）+ 15 m（行車道）+2.5 m（人行道）+0.25 m（欄桿）,橋面總寬20.5 m。橋梁兩側(cè)各設(shè)置1.3 m拉索區(qū)。橋梁橫斷面布置如圖4所示。

圖4 靖江溪特大橋雙塔斜拉橋方案橫斷面（單位:cm）

（1）主梁。主梁采用混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土邊主梁結(jié)構(gòu),主梁中心梁高2.5 m,頂板厚0.32 m。梁頂全寬23.1 m,主梁間設(shè)置橫梁,橫梁間距5～8 m。

（2）索塔。主塔采用A形塔,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),采用C50混凝土。索塔自索塔橫梁頂面以上高度為93.6 m。索塔塔頂順橋向尺寸7.5 m,橫橋向尺寸8 m。索塔截面采用空心箱形薄壁截面,順橋向尺寸7.5 m,橫橋向尺寸5.0 m。塔間橫梁頂面距離塔頂42.4 m,采用空心箱形薄壁截面,截面尺寸5.5 m×4.0 m,壁厚0.8 m。

（3）斜拉索。全橋共布置96對（192根）斜拉索,呈扇形布置,最高的一根索在主梁上的錨固點(diǎn)在遠(yuǎn)塔端,最低的一根拉索布置在近塔端,主梁上主跨標(biāo)準(zhǔn)索距8.0 m,邊跨近塔段標(biāo)準(zhǔn)索距8.0 m,遠(yuǎn)塔段標(biāo)準(zhǔn)索距4.0 m,塔上豎向索距1.5 m,沿塔柱軸線布置。

（4）基礎(chǔ)。主墩承臺厚6.0 m,平面尺寸為16.5 m（順橋向）×35.25 m（橫橋向）,下接18根直徑2.5 m的樁基礎(chǔ)。

（5）施工工藝簡述。本方案施工流程:完成樁基、承臺等下部結(jié)構(gòu)施工→主橋下塔柱及塔橫梁的施工→澆筑主梁0#節(jié)段→安裝塔吊,采用翻?；蚺滥Ｖ鸲螡仓魉炷痢魉┕ね瓿珊?掛籃懸澆箱梁各節(jié)段混凝土,同時安裝、張拉主梁各節(jié)段對應(yīng)的斜拉索→完成整個主橋結(jié)構(gòu)的安裝與拼裝工作→斜拉索索力和橋面標(biāo)高調(diào)整到位→主橋主體結(jié)構(gòu)施工完畢。

3.3 方案三:429 m中承式鋼管拱橋

本方案主橋結(jié)構(gòu)形式采用中承式鋼管拱橋,計算跨徑429 m（凈跨徑390 m）,橋梁總體布置如圖5所示。

圖5 靖江溪特大橋中承式拱橋方案（單位:cm）

橫橋向橋面采用雙向四車道,兩側(cè)設(shè)置人行道,橫斷面布置為0.25 m（欄桿）+2.5 m（人行道）+ 15 m（行車道）+2.5 m（人行道）+0.25 m（欄桿）,橋面總寬20.5 m。橋梁兩側(cè)各設(shè)置3.05 m吊索區(qū)。橋梁橫斷面布置如圖6所示。

圖6 靖江溪特大橋中承式拱橋方案橫斷面（單位:cm）

（1）主拱。拱肋為鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu),主孔跨度為429 m（凈跨為390 m）,凈矢跨比為1/4.5,拱軸系數(shù)為1.45。拱頂截面徑向高為6.0 m；拱腳截面徑向高為14.0 m,肋寬為4.0 m；每肋為上、下各2根1 320×22（26、30、34）mm,內(nèi)灌C60混凝土的鋼管混凝土弦桿；弦桿通過橫聯(lián)鋼管762× 16 mm和豎向兩根660×12 mm鋼管連接而構(gòu)成鋼管混凝土桁架。吊桿和拱上立柱間距為14.3 m,吊桿處豎向2根腹桿（拱腳段為立柱處徑向2根腹桿）間設(shè)橫隔,加強(qiáng)拱肋橫向連接。

（2）橋面梁。橋面梁由兩道主縱梁（吊桿處）、三道次縱梁、吊桿處主橫梁、吊桿主橫梁間設(shè)置的四道次橫梁組成格子橋面梁；主、次縱橫梁均采用工字形截面。格子梁上橋面板采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu),橋面底面鋼板厚8 mm,橋面板總體厚度為14 cm,橋面鋪裝為5 cm厚的改性瀝青混凝土,在水泥混凝土和瀝青混凝土間設(shè)置防水卷材（縱橫梁頂）和防水涂料（格子梁跨中）。

（4）基礎(chǔ)。拱座設(shè)計為分離式的鋼筋混凝土拱座,橫向放坡成梯形結(jié)構(gòu),底寬10 m,頂寬7 m,設(shè)計基礎(chǔ)置于穩(wěn)定的、完整的中風(fēng)化基巖上,當(dāng)開挖后地質(zhì)條件發(fā)生變化時,應(yīng)適當(dāng)處理地基或調(diào)整基地標(biāo)高。

（5）施工工藝簡述。本方案施工流程:完成拱座等下部結(jié)構(gòu)施工,同時工廠預(yù)制主拱節(jié)段→船運(yùn)吊裝主拱鋼管拱肋 (包括風(fēng)撐及主拱肋間橫梁),主拱圈合攏并焊接→灌注下、上弦管內(nèi)混凝土→吊裝、安裝吊桿及橋面縱、橫梁→安裝橋面板及人行道板→完成橋面系施工→主橋主體結(jié)構(gòu)施工完畢。

4 靖江溪特大橋橋型方案比選

三個方案在技術(shù)上均可行、成熟,綜合比選見表1。

綜合以上各方面,推薦方案二,即4×30 m T梁+（55+85+390+85+55）m雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋方案。

5 結(jié)語

本文結(jié)合靖江溪特大橋橋址區(qū)地形、水文、通航和建設(shè)等要求,對其方案構(gòu)思、跨徑選擇及橋型方案進(jìn)行了論證研究,最終確定采用4×30 m T梁+（55+85+390+85+55）m雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋方案。該方案景觀效果好,施工技術(shù)成熟可靠,后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低,對今后在類似地形條件和水文條件下的橋梁設(shè)計有一定的借鑒和參考意義。

表1 橋型方案綜合比較表

[1]陳奉民,等.太洪長江大橋建設(shè)方案研究 [J].公路交通技術(shù), 2016,32（3）:66-72.

[2]鄧紹玉.某國道富春江大橋橋型方案比選研究 [J].山西建筑, 2016,42(17):188-189.

[3]江顯昌.閩侯大樟溪新南港大橋橋位和橋型方案比選[J].福建建筑,2016(10):86-91.

[4]尹超,吳志剛.環(huán)巢湖旅游大道杭埠河大橋總體設(shè)計[J].中國市政工程,2015(5):17-19.

U442.5+4

B

1009-7716（2017）07-0056-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.017

2017-03-17

吳念（1984-）,男,湖北武漢人,工程師,從事橋涵設(shè)計工作。