國(guó)道215線石渠洛須至德格柯洛洞段公路改建工程K23+200麻呷大橋方案總體設(shè)計(jì)

王玉立

(四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院, 四川成都 610017)

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

國(guó)道215線石渠洛須至德格柯洛洞段公路改建工程位于四川省甘孜州西緣，路線全長(zhǎng)116.02 km，是縱向連接青海、四川、云南三省干線公路的重要一段。K23+200麻呷大橋位于石渠縣麻呷鄉(xiāng)以東約1.5 km處，橋梁為繞避不良地質(zhì)路段而設(shè)，是整個(gè)項(xiàng)目的控制性工程之一。

1.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

(1)公路等級(jí)：三級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度30 km/h，路基寬度7.5 m；

(2)設(shè)計(jì)荷載：公路-Ⅰ級(jí)汽車荷載；

(3)橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度：9 m=0.5 m(護(hù)欄)+8 m(凈寬)+0.5 m(護(hù)欄)；

(4)設(shè)計(jì)洪水頻率：1/50；

(5)抗震設(shè)防：地震動(dòng)峰值加速度0.3g，動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45 s，地震烈度Ⅷ度。

2 橋位路線方案設(shè)計(jì)

2.1 路線設(shè)計(jì)控制因素

2.1.1 地形條件

擬建橋位為“V”型溝谷地形，沖溝呈大體南北走向，兩岸地勢(shì)陡峻，坡度一般為60～70 °，局部呈直立或呈負(fù)地形狀態(tài)。工區(qū)山頂海拔4 500 m，谷底海拔3 860 m，高差640 m，谷底寬一般10～30 m，屬高山峽谷地貌(圖1)。

圖1 橋位地形全貌

2.1.2 老路條件

老路沿山腰展線，谷口位置老路離谷底高差約160 m，老路狹窄，寬度為4.5～5.5 m，平面線型指標(biāo)差，大部分路段為等外級(jí)公路。

2.1.3 不良地質(zhì)

該段老路主要不良地質(zhì)為內(nèi)側(cè)邊坡大面積崩塌(危巖)，局部崩塌高度超過(guò)150 m，邊坡處治極為困難，坡面巖體松動(dòng)，隨時(shí)可能發(fā)生墜落、崩落，嚴(yán)重危及行車安全(圖2)。

圖2 老路邊坡高位崩塌

2.1.4 斷裂帶的影響

橋位處于竹慶褶皺束內(nèi)，距俄支—竹慶斷裂(F22)破碎帶邊緣約305 m(圖3)，該斷裂帶是本區(qū)規(guī)模最大，延伸最遠(yuǎn)的斷裂帶，為全新活動(dòng)性斷裂帶。橋梁雖不跨越斷層，但處于斷層上盤(pán)，地震對(duì)橋梁影響較大。

2.1.5 投資

項(xiàng)目位于甘孜州偏遠(yuǎn)地區(qū)，地方財(cái)政困難，資金來(lái)源完全依托國(guó)家補(bǔ)助，路線方案的布設(shè)在確保安全的前提下應(yīng)本著最大限度節(jié)約投資的原則。

2.1.6 施工條件

橋梁位于高海拔、高寒地區(qū)，交通運(yùn)輸偏遠(yuǎn)，全年有效施工周期短，晝夜溫差大，應(yīng)盡量選擇工藝成熟、施工便捷的橋型方案。

2.1.7 保通

該項(xiàng)目老路是洛須通往德格、甘孜方向最便捷的通道，因老路等級(jí)低，目前主要為地方車輛服務(wù)。橋位方案的選擇應(yīng)充分考慮施工期間的保通，維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定。

2.2 橋位路線方案擬定

本路段根據(jù)以上控制因素共擬定3條路線方案進(jìn)行比較(圖3)。

圖3 路線方案比較

(1)方案一：路線沿老路布線至邊坡崩塌起點(diǎn)附近后，設(shè)置橋梁跨越溝谷(孔跨布置為3×20 m+3×40 m+4×20 m)，繞避不良地質(zhì)路段。在兩岸橋頭各設(shè)置R=60 m的小半徑曲線。橋梁跨越溝谷后，設(shè)置約300 m引道升坡與老路擬合，本段路線長(zhǎng)1.12 km。

(2)方案二：路線沿老路布線至邊坡崩塌起點(diǎn)附近后，設(shè)置橋梁跨越溝谷(孔跨布置為12×30 m)，繞避不良地質(zhì)路段。為盡量減少橋梁墩高，路線向沖溝內(nèi)側(cè)設(shè)置R=120 m的單圓平曲線。橋梁跨越溝谷后，設(shè)置約200 m引道升坡與老路擬合，本段路線長(zhǎng)1.22 km。

(3)方案三：基本沿老路布線，對(duì)局部平面指標(biāo)不滿足要求的地方進(jìn)行改善，由于老路內(nèi)外側(cè)邊坡陡峭，崩塌現(xiàn)象嚴(yán)重，改建方案主要采取沿老路外側(cè)加寬的方式為主，在局部困難路段設(shè)置橋梁、高擋墻等，同時(shí)，需對(duì)內(nèi)側(cè)邊坡進(jìn)行加固處治，減少安全隱患，路線長(zhǎng)1.61 km。

2.3 路線方案比選

各路線方案詳細(xì)情況對(duì)比見(jiàn)表1。

上表從斷裂帶的影響、施工、保通、行車安全、投資等方面進(jìn)行了綜合分析，比選結(jié)論如下：

(1)方案一墩高86 m，繞避了不良地質(zhì)路段，位于斷裂帶附近，風(fēng)險(xiǎn)較大，且橋頭為小半徑現(xiàn)澆橋，最大橋高50 m，地形陡峻，現(xiàn)澆搭架施工困難，故該方案不予推薦。

(2)方案二橋梁墩高18 m，斷裂帶對(duì)橋梁影響相對(duì)較小，但施工難度大、無(wú)法保通、邊坡治理困難，行車安全隱患大，造價(jià)高，故該方案不予推薦。

表1 方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

(3)方案三繞避了不良地質(zhì)路段，有效地降低了墩高，橋梁在加強(qiáng)抗震措施設(shè)計(jì)，確保橋梁安全的前提下，更具優(yōu)勢(shì)，該方案投資最省，因此薦方案二橋位路線方案。

3 橋型方案擬定

3.1 上部結(jié)構(gòu)形式擬定

橋梁最大墩高65.5 m，且位于高地震烈度區(qū)，一般最經(jīng)濟(jì)合理的跨徑范圍為30～40 m，由于橋梁平面位于LS=40m/R=120m/LS=40m的平曲線上，半徑偏小，故推薦采用較小的30 m跨徑。

根據(jù)目前常用的橋梁結(jié)構(gòu)，本文擬定簡(jiǎn)支T梁及連續(xù)鋼箱梁兩種上部結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行對(duì)比(表2)。

表2 上部結(jié)構(gòu)形式對(duì)比

經(jīng)綜合對(duì)比分析，簡(jiǎn)支T梁施工便捷、節(jié)約造價(jià)，后期養(yǎng)護(hù)容易，在加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)確保橋梁安全的前提下，推薦簡(jiǎn)支T梁方案，孔跨及分聯(lián)布置為(3×30+6×30+3×30) m，橋型布置圖詳見(jiàn)圖4。

圖4 橋型立面布置(單位:mm)

3.2 T梁平面適應(yīng)曲線設(shè)計(jì)

橋梁平面位于R=120 m的曲線段，墩臺(tái)徑向布置，通過(guò)調(diào)整梁長(zhǎng)適應(yīng)曲線要求。T梁按直梁標(biāo)準(zhǔn)寬度預(yù)制，橫向外包設(shè)計(jì)邊線，橋梁總寬度為10.8 m=9 m(標(biāo)準(zhǔn)寬度)+ 0.9 m(曲線加寬)+ 0.9 m(弦弧差)(圖5)。

圖5 一跨梁片布置示意

單跨梁由3片中梁、2片邊梁組成：邊梁寬1.675 m×2+中梁寬1.6 m×3+濕接縫寬0.663 m×4=10.8 m。一跨梁各梁片參數(shù)表見(jiàn)表3。

從上表可知，內(nèi)外邊梁梁長(zhǎng)差值較大，為229.4 cm，為了方便施工，將T梁梁端等截面段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為100 cm+△Li/2,

表3 一跨梁參數(shù)

通過(guò)調(diào)整等截面段長(zhǎng)度△Li以實(shí)現(xiàn)梁長(zhǎng)的變化。

由于梁長(zhǎng)的變化導(dǎo)致每片梁計(jì)算跨徑差異大，縱向受力差異較大，設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)不同梁長(zhǎng)的T梁?jiǎn)为?dú)進(jìn)行了配束(筋)驗(yàn)算，確保結(jié)構(gòu)安全。

3.3 T梁架設(shè)方案

根據(jù)常規(guī)架橋機(jī)參數(shù)，30 m跨徑架橋機(jī)(100 t)能適應(yīng)彎橋最小半徑為200 m，而本橋半徑為120 m，設(shè)計(jì)主要采取的措施為用鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)加長(zhǎng)蓋梁，增加架橋機(jī)橫向移動(dòng)支撐面，待架設(shè)完畢，拆除鋼結(jié)構(gòu)。同時(shí)，投資建安費(fèi)中計(jì)入架橋機(jī)改裝相關(guān)費(fèi)用，要求施工單位對(duì)架橋機(jī)作特殊定制，采用可橫向“彎折”的彎橋架橋機(jī)，并做好架設(shè)專項(xiàng)施工方案，確保橋梁架設(shè)安全。

3.4 下部結(jié)構(gòu)形式

本橋橋墩高度為3.0～65.5 m，橋墩施工不受水位控制，橋墩形式綜合考慮地震因素?cái)M定為：當(dāng)墩高不大于30 m時(shí)，采用常規(guī)的雙柱式圓墩，樁基礎(chǔ)；當(dāng)墩高大于30 m時(shí)，采用變截面方形空心薄壁墩，承臺(tái)接群樁基礎(chǔ)。

4 橋梁抗震設(shè)計(jì)

本橋梁位于活動(dòng)性斷裂附近，高地震烈度區(qū)，本次設(shè)計(jì)結(jié)合抗震計(jì)算結(jié)果，并提出合理的抗震措施，確保橋梁安全。

4.1 抗震計(jì)算成果

根據(jù)JTG TB 02-01-2008《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》，本橋抗震設(shè)防類別為C類。采用空間有限元分析軟件橋梁博士V4.0對(duì)全橋建立幾何模型并進(jìn)行E1、E2地震作用下反應(yīng)譜或時(shí)程分析，計(jì)算模型見(jiàn)圖6。

圖6 麻呷大橋有限元模型

通過(guò)按照J(rèn)TG TB 02-01-2008《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》之規(guī)定對(duì)本橋抗震分析和驗(yàn)算可知：

(1)在E1地震作用階段，橋墩處于彈性工作狀態(tài)，橋梁支座能滿足位移要求。

(2)在E2地震作用階段，橋墩支座亦滿足位移要求。

(3)在E2地震作用階段，橋墩墩底、墩頂截面在順橋向和橫橋向均未屈服，橋墩仍處于彈性狀態(tài)。

(4)對(duì)E2地震作用工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和變形驗(yàn)算可知：橋墩順橋向和橫橋向斜截面抗剪承載力均滿足JTG TB 02-01-2008《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》相關(guān)規(guī)定。

4.2 主要抗震措施

(1)橋梁分聯(lián)以每聯(lián)下部結(jié)構(gòu)剛度相近為宜。

(2)加強(qiáng)橋面連續(xù)構(gòu)造，適當(dāng)加寬蓋梁及支座寬度，防止落梁。

(3)橫橋向每片T梁均設(shè)置橫向擋塊，擋塊與梁之間設(shè)置防震緩沖橡膠墊塊；縱橋向每孔梁設(shè)置6套防落梁裝置。

(4)采用減、隔振裝置支座，本橋根據(jù)計(jì)算結(jié)果推薦采用LRB水平力分散支座。

(5)根據(jù)抗震計(jì)算結(jié)果，在墩底一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)，縱、橫向邊緣受力主筋均采用雙排布置。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)隨著偏遠(yuǎn)山區(qū)基礎(chǔ)建設(shè)的快速推進(jìn)，山區(qū)公路橋梁建設(shè)項(xiàng)目日益增多，橋梁的設(shè)計(jì)主要受地形、地質(zhì)、水文、投資、環(huán)保、運(yùn)輸、養(yǎng)護(hù)等控制，而每座橋梁受控因素各異，只有明確每座橋梁的實(shí)際情況，弄清邊界條件，加強(qiáng)方案研究，綜合比選，最終才能設(shè)計(jì)出合理的橋型方案。

(2)橋梁抗震設(shè)計(jì)是高地震烈度區(qū)橋梁設(shè)計(jì)必不可少的工作，由于本文主要為橋梁方案設(shè)計(jì)，對(duì)抗震驗(yàn)算僅作結(jié)論性介紹。同時(shí)，高墩、彎橋的抗震計(jì)算分析有待進(jìn)一步探索。