九洞天大橋方案比選

高麗 任庭飛

摘要：貴州山區(qū)地形地貌及地質(zhì)條件復(fù)雜，采用橋梁跨越峽谷地形需要綜合考慮多方面的因素。本文重點(diǎn)介紹九洞天大橋主橋的設(shè)計(jì)方案，即鋼筋混凝土箱型拱橋方案、預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋方案、裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁方案。分別從適應(yīng)地形、環(huán)境影響、方案實(shí)施難度、工程造價(jià)及外觀造型進(jìn)行全方面的綜合比選，得出鋼筋混凝土箱型拱橋方案為最佳方案。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;方案比選;鋼筋混凝土箱型拱;中承式鋼管混凝土拱;預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋;裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁

1 概況

擬建的S530納雍縣梯子巖至化作公路改擴(kuò)建工程是規(guī)劃省道及畢節(jié)市干線公路規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目庫(kù)S530的重要一段。省道S530是貴州省省道網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃（2012-2030）“6橫、7縱、8聯(lián)”中“8聯(lián)”重要的組成部分。

本項(xiàng)目起點(diǎn)位于納雍縣與納雍縣交界處的六廣河納雍縣境內(nèi)，順接擬建省道S530納雍縣鼎新至梯子巖公路改擴(kuò)建工程，跨六廣河設(shè)置九洞天大橋。項(xiàng)目起點(diǎn)樁號(hào)K0+000，終點(diǎn)與杭瑞高速九洞天收費(fèi)站匝道平交，順接擬建的G246化作鄉(xiāng)段，終點(diǎn)樁號(hào)K9+687.532，實(shí)際實(shí)施里程9.688km。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[2]

（1）汽車荷載等級(jí)：公路—Ⅰ級(jí);人群荷載：2.5KN/m2

（2）橋面寬度：2.0m（人行道）+12.0m（車行道）+2.0m（人行道），橋面全寬16m。

（3）橋面縱坡：0.03%（雙向）

（4）橋面橫坡：2%

（5）設(shè)計(jì)洪水位：1222.5m（1/100）

（6）地震動(dòng)加速度峰值：0.05g

（7）橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年

（8）設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)

（9）設(shè)計(jì)使用年限：100年

（10）橋梁所在道路等級(jí)：二級(jí);設(shè)計(jì)時(shí)速：40km/h

3 橋型方案簡(jiǎn)介

3.1 方案一：主橋鋼筋混凝土箱型拱橋

（1）橋型結(jié)構(gòu)及孔跨布置。主跨結(jié)構(gòu)形式為凈跨徑145m鋼筋混凝土箱型無(wú)鉸拱，引橋上部結(jié)構(gòu)為16m鋼筋混凝土現(xiàn)澆空心板。橋跨布置為（2×16+156+2×16）m，橋梁全長(zhǎng)225.50m。

（2）上部構(gòu)造。主拱圈凈跨徑為145m，凈矢高為29.0m，矢跨比為1/5，拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)m=1.988。主拱圈為單箱三室結(jié)構(gòu)，高度為2.5m，寬為13.65形式外，其余立柱橫向?yàn)樗闹?/p>

拱上行車道板為13m鋼筋混凝土現(xiàn)澆實(shí)心板。橋面采用橋面連續(xù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支的形式。

（3）下部構(gòu)造。0、5號(hào)橋臺(tái)為重力式U型橋臺(tái)，樁基礎(chǔ)，引橋橋墩采用柱式墩、樁基礎(chǔ)，拱座基礎(chǔ)為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，置于中風(fēng)化基巖上。拱座開(kāi)挖后邊坡采用掛網(wǎng)噴漿護(hù)坡，拱座處采用同級(jí)混凝土原槽灌滿。

3.2 方案二：預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋方案

主橋起點(diǎn)樁號(hào)為K0+261.0，終點(diǎn)樁號(hào)：K0+503.0，全長(zhǎng)242m;橋梁上部構(gòu)造為3跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，孔跨為60+110+60m。

（1）上部構(gòu)造設(shè)計(jì)。①箱梁梁段劃分。為適應(yīng)掛籃逐段懸臂澆筑的施工工藝，全橋箱梁共分為58個(gè)施工單元。0號(hào)梁段長(zhǎng)1100cm，在墩頂預(yù)埋的支承托架上或承臺(tái)上設(shè)置現(xiàn)澆支架施工;懸臂澆注梁段12對(duì)，1～12號(hào)梁段長(zhǎng)400cm。邊跨現(xiàn)澆段，在落地支架上現(xiàn)澆施工，共計(jì)2個(gè)梁段。邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)438cm。合龍段長(zhǎng)200cm。在合龍吊架上現(xiàn)澆施工。②箱梁高度變化。0號(hào)梁段邊腹板高度為680cm，合龍段和邊跨現(xiàn)澆梁段邊腹板高度均為250cm，其余1～12號(hào)梁段從680cm變化至250cm，其下緣按1.8次拋物線漸變。箱梁底板厚度亦按1.8次拋物線漸變。③箱梁構(gòu)造及主要尺寸。箱梁為單箱單室斷面，頂板寬1600cm，底板寬750cm。箱梁頂板最小厚度28cm，腹板厚度80～100cm，底板厚度160～35cm;邊跨現(xiàn)澆段頂、底板加厚至160cm，腹板加厚至100cm;墩頂?shù)?號(hào)梁段腹板厚度80cm，頂板厚度50cm，底板厚度140cm。全橋共設(shè)6道橫隔板。0號(hào)梁段設(shè)2道厚度為120cm的橫隔板;邊跨現(xiàn)澆段端部各設(shè)1道厚度為140cm的橫隔板。各橫隔板均設(shè)孔洞以方便施工并兼作營(yíng)運(yùn)養(yǎng)護(hù)的檢查通道。④預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)。箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)?？v向及橫向配置標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa的低松弛Φs15.2（7Φs5）mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線;橫向預(yù)應(yīng)力筋錨具采用OVM.BM15-3（張拉端）和OVM.BM15-3P（錨固端），預(yù)應(yīng)力管道采用預(yù)埋SBG塑料波紋管，真空輔助灌漿。豎向配置直徑為JL32mm的精軋螺紋預(yù)應(yīng)力鋼筋，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為785MPa，豎向預(yù)應(yīng)力筋錨具采用JLM-32型錨具;0號(hào)梁段橫隔板布置豎向預(yù)應(yīng)力筋下端固定，上端張拉，固定端向下伸入墩身6～10m。[3]

（2）下部構(gòu)造設(shè)計(jì)。①橋臺(tái)。兩岸橋臺(tái)均采用重力式U型橋臺(tái)，基礎(chǔ)均采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，要求嵌入完整中風(fēng)化基巖中，基巖的容許承載力不小于1MPa。兩側(cè)橋臺(tái)均設(shè)置搭板，以滿足由路基至橋梁的剛度漸變。②橋墩。1、2號(hào)橋墩（主墩）為實(shí)體雙肢薄壁墩身，1號(hào)橋墩墩身高度為55m，2號(hào)橋墩墩身高度也為30m，墩身與0號(hào)梁段固結(jié)。橋墩基礎(chǔ)均采用9根直徑200cm的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，承臺(tái)厚度為4.0m。橋墩要求樁基嵌入完整中風(fēng)化泥巖不少于6m，樁端巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frk≥15MPa。

3.3 方案三：主橋裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁

（1）橋型結(jié)構(gòu)及孔跨布置。橋梁上部結(jié)構(gòu)為40m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁，橋梁全長(zhǎng)248.0m。

（2）上部構(gòu)造。主橋上部主梁為40m裝配式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁，T梁梁高250cm，T梁橫向中距為229.2cm，全橋橫向共7片T梁，中梁上翼緣板預(yù)制寬度為170cm，邊梁上翼緣板預(yù)制寬度為197.5cm，上翼緣板厚度20cm，腹板厚度20cm（支點(diǎn)附近加厚為60cm），T型梁之間設(shè)59.2cm濕接縫，支點(diǎn)、跨中等處設(shè)上厚度為20cm，下厚度為18cm的橫隔板，全橋共21道。引橋上部為16m鋼筋混凝土現(xiàn)澆空心板，空心板梁高85cm，頂、底板厚度12cm，支點(diǎn)處加厚為20cm，腹板厚度28cm，上翼緣板厚度25cm，根部厚度42cm，寬度由16m漸變至185m，根據(jù)實(shí)際寬度調(diào)整翼緣板長(zhǎng)度。

（3）下部構(gòu)造。橋臺(tái)：兩岸橋臺(tái)均為重力式U型橋臺(tái)，樁基礎(chǔ)。基礎(chǔ)標(biāo)高可根據(jù)開(kāi)挖情適當(dāng)調(diào)整，但要求樁基嵌入中風(fēng)化基巖不小于5m，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于150MPa，基礎(chǔ)開(kāi)挖后須經(jīng)設(shè)計(jì)人員驗(yàn)基合格后方可澆筑基礎(chǔ)砼。主橋橋墩：方形、圓形截面柱式墩，樁基礎(chǔ)。

4 橋型方案綜合比選

三種橋型方案均能滿足施工功能的要求，但在方案實(shí)施、工程造價(jià)和外觀造型行方案存在差異。[1]

4.1 方案實(shí)施

方案一主橋采用斜爬掛籃施工，施工有成熟經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)安全可靠。方案二采用掛籃懸臂澆筑，施工有成熟經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)安全可靠。方案三采用預(yù)制吊裝施工，施工有成熟經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)安全可靠。

4.2 工程造價(jià)

主橋各方案造價(jià)（建安費(fèi)）比較

方案

跨徑布置（m）

建安費(fèi)（萬(wàn)元）

方案一

2×16+145+2×16

4252

方案二

60+110+60

5034

方案三

6×40

3174

經(jīng)工程造價(jià)（建安費(fèi)—）比較，方案三最低，方案二最高，方案一次之。

4.3 外觀造型

三個(gè)方案在外觀上各有特色：方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，造型美觀，與九洞天風(fēng)景名勝區(qū)旅游開(kāi)發(fā)相適應(yīng)，一跨跨越山谷，對(duì)環(huán)境影響小。方案二結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，線條流暢，山谷設(shè)墩，景觀性較差，與九洞天風(fēng)景區(qū)不相協(xié)調(diào)。方案三由于跨徑小存在水下施工橋墩，且下部結(jié)構(gòu)較多，景觀性較差。

4.4 比較結(jié)果

綜上所述，結(jié)合項(xiàng)目地形地貌、經(jīng)濟(jì)、景區(qū)開(kāi)發(fā)及主管部門的意見(jiàn)，方案一鋼筋混凝土箱拱作為推薦線K的推薦橋型方案。

5 結(jié)語(yǔ)

九洞天大橋作為公路橋梁并兼顧旅游開(kāi)發(fā)的功能，在方案設(shè)計(jì)時(shí)，將橋梁實(shí)施方案、經(jīng)濟(jì)性、美觀性有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)，運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單。對(duì)同一類型的項(xiàng)目有一定的借鑒作用。[4]

參考文獻(xiàn)：

[1]周念先.橋梁方案比選[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1992.

[2]范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2008.

[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 3362—2018）.

[4]陳永沁.雅亮大橋橋型方案比選[J].交通科技，2005，6.