武隆縣龍溪烏江大橋總體設(shè)計(jì)方案研究

伍曉孟，馮玉濤，彭虹霖

（中鐵長(zhǎng)江交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，重慶 401121）

1 工程概況

武隆縣龍溪烏江大橋位于重慶市武隆縣火龍鎮(zhèn)四龍村三社，是武隆縣喀斯特世界自然遺產(chǎn)旅游生態(tài)公路中“兩軸”之一巷口鎮(zhèn)至后坪公路的主要組成部分。烏江大橋和G319 巷口至江口段構(gòu)成武隆縣城至江口鎮(zhèn)芙蓉洞旅游景區(qū)、后坪天坑群旅游景區(qū)的旅游生態(tài)公路軸線。

大橋采用雙車道、雙側(cè)人行道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，橋梁寬11.5m。設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅱ級(jí)，人群荷載為2.5kN/m2，設(shè)計(jì)速度為40km/h，設(shè)計(jì)洪水頻率為1/100，通航等級(jí)為內(nèi)河Ⅳ級(jí)。

橋位區(qū)江口岸為順層斜坡，總體坡角約41°，后坪岸為逆向斜坡，總體坡角約51°。橋位區(qū)主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層、崩坡積層、沖洪積層，三疊系下統(tǒng)嘉陵江組地層。區(qū)內(nèi)無(wú)滑坡、危巖崩塌、泥石流，未見(jiàn)斷層，橋址區(qū)岸坡及地基穩(wěn)定。

橋位區(qū)風(fēng)速變化較大，受V形地形影響，河谷距離水面30m高度處100年一遇10min最大風(fēng)速可達(dá)23.2m/s，橋位處年平均風(fēng)速4.6m/s；水文條件復(fù)雜，受灘槽影響流速流向多變，平均流速達(dá)4.16m/s，河面寬約100m；銀盤(pán)樞紐建成后，水深可達(dá)50 余米，橋位處河寬約160m。

2 橋型方案選定

根據(jù)橋址區(qū)的建設(shè)條件和項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，龍溪烏江大橋橋型方案比選重點(diǎn)考慮了如下因素。

（1）橋址區(qū)地形為烏江V形河谷，理論上拱橋方案是最適合的橋型[1]。但銀盤(pán)樞紐建成后，受庫(kù)區(qū)蓄水和泥沙淤積的影響，橋位河段最高通航水位為216.5m，既有G319 國(guó)道在該處標(biāo)高約為242m，拱橋橋面需跨越G319 國(guó)道，橋型布置拱橋跨徑需不小于180m；此外，由于江口岸山體為順層邊坡，拱座基礎(chǔ)及連接線邊坡開(kāi)挖安全風(fēng)險(xiǎn)高[2]，防護(hù)工程量大。從經(jīng)濟(jì)性和施工風(fēng)險(xiǎn)等因素綜合比較，拱橋方案不是該橋位的最佳橋型。

（2）55m+120m+55m 斜腿剛構(gòu)與橋位區(qū)地形結(jié)合較好，但斜腿要考慮銀盤(pán)樞紐建成后的船只防撞問(wèn)題[3-4]，斜腿本身和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)均應(yīng)考慮船只撞擊；此外，江口岸山體為順層斜坡，斜腿基礎(chǔ)開(kāi)挖影響范圍大，斜腿頂部距離地面高度為53m，施工風(fēng)險(xiǎn)和防護(hù)難度極大，施工措施費(fèi)用較高，故斜腿剛構(gòu)方案不適合該橋位。

（3）橋位區(qū)采用斜拉橋布設(shè)孔跨雖然合適，但斜拉橋相對(duì)拱橋、連續(xù)剛構(gòu)橋造價(jià)偏高。此外，受區(qū)縣養(yǎng)護(hù)單位管養(yǎng)水平限制，后期養(yǎng)護(hù)難度大。從造價(jià)和后期管養(yǎng)綜合比較，本項(xiàng)目不宜采用斜拉橋方案。

（4）橋位區(qū)采用懸索橋方案從地形上較為合適，可以一跨過(guò)江，且能避免船只撞擊問(wèn)題，但江口岸山體為順層斜坡，錨碇開(kāi)挖難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高；同時(shí)，纜索需考慮跨越G319 國(guó)道，其設(shè)置角度將影響橋面與G319 的平交順接；此外，懸索橋造價(jià)高，后期養(yǎng)護(hù)難度大。故懸索橋方案亦不適合該橋位。

（5）主跨120m 連續(xù)剛構(gòu)將橋墩置于兩岸河床上[5]，可避免水下基礎(chǔ)施工，橋墩下部采用實(shí)體墩身、墩身上部采用空心薄壁結(jié)構(gòu)，船只防撞問(wèn)題采用加強(qiáng)墩身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決[6]；兩岸邊跨過(guò)小可采用箱梁結(jié)構(gòu)增加配重進(jìn)行解決。橋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，造價(jià)低、管養(yǎng)便捷。

綜上對(duì)橋位處多種橋型方案的比選，龍溪烏江大橋最終采用主跨120m 的連續(xù)剛構(gòu)一跨過(guò)江，橋跨組合采用48m+120m+48m 的連續(xù)剛構(gòu)橋。大橋平面布置如圖1所示。

圖1 大橋平面布置（單位：m）

3 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大橋總體布置如圖2所示，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括橋面系、箱梁、橋墩及基礎(chǔ)、橋臺(tái)等。

圖2 大橋總體布置（單位：m）

3.1 橋面系

大橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面采用1.75m（人行道）+0.25m（路緣帶）+2×3.75m（行車道）+0.25m（路緣帶）+1.75m（人行道），標(biāo)準(zhǔn)總寬度為11.5m。由于江口岸與既有G319 國(guó)道平交，根據(jù)G319 國(guó)道和橋梁軸線的相交角度，上游側(cè)采用半徑20.25m 圓弧和橋梁邊線相接；下游側(cè)采用半徑為15m圓弧和橋梁邊線相接，兩側(cè)人行道寬均為1.75m（見(jiàn)圖1）。

人行道采用兩道鋼筋混凝土路緣石，在路緣石上搭設(shè)預(yù)制10cm 厚鋼筋混凝土人行道板，然后再鋪設(shè)3cm 厚人行道板磚；人行道欄桿采用1.25m 高不銹鋼欄桿；行車道采用10cm瀝青混凝土。全橋采用集中排水，在兩岸經(jīng)過(guò)處理后再引入自然排水系統(tǒng)中。

3.2 箱梁

連續(xù)剛構(gòu)上部箱梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，箱梁采用單箱單室。由于橋梁起點(diǎn)段（K0+004.4—K0+014.949）位于平交曲線上，橋梁采用變寬箱形梁結(jié)構(gòu)，上下游側(cè)加寬值分別為4.226m 和4.538m，同時(shí)考慮和G319 國(guó)道的合理連接。江口岸箱梁平面布置如圖3所示。

圖3 江口岸箱梁平面布置（單位：m）

箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段頂寬11.5m，底寬6.0m，單側(cè)懸臂長(zhǎng)2.75m。箱梁跨中梁高2.8m，墩頂根部梁高7.5m，梁高從中跨跨中至箱梁根部以半立方拋物線變化。箱梁底板厚度按二次拋物線從箱梁根部的100cm厚漸變至跨中及邊跨支點(diǎn)的35cm 厚。箱梁腹板厚度采用50cm 和60cm 兩個(gè)級(jí)別，主梁零號(hào)塊腹板厚度為100cm。為滿足橋面橫坡和減輕結(jié)構(gòu)自重，將箱梁頂板設(shè)置成帶有橫坡的形式，使橋面鋪裝厚度橫向一致?；诶谑┕?、縮短懸臂澆筑周期、減少鋼材數(shù)量的原則，箱梁懸臂澆筑段長(zhǎng)度采用3.6m和4.0m兩種節(jié)段。

由于箱梁結(jié)構(gòu)受地形影響采用超短邊跨，為平衡中跨采用邊跨現(xiàn)澆段加高的方式對(duì)兩邊跨進(jìn)行配重，江口岸邊跨現(xiàn)澆段梁高加高至3.88m，后坪岸邊跨現(xiàn)澆段梁高加高至4.68m。兩岸邊跨箱梁立面布置如圖4所示。

圖4 兩岸邊跨箱梁立面布置（單位：m）

箱梁0#梁段長(zhǎng)10m（包括橋墩兩側(cè)懸臂各3m），每個(gè)T 構(gòu)縱橋向劃分為8 個(gè)對(duì)稱梁段及6 個(gè)非對(duì)稱梁段，梁段數(shù)量及梁段長(zhǎng)度從根部至跨中分別為6×3.6m、2×4.0m（或8×4.0m）。中跨箱梁立面布置如圖5所示。

圖5 1/2中跨箱梁立面布置（單位：m）

0＃段采用托架施工，1～8＃梁段采用掛籃分段對(duì)稱懸臂澆筑施工，9～14＃梁段采用掛籃分段（結(jié)構(gòu)配重）懸臂澆筑施工，懸臂澆筑梁段最大控制重量為2 000kN。全橋在中跨設(shè)置1個(gè)合龍段，合龍段長(zhǎng)度為2.8m，兩側(cè)邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)13.28m。

3.3 橋墩及基礎(chǔ)

橋墩采用空心薄壁墩，墩身橫橋向?qū)挾扰c箱梁底板同寬，均為6.0m，墩身順橋向?qū)挾葹?m。每個(gè)橋墩承臺(tái)下設(shè)置4 根群樁基礎(chǔ)，樁徑均為200cm。船只撞擊影響范圍內(nèi)的橋墩采用實(shí)心墩，船只對(duì)橋墩的撞擊由橋墩自身抵抗[6]；考慮橋墩的分水及美觀效果，將橋墩的上游側(cè)設(shè)置為圓端形，橋墩構(gòu)造如圖6所示。

圖6 橋墩構(gòu)造設(shè)計(jì)（單位：m）

3.4 橋臺(tái)

兩岸橋臺(tái)均采用重力式U 形橋臺(tái)，明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，如圖7所示。其中，江口岸0#橋臺(tái)根據(jù)管養(yǎng)需要，設(shè)置了檢修通道。

圖7 0#/3#橋臺(tái)構(gòu)造設(shè)計(jì)（單位：cm）

考慮路線和G319 國(guó)道平交，為適應(yīng)路線的曲線線形，0#橋臺(tái)結(jié)構(gòu)采用曲線異形橋臺(tái)方案，并與G319 國(guó)道及橋梁上部箱梁結(jié)構(gòu)合理順接。0#橋臺(tái)平面構(gòu)造如圖8所示。

圖8 0#橋臺(tái)平面構(gòu)造設(shè)計(jì)（單位：m）

大橋橋墩采用空心薄壁墩，由于在上部箱梁0#節(jié)段處無(wú)法從箱外進(jìn)入箱內(nèi)，考慮后期管養(yǎng)需求，在0#橋臺(tái)處設(shè)置了由箱外進(jìn)入箱內(nèi)的檢修通道。

4 施工工序

結(jié)合大橋的地形地質(zhì)條件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，大橋采用掛籃對(duì)稱懸臂澆筑方案進(jìn)行施工，施工工序如下：

（1）清理岸坡，施工橋墩基礎(chǔ)、墩身；橋臺(tái)基礎(chǔ)、臺(tái)身和臺(tái)帽。

（2）箱梁1#～8#節(jié)段采用掛籃對(duì)稱懸臂澆筑。掛籃安裝→移動(dòng)就位→調(diào)整標(biāo)高→綁扎鋼筋→檢查立模標(biāo)高→澆筑梁段混凝土→養(yǎng)生至設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%（且時(shí)間不少于5d）→張拉相應(yīng)頂板預(yù)應(yīng)力鋼束→張拉豎向預(yù)應(yīng)力鋼束（初張拉）→張拉腹板預(yù)應(yīng)力鋼束→張拉橫預(yù)應(yīng)力鋼束→解除掛籃錨固并移動(dòng)至下一梁段→重復(fù)以上步驟。

（3）施加頂推力，綁扎現(xiàn)澆段鋼筋→檢查立模標(biāo)高→澆筑現(xiàn)澆段混凝土→養(yǎng)生至設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%→張拉相應(yīng)頂板預(yù)應(yīng)力鋼束→張拉豎向預(yù)應(yīng)力鋼束（初張拉）→張拉橫預(yù)應(yīng)力鋼束，解除頂推力。

（4）采用工藝（2）施工中跨9～14#節(jié)段。

（5）在中跨兩懸臂端安裝吊架并在懸臂端設(shè)水箱作平衡重。在設(shè)計(jì)合龍溫度下，焊好合龍骨架，綁扎合龍段鋼筋→檢查立模標(biāo)高→澆筑現(xiàn)澆段混凝土→養(yǎng)生至設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%→張拉相應(yīng)頂板預(yù)應(yīng)力鋼束→張拉豎向預(yù)應(yīng)力鋼束（初張拉）→張拉橫預(yù)應(yīng)力鋼束。

（6）張拉全橋底板預(yù)應(yīng)力鋼束，預(yù)應(yīng)力張拉完成后解除支座鎖定。

（7）施工橋臺(tái)背墻，安裝橋梁伸縮縫，施工橋面系。

（8）橋梁荷載試驗(yàn)，投入使用。

5 結(jié)語(yǔ)

武隆縣龍溪烏江大橋是一座技術(shù)特點(diǎn)比較突出的連續(xù)剛構(gòu)橋梁，主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）受烏江岸坡限制，橋梁邊跨較小，邊中跨比僅為0.4，為滿足結(jié)構(gòu)受力要求，對(duì)兩岸邊跨采取了異形箱梁結(jié)構(gòu)配重的方式進(jìn)行處理，相較于其他橋型，極大地節(jié)約了工程造價(jià)。

（2）橋梁主體為適應(yīng)江口岸的平交需要，采用了結(jié)構(gòu)曲線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)和曲線的完美結(jié)合，使得大橋整體外觀優(yōu)美、景觀效果良好。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮了地方的管養(yǎng)需求和管養(yǎng)水平，根據(jù)需要，創(chuàng)造性地在橋臺(tái)處設(shè)置了管養(yǎng)通道，為運(yùn)營(yíng)階段對(duì)大橋的管養(yǎng)提供了便利。