赫章特大橋方案設(shè)計

楊光強 丁作常

橋區(qū)處于云貴高原烏蒙山脈北段。地勢北高南低,屬構(gòu)造侵蝕剝蝕型河谷地貌。大橋跨越赫章后河。橋區(qū)植被不發(fā)育,主要為荒地。橋區(qū)附近海拔1 490 m～1 810 m,相對最大高差320 m,橋軸線通過段海拔高程介于1 490 m～1 700 m,相對最大高差210 m。該橋橫跨赫章后河,兩岸橋臺地勢相對較高,橋臺區(qū)內(nèi)不易積水,無常年地表徑流,無水塘等地表水體。中部為赫章后河通過,河水常流量3 m3/s。根據(jù)GB 18306-2001中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖查得測區(qū)地震動峰值加速度小于0.05g,地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s,場區(qū)地震基本烈度小于6度。擬建橋位區(qū)無斷層通過,橋區(qū)下伏基巖連續(xù)、穩(wěn)定,基巖厚度大,中風(fēng)化巖石強度較高,場地整體穩(wěn)定。本橋為左、右兩幅設(shè)計,橋梁位于山區(qū)高速公路上,橋面寬為21.5 m=(0.5(防撞護(hù)欄)+9.5(凈空)+2×0.75(中央分隔帶)+9.5(凈空)+0.5(防撞護(hù)欄))m,設(shè)計車速80 km/h,汽車荷載為公路—Ⅰ級。

1 橋型及結(jié)構(gòu)整體構(gòu)思

橋型選擇在實用、安全的前提下,重點考慮經(jīng)濟、美觀等因素。因此在方案構(gòu)思時,結(jié)合橋位處的水文、地質(zhì)、氣象等有關(guān)資料,提出兩種方案:主橋選用(96+2×180+96)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋和主橋采用(140+322+140)m預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋,并對斜拉橋、連續(xù)剛構(gòu)方案作了比較,由于斜拉橋兩主塔較高,主梁混凝土等級高,為C60,造價較高,工期較長,故不采用。下面重點介紹剛構(gòu)方案,見圖1,圖2。

連續(xù)剛構(gòu)橋高大雄偉,與環(huán)境相協(xié)調(diào),主跨2×180 m為常規(guī)跨徑,設(shè)計、施工技術(shù)成熟,剛構(gòu)方案完全符合安全、經(jīng)濟、實用、美觀的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則,經(jīng)綜合比較,選用2×180 m剛構(gòu)方案作為推薦方案。兩岸引橋考慮引橋橋墩較高,按照經(jīng)濟合理、協(xié)調(diào)美觀的原則,選用40 m簡支轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)連續(xù)T梁,設(shè)計時考慮T梁的預(yù)制場地,以方便安裝,以利加快施工進(jìn)度,上、下部結(jié)構(gòu)與主橋的銜接相互協(xié)調(diào)一致。

2 主橋上部及下部結(jié)構(gòu)

2.1 主橋上部構(gòu)造

由于道路的橫斷面較寬,為了保證主梁較好的受力,設(shè)計時采用上下行分離的兩幅主梁橫斷面形式。兩幅主梁均采用PC主梁斷面,主梁橫斷面為單箱單室截面,C50混凝土,主橋箱梁:根部梁高 11.5 m,跨中梁高4.0 m,梁高按1.6次拋物線變化,根部底板厚 1.3 m,跨中底板厚0.32 m,厚度按1.6次拋物線變化,箱梁頂板跨中除0號塊為0.5 m外,其余梁段為0.3 m,腹板厚度0號塊為0.9 m,其余梁段為 0.7 m,0.6 m,0.45 m。圖 3給出了主梁典型斷面。

2.2 主橋下部構(gòu)造

10號、12號主墩采用雙薄壁墩,薄壁墩寬 6.5 m,厚3.0 m,橫橋向壁厚 1.0 m,縱橋向壁厚0.6 m,墩頂高4.0 m實心段,墩底設(shè)3.0 m實心段,11號主墩墩高195 m,采用箱墩,箱墩橫向?qū)?7.5 m,縱向頂寬9.0 m,外側(cè)放坡,坡率為 80∶1,橫橋向壁厚1.2 m,縱橋向壁厚0.8 m,中間橫橋向設(shè)一道0.6 m厚加勁肋,縱橋向設(shè)兩道0.6 m厚加勁肋,豎向設(shè)5道橫隔板,墩頂高6.0 m實心段,墩底設(shè)3.0 m實心段。墩身為C50混凝土。

11號主墩靠近后河河道,采用鉆孔灌注樁整體基礎(chǔ),樁徑2.5 m,共 20根樁,采用C30水下混凝土。10號、12號主墩位于山坡上,采用挖孔灌注樁整體基礎(chǔ),樁徑2.0 m,采用C30混凝土。承臺厚均為6.0 m,C30混凝土。

3 主橋設(shè)計計算

結(jié)構(gòu)總體受力分析和箱梁橫框架分析采用同濟大學(xué)的《預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁通用計算程序》橋梁博士3.1.0進(jìn)行分析。

計算中,荷載考慮了結(jié)構(gòu)自重、二期恒載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、基礎(chǔ)不均勻沉降、整體升(降)溫、溫度梯度、風(fēng)荷載、制動力、公路—Ⅰ級汽車荷載。按正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算。圖4～圖6給出了成橋狀態(tài)荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下主梁應(yīng)力及荷載基本組合內(nèi)力圖。

正常使用極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)截面最大壓應(yīng)力為16.1 MPa,最小壓應(yīng)力為0.2 MPa,無拉應(yīng)力出現(xiàn),承載能力極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)截面強度安全系數(shù)K≥1.1。對高墩的抗裂性、承載力進(jìn)行驗算,均滿足規(guī)范要求。同時對11號橋墩進(jìn)行穩(wěn)定驗算,計算結(jié)果表明:最大懸臂施工階段第一階失穩(wěn)為縱橋向失穩(wěn),穩(wěn)定系數(shù)為11。這說明設(shè)計擬定尺寸基本合理。

4 結(jié)語

大橋方案設(shè)計著眼于景觀、施工難易程度、工期和經(jīng)濟等方面,主橋因地制宜地采用了(96+2×180+96)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,在景觀效果、工程造價、工期方面均存在較大優(yōu)勢,能較好地適應(yīng)建設(shè)方的要求。但橋梁11號主墩較高,施工有一定難度,如何控制11號主墩的施工進(jìn)度、施工質(zhì)量、施工安全是下一步設(shè)計中應(yīng)當(dāng)著重考慮的問題。

[1] JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 馬保林.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 王武勤.大跨度橋梁施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2007.