赫章特大橋方案設計

楊光強 丁作常

橋區處于云貴高原烏蒙山脈北段。地勢北高南低,屬構造侵蝕剝蝕型河谷地貌。大橋跨越赫章后河。橋區植被不發育,主要為荒地。橋區附近海拔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,橋臺區內不易積水,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GB 18306-2001中國地震動參數區劃圖查得測區地震動峰值加速度小于0.05g,地震動反應譜特征周期為0.35 s,場區地震基本烈度小于6度。擬建橋位區無斷層通過,橋區下伏基巖連續、穩定,基巖厚度大,中風化巖石強度較高,場地整體穩定。本橋為左、右兩幅設計,橋梁位于山區高速公路上,橋面寬為21.5 m=(0.5(防撞護欄)+9.5(凈空)+2×0.75(中央分隔帶)+9.5(凈空)+0.5(防撞護欄))m,設計車速80 km/h,汽車荷載為公路—Ⅰ級。

1 橋型及結構整體構思

橋型選擇在實用、安全的前提下,重點考慮經濟、美觀等因素。因此在方案構思時,結合橋位處的水文、地質、氣象等有關資料,提出兩種方案:主橋選用(96+2×180+96)m預應力混凝土連續剛構橋和主橋采用(140+322+140)m預應力混凝土斜拉橋,并對斜拉橋、連續剛構方案作了比較,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。下面重點介紹剛構方案,見圖1,圖2。

連續剛構橋高大雄偉,與環境相協調,主跨2×180 m為常規跨徑,設計、施工技術成熟,剛構方案完全符合安全、經濟、實用、美觀的結構設計原則,經綜合比較,選用2×180 m剛構方案作為推薦方案。兩岸引橋考慮引橋橋墩較高,按照經濟合理、協調美觀的原則,選用40 m簡支轉結構連續T梁,設計時考慮T梁的預制場地,以方便安裝,以利加快施工進度,上、下部結構與主橋的銜接相互協調一致。

2 主橋上部及下部結構

2.1 主橋上部構造

由于道路的橫斷面較寬,為了保證主梁較好的受力,設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3.0 m實心段,11號主墩墩高195 m,采用箱墩,箱墩橫向寬17.5 m,縱向頂寬9.0 m,外側放坡,坡率為 80∶1,橫橋向壁厚1.2 m,縱橋向壁厚0.8 m,中間橫橋向設一道0.6 m厚加勁肋,縱橋向設兩道0.6 m厚加勁肋,豎向設5道橫隔板,墩頂高6.0 m實心段,墩底設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,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,樁徑2.0 m,采用C30混凝土。承臺厚均為6.0 m,C30混凝土。

3 主橋設計計算

結構總體受力分析和箱梁橫框架分析采用同濟大學的《預應力鋼筋混凝土橋梁通用計算程序》橋梁博士3.1.0進行分析。

計算中,荷載考慮了結構自重、二期恒載、預應力、混凝土收縮徐變、基礎不均勻沉降、整體升(降)溫、溫度梯度、風荷載、制動力、公路—Ⅰ級汽車荷載。按正常使用極限狀態和承載能力極限狀態進行結構計算。圖4～圖6給出了成橋狀態荷載標準組合下主梁應力及荷載基本組合內力圖。

正常使用極限狀態下結構截面最大壓應力為16.1 MPa,最小壓應力為0.2 MPa,無拉應力出現,承載能力極限狀態下結構截面強度安全系數K≥1.1。對高墩的抗裂性、承載力進行驗算,均滿足規范要求。同時對11號橋墩進行穩定驗算,計算結果表明:最大懸臂施工階段第一階失穩為縱橋向失穩,穩定系數為11。這說明設計擬定尺寸基本合理。

4 結語

大橋方案設計著眼于景觀、施工難易程度、工期和經濟等方面,主橋因地制宜地采用了(96+2×180+96)m預應力混凝土連續剛構橋,在景觀效果、工程造價、工期方面均存在較大優勢,能較好地適應建設方的要求。但橋梁11號主墩較高,施工有一定難度,如何控制11號主墩的施工進度、施工質量、施工安全是下一步設計中應當著重考慮的問題。

[1] JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[2] 馬保林.高墩大跨連續剛構橋[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 王武勤.大跨度橋梁施工技術[M].北京:人民交通出版社,2007.