淺談大通河橋總體設計

陳彪來

1 概述

連接河橋鎮主卜村和紅古區窯街鎮的“利民橋”為1-80 m簡易吊橋,建成于1989年,橋面由長度參差不齊的圓木捆綁而成,橋寬約3 m,橋梁兩側吊桿之間用鋼絲編制成簡易防護網。由于年久失修,纜索已遭銹蝕,個別鋼絞線出現斷絲現象,該橋已無法加固利用。決定拆除舊橋,按公路—Ⅱ級荷載標準新建橋梁,由于投資所限,新建橋梁寬度采用凈(6+2×0.5)m安全帶。

2 測區概況

2.1 地形、地貌

新建橋梁跨越的大通河是一條典型的山間河谷沖積(刷)型河流,現地表為由北向南的沖積河床。測區地表呈中部低、東西兩側高,河谷呈U字形分布。地貌單元屬大通河河床、河漫灘地及沿岸Ⅰ級階地。

2.2 工程地質

測區位于大通河新生代河床、河漫灘和沿岸Ⅰ級階地內,區域構造簡單、穩定,鄰近無構造線和新構造活動分布。主要地層為第四系風積及洪積物,基底為白堊系泥(砂)巖,自上而下分述見表1。

表1 測區工程地質情況一覽表

2.3 氣候、水文

本地氣候類型屬黃土高原溫帶半干旱氣候,年平均降水量約為348 mm,平均氣溫約7.84℃,最大凍結深度145 cm,最大風速28 m/s。

大通河匯水地多為高山區和丘陵山地及青海西北部腹地高原山地,流量、流速極易受到上游雨(洪)水補給影響,變化幅度較大,夏秋季節大氣降水多,易誘發山洪。在豐水期,水面高程1 596.00 m左右,水深3.60 m左右。橋位上游匯水面積為13 934 km2;年平均最大流量為634 m3/s;離差系數 Cv=0.62;偏差系數 Cs=3.5Cv;線型為 PⅢ;Q1%=2 090 m3/s;Q2%=1 790 m3/s。

測區地表水屬河谷型溪流和孔隙潛水,與地下水互相連通。地下水賦存于回填卵石和卵石中,接受雨水和上游地表水、地下涇流補給,向下游的湟水方向排泄。地下水對混凝土結構、混凝土結構中的鋼筋均無腐蝕性。

2.4 地震情況

根據GB 50011-2001建筑抗震設計規范附錄A和GB 18306-2001中國地震動參數區劃圖,該區域抗震設防烈度為8度,設計基本地震加速度值為0.20g,場地類別為Ⅱ類。

3 橋位選擇

為了保證施工期間不中斷交通,將連接河橋鎮主卜村和紅古區窯街鎮的1-80 m簡易吊橋暫且保留。充分考慮橋位處地形、地質、河道走向、水文以及新建橋梁與主卜村現有村道和紅古區窯街鎮街道的順接等因素,在吊橋下游選擇擬建橋梁的橋位,以新、舊橋梁的建筑限界互不影響為原則確定橋軸線,將主卜村村道向南改移與新橋順接。

4 橋孔設計

4.1 橋孔長度

橋位附近河床寬度為84.0 m～105 m,窯街鎮岸河堤頂部高程為1 598.75 m,比窯街鎮街道高出0.3 m左右,舊吊橋橋面標高約為1 598.80 m,建筑高度不足0.40 m,橋底標高為1 598.40 m左右。2006年爆發了多年不遇的洪水,距吊橋橋面底部約30 cm,即洪水位為1 598.00 m,比河堤墻頂低75 cm左右。雖然近幾年在橋位上游已修建了多座不同規模的水電站,并實施了一些截流引水工程,實際水流量理應呈下降趨勢,但是具體能降低到多少,缺乏權威數據。考慮到蘭州地區近幾年降雨量明顯增大之現象和好幾個工程項目在施工中遭受到了未曾想到的洪水襲擊之現實后,以洪水位實地調查與水文計算相結合的方法確定橋孔凈長度。

綜合考慮最不利因素,以 Q1%=2 090 m3/s作為設計流量,兼顧當地的地形、地質、施工條件和橋梁與街道的順接等因素,假設設計洪水位為1 598.20 m,由形態斷面法計算得河床過水面積為 Ac=372 m2,濕周長 xc=102.07 m,查表得河槽糙率 nc=0.035,調查河床比降 I=0.005,河槽水力半徑=3.64 m,河槽平均流速3.642/30.0051/2=4.80 m/s,Qc=AcVc=372×4.80=1 785.6 m3/s1.17,Bc=84 m,由于橋位處于微曲河段,查表得 Kq=0.95,n3=0.87。則橋孔凈長1.170.87×84=91.5 m。

4.2 橋孔布設及橋型選擇

結合橋位地形和地質情況,以安全泄洪及橋梁上下部結構總造價最低等為原則,進行橋梁分孔和橋型選擇,見表2。

表2 橋型方案比選表

5 確定基礎埋置深度

5.1 一般沖刷計算

5.2 橋墩局部沖刷計算

6 確定橋面高程

本河段不通航,按設計水位計算橋底面最低高程,橋下凈空安全值取Δhj=0.5 m,考慮涌水和浪高等諸因素,取Δh=0.2 m,則:橋底面最低高程:

Hmin=Hs+h+Δhj=1 598.20+0.2+0.5=1 598.90 m,橋面高程為 H=Hmin+H1+H2=1 598.90+0.9+0.13=1 599.93 m。

7 結語

以洪水位實地調查與水文計算相結合,兼顧當地的地形、地質、施工條件和橋梁與街道的順接等因素,采用5-20 m預應力鋼筋混凝土空心板,結構簡支,橋面連續;橋底面略高于窯街岸河堤,橋面高出街道1.1 m左右,采用橋頭引道降坡與適當填高街道相結合的方法實現順接。由于橋位所處河段流速較急,河灘上滯留有大量粒徑較大的卵石和漂石,為了抵抗漂浮物的撞擊和水流沖刷,下部結構采用重力式橋墩、剛性擴大基礎;將兩側橋臺置于河堤墻后方,采用柱式橋臺,嵌巖樁基礎,充分利用舊河堤,避免基坑大開挖,方便施工。經過水文計算,確定出最大沖刷深度,各橋墩基礎均埋置在最大沖刷線以下1.5 m處,持力層為強風化泥巖。繪制大通河橋橋型布置圖,見圖1(限于篇幅,立面圖和平面圖只展示了一部分)。

[1] JTG B01-2003,公路工程技術標準[S].

[2] JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規范[S].

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

[4] JTG C30-2003,公路工程水文勘測設計規范[S].

[5] JTJ 004-89,公路工程抗震設計規范[S].

[6] JTG/B 02-01-2008,公路橋梁抗震設計細則[S].

[7] JTG D63-2007,公路橋涵地基與基礎設計規范[S].

[8] 甘肅隴原地質勘察工程公司.永登縣河橋鎮主卜村橋橋址工程地質勘察報告[R].2007.

[9] 甘肅省水利局水文總站.甘肅省水文圖集(大通河連城水文站資料)[Z].1978.