橋梁設計方案比選

王晶

摘 要：隨著交通運輸特別是一級級公路的迅速發展，對行車平順舒適提出了更高的要求。全面貫徹“安全、實用、經濟、美觀”的技術方針。基于以上原則再結合地質實際情況以及中國現有的常見橋型，本次設計選取了兩種橋型：連續剛構橋，獨塔雙索面斜拉橋。最后綜合各種因素，選取連續剛構橋作為推薦方案。

關鍵詞：橋梁工程；設計；方案

1 工程概況

本橋工程區段為K3+700～K4+400，橋址位于內陸河，環境類別為Ⅰ類（溫暖或寒冷地區的大氣環境、與無侵蝕性的水或土接觸的環境），橋位與河道兩岸順直。兩堤間距約700m，橋址河床斷面屬寬灘式河床斷面。地質勘探結果表明，橋位區地質情況一般，河灘位置依次是低液限黏土，容許應力[σ0]=250KPa；弱風化泥質灰巖，容許應力[σ0]=1000KPa；微弱風化泥質灰巖，容許應力[σ0]=1200KPa；微風化白云質灰巖，容許應力[σ0]=2000KPa，河槽部分依次是砂礫層，容許應力[σ0]=550KPa，砂卵層，容許應力[σ0]=1200KPa，根據上述地質條件，設置端承樁。

2 設計規范

（1）《公路工程技術標準》（JTG B01-2003）；（2）《公路橋涵設計通用規范》（JTG-2004）；（3）《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG-2004）；（4）《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTJ024-1985）；（5）《公路工程可靠度設計統一標準》（GB/T50283-1999）；（6）《公路橋涵施工技術規范》（JTJ041-2000）；（7）《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》（JTJ 026-90）；（8）《公路工程抗震設計規范》（JTJ 005-96）；（9）《鋼結構設計規范》（GBJ17-88）。

3 方案一：連續剛構橋

3.1 方案構思

本橋河床較為平坦，基巖埋深較淺，可以使用較大跨徑以滿足通航和泄洪要求。由于是III-（2）級航道，通航凈寬為150m，設一個通航孔，考慮到橋墩布置、地質、地形和通航富余等條件，取主跨為160m。連續剛構橋的邊主跨比為：0.5～0.692之間，本橋考慮取兩橋臺之間長度為700m。由于橋位地質條件好，而引橋的標準跨為一般30m、40m或50m，故跨徑布置為：2×50+40+50（預制預應力簡支T梁）+100+160+100+3×50（預制預應力簡支T梁）=700m，這時邊主跨比100/160=0.625滿足要求。

3.2 橋面標高確定

（1）豎曲線設計：根據《公路工程技術規范》高速公路豎曲線半徑一般取值為4500m、最小值為3000m，但考慮到避免橋臺高度過低，在橋梁豎曲線和縱坡滿足規范的前提下，本方案豎曲線半徑采用R=3000m。豎曲線基本要素為：豎曲線長度L=270m、切線長T=135m、豎曲線外距E=3.04m。（2）橋面標高：本橋橋面標高根據設計水位、橋下通航（通車）凈空、橋兩端引道標高的需要，并結合橋型跨徑等綜合考慮。a.按設計水位計算橋面標高342.365m（主橋跨中橋面標高）；b.按通航水位計算橋面標高：339.573m（主橋跨中橋面標高）；c.按路堤通車處計算橋面標高：路堤通車處通車凈空4.5m，上部結構建筑高度3.0m，設計跨中橋面標高為：43.352+3+4.5=49.852m。綜合上述標高，本方案標高取為49.852（跨中橋面標高），由路堤通車處跨線標高確定。

3.3 上部結構設計

主橋上部結構采用變截面箱梁，C50混凝土，橋梁寬度17.5m，箱梁頂板寬度取17.5`.0m，底板寬取10.0m。根據《橋梁工程》通常梁性剛柔橋，支點處箱梁截面的高跨比在1/16～1/20之間，跨中截面梁高約為支點截面梁高的1/2.5～1/3.5，故本橋支點處梁高取9.5m，高跨比為1/20，跨中梁高取4m，跨中截面梁高為支點梁高1/3，高跨比為1/60。箱梁頂板厚取30cm，腹板及底板采用變截面，腹板厚度由墩跨中40cm厚逐漸過渡至墩頂60cm厚，底板厚度由墩跨中35cm厚逐漸過渡至墩頂80cm厚。梁高、底板厚度按二次拋物線變化，以滿足受力及橋梁線形上的需要，腹板厚度按直線變化。本橋方案由于橋面寬度的要求，考慮采用單箱單室斷面，單箱單室斷面構造簡單，受力明確，施工方便。

3.4 下部結構設計

本橋地形平坦，通航孔布置范圍較廣，由鉆探資料，本橋主要地層第一層為沙礫層、第二層為砂卵層，采用端承樁，入巖深度大于三倍樁直徑，因此主橋基礎采用端承樁基礎。主橋橋墩為雙肢薄壁橋墩，主橋設4m厚鋼筋混凝土承臺。主橋基礎采用鉆孔灌注樁，選擇在枯水季節鉆孔施工，主墩每墩樁數為24根，樁端入持力層厚度亦大于樁直徑3倍。

4 方案二：獨塔雙索面斜拉橋

4.1 方案構思

獨塔斜拉橋在河床地質、地形條件較好時，經濟性比較好，可以省去一個橋塔，無索區比雙塔斜拉橋長，拉索用量少；其次，其活載最大撓度發生在拉索區，對受力有利，受收縮徐變及溫度梯度的影響較小；再次，其結構布置靈活，施工也比較方便，可采用懸臂澆筑、轉體施工等方法，8×40m預應力混凝土簡支T梁+160m+180m（雙塔雙索面斜拉橋）+50m+30m預應力混凝土簡支T梁=750m。

4.2 橋面標高確定

（1）豎曲線設計：根據《公路工程技術規范》高速公路豎曲線半徑一般取值為10000m、最小值為6500m，但考慮到避免橋臺高度過高，在橋梁豎曲線和縱坡滿足規范的前提下，本方案豎曲線半徑采用R=10000m。豎曲線基本要素為：豎曲線長度L=400m、切線長T=200m、豎曲線外距E=2m。（2）橋面標高：本橋橋面標高根據設計水位、橋下通航（通車）凈空、橋兩端引道標高的需要，并結合橋型跨徑等綜合考慮。a.按設計水位計算橋面標高，341.865m（主橋跨中橋面標高）；b.按通航水位計算橋面標高，326.473+10+2.5+0.1=339.073m（主橋跨中橋面標高）。

4.3 上部結構設計

（1）主塔：橋面以上主塔順橋向寬7m，橋面以下至承臺逐漸過渡到10m。橫橋向厚度為4m。橋塔總高度為108.8m，橋面以上高為89.50m。（2）主梁：主梁梁高為2.5m，橋面板行車道做成1%的雙向橫坡，橋面全寬26.5m。主梁截面采用混凝土形式。（3）斜拉索：斜拉索采用直徑8mm的低松弛高強平行鍍鋅鋼絲束。斜拉索外層防護采用熱擠雙層PE防護套，外層防護套的顏色可根據景觀要求選用。邊跨斜拉索布置14m+17×8m+10m，主跨斜拉索布置15m+17×8m+29m，索橫向間距為25.50m。全橋共設2×18對斜拉索。主塔兩側斜拉索的設計以避免產生較大的塔身彎矩為原則。斜拉索兩端用冷鑄錨分別錨固于索塔和主梁上。斜拉索與主梁上的耳板采用銷鉸式連接，通過耳板用高強螺栓與主梁連接，斜拉索中心線在耳板平面內擺動。

4.4 下部結構設計主橋基礎采用端承群樁基礎

考慮到美觀性，枯水期樁不外露，承臺位置盡可能靠近最低水位，本設計取承臺中心面與最低水位平齊。承臺尺寸取為36.00m（橫橋向）×12.00m（縱橋向）×4.0m（高）。基礎由21根直徑為Φ2.0m的樁組成，縱向3排，間距4m，橫向7排，間距5m，持力層厚度大于三倍樁勁。

5 結束語

隨著交通運輸特別是一級級公路的迅速發展，對行車平順舒適提出了更高的要求。全面貫徹“安全、實用、經濟、美觀”的技術方針。基于以上原則再結合地質實際情況以及中國現有的常見橋型，本次設計選取了兩種橋型：連續剛構橋，獨塔雙索面斜拉橋。最后綜合各種因素，選取連續剛構橋作為推薦方案。