夜郎湖特大橋方案設(shè)計(jì)

楊光強(qiáng) 楊 健 鄧曉紅

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽(yáng) 550081）

1 工程概況

擬建夜郎湖特大橋位于貴州省赤水至望謨高速公路織金至普定段，為跨越夜郎湖而設(shè)，橋位距普定縣城約7 k m，有省道至橋位附近，交通較便利。

橋區(qū)內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為褶皺、斷層。普定岸橋臺(tái)縱橫坡較陡，織金岸橫坡較緩，地表受侵蝕、溶蝕作用強(qiáng)烈，軸線地表高程在1 137.3～1 244.0 m之間，相對(duì)高差106.7 m。橋區(qū)大部分基巖裸露，植被不發(fā)育，為溶蝕型低中山溝谷地貌。

橋區(qū)屬長(zhǎng)江流域之烏江水系。橋區(qū)地表水為夜郎湖湖水，測(cè)時(shí)水位1 137.3 m，最高洪水位1 145.0 m。

橋區(qū)覆蓋層為殘坡積層（Qel＋dl）粉質(zhì)粘土，下伏基巖為三疊系關(guān)嶺組二段（T2g2）灰?guī)r夾泥質(zhì)白云巖。地層呈單斜產(chǎn)出，產(chǎn)狀125°∠14°。巖體節(jié)理發(fā)育，主要節(jié)理有50°∠80°，180°∠75°2組，節(jié)理間距為30～50 c m，巖體較破碎。

橋位區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)活動(dòng)性斷層通過，橋區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306－2001）查得測(cè)區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.4 s，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，橋區(qū)地震基本烈度為VI度。

2 設(shè)計(jì)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下［1］：

（1）公路等級(jí)：高速公路。

（2）橋面寬度：雙向4車道，橋面寬度為21.5 m＝0.5 m（防撞護(hù)欄）＋9.5 m（凈空）＋2×0.75 m（中央分隔帶）＋9.5（凈空）＋0.5（防撞護(hù)欄）m。

（3）設(shè)計(jì)行車速度：80 k m／h。

（4）汽車荷載：公路-I級(jí)。

（5）橋梁設(shè)計(jì)洪水頻率：1／300。

（6）風(fēng)荷載：百年一遇基本風(fēng)速取為25.8 m／s。

（7）地震基本烈度：橋區(qū)地震基本烈度為VI度，按VII度采取抗震構(gòu)造措施。

3 橋梁方案構(gòu)思及方案比選

3.1 橋梁方案構(gòu)思

本橋是為跨越夜郎湖而設(shè)，普定岸橋臺(tái)縱橫坡較陡，織金岸橫坡較緩，地表受侵蝕、溶蝕作用強(qiáng)烈，軸線地表高程在1 137.3～1 244.0 m之間，相對(duì)高差106.7 m。橋區(qū)大部分基巖裸露，植被不發(fā)育，為溶蝕型低中山溝谷地貌，橋梁設(shè)計(jì)不受洪水位控制。

本橋位橋形方案選擇的原則為：①河谷斷面呈U形，兩岸地形較陡，不良地質(zhì)發(fā)育。在選擇合理的孔跨布置時(shí)，應(yīng)盡量使兩岸主墩位置避開不良地質(zhì)及地面縱橫坡陡峭段，以減少基礎(chǔ)處理費(fèi)用，并便于施工；②本橋位處于河谷地帶且線位較高，而橋梁主要受力構(gòu)件建筑高度大，橋型方案無(wú)論在施工過程還是成橋運(yùn)營(yíng)階段均須具有較好的抗風(fēng)穩(wěn)定性；③橋型方案及橋跨的選取應(yīng)考慮施工安全、方便，在滿足橋梁使用功能的基礎(chǔ)上，盡可能使用成熟可靠的橋型結(jié)構(gòu)并同時(shí)考慮新技術(shù)、新工藝和新材料，降低工程造價(jià)，加快施工速度，減小施工風(fēng)險(xiǎn)。

因此在方案構(gòu)思時(shí)，結(jié)合橋位處的水文、地質(zhì)、氣象等有關(guān)資料，提出3個(gè)橋型方案：①主橋選用1-210 m鋼筋混凝土懸澆箱形拱橋；100 m＋180 m＋100 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋；1-210 m鋼管混凝土拱橋。并對(duì)鋼筋混凝土懸澆箱形拱橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋及鋼管混凝土拱橋作了全面分析比較，提出夜郎湖特大橋的推薦方案。

3.2 設(shè)計(jì)方案

（1）1-210 m鋼筋混凝土箱形拱橋。主孔凈矢跨比1／5，拱上排架采用矩形雙柱式鋼筋混凝土立柱，行車道采用17孔13.2 m空心板。引橋織金岸2-30 m T梁、普定岸3-30 m T梁；橋型布置見圖1。

圖1 鋼筋混凝土箱形拱橋橋型布置圖（單位：c m）

主拱圈為分離式布置，單幅橋主拱圈為等高度懸鏈線鋼筋混凝土箱型截面，單箱雙室截面，凈跨徑210 m，凈矢高42 m，凈矢跨比1／5，拱軸系數(shù)m＝1.988，箱型截面寬8.5 m，高3.8 m。主拱圈采用掛籃懸臂澆筑施工法進(jìn)行施工。箱拱典型斷面見圖2。

圖2 箱拱典型斷面圖（單位：c m）

兩岸拱座位于完整的基巖上，基巖完整性好，強(qiáng)度高，基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)；引橋橋墩采用雙柱式圓形橋墩，樁基礎(chǔ)，人工挖孔；橋臺(tái)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。

（2）100 m＋180 m＋100 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。橋梁邊中跨比0.556，最大墩高58 m，全橋長(zhǎng)396 m，橋型布置圖見圖3。

圖3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋橋型布置圖（單位：c m）

箱梁分離式布置，上部箱梁為變截面單箱單室斷面，箱頂寬10.73 m（包括0.23 m后澆帶），底寬6.5 m。箱梁頂面設(shè)單向2.0%的橫坡（左右幅對(duì)稱布置）。0號(hào)梁段梁高為11.5 m，現(xiàn)澆段和合龍段梁高均為4.0 m，其間梁底下緣曲線按1.6次方拋物線變化。箱梁典型斷面見圖4。

主墩采用雙薄壁矩形空心墩，橫橋向6.5 m，順橋向3.0 m，兩片墩間凈距為5.0 m。墩身上部端與箱梁0號(hào)梁段固接，下部端與承臺(tái)固接，采用16根直徑2.0 m樁基承臺(tái)整體式基礎(chǔ)；橋臺(tái)為重力式橋臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)。主橋上部結(jié)構(gòu)箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工；橋墩采用翻模施工，樁基機(jī)械成孔。

圖4 箱梁典型斷面圖（單位：c m）

（3）1-210 m鋼管混凝土拱橋。主孔凈矢跨比1／5，拱上排架采用鋼管混凝土立柱，行車道采用17孔13.2 m空心板。引橋織金岸2-30 m T梁、普定岸3-30 m T梁，全橋長(zhǎng)388.4 m。橋型布置見圖5。

圖5 鋼管混凝土拱橋橋型布置圖（單位：c m）

主拱圈為整體式布置，主拱圈為變高等寬鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，弦桿由12根直徑920 mm×壁厚14 mm鋼管組成，內(nèi)填C60混凝土，凈跨徑210 m，凈矢高42 m，凈矢跨比1／5，拱軸系數(shù)m＝1.988，桁架截面寬17.5 m，高5～8 m。腹桿、平聯(lián)、橫系梁均采用直徑351 mm×8 mm鋼管，僅個(gè)別斜腹桿內(nèi)灌注C60混凝土，其余腹桿均不灌注混凝土。拱上立柱也采用鋼管混凝土排架，采用直徑351 mm×8 mm鋼管，內(nèi)填C50混凝土。鋼管拱圈采用吊裝法進(jìn)行施工。鋼管混凝土拱圈典型斷面見圖6。

圖6 鋼管混凝土拱圈典型斷面圖（單位：c m）

兩岸拱座位于完整的基巖上，基巖完整性好，強(qiáng)度高，基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)；引橋橋墩采用雙柱式圓形橋墩，樁基礎(chǔ)，人工挖孔；橋臺(tái)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。

3.3 設(shè)計(jì)方案比選

本橋方案設(shè)計(jì)階段對(duì)3個(gè)不同橋型方案進(jìn)行比較，3個(gè)方案主橋在技術(shù)上是成熟的、施工上是可行的、風(fēng)險(xiǎn)上是相近的，橋型方案主要從工程的經(jīng)濟(jì)性、設(shè)計(jì)施工難易程度及景觀效果等方面進(jìn)行比選，比選情況見表1。

表1 各設(shè)計(jì)方案分析比較

鋼筋混凝土箱形拱橋造型美觀，蒼勁有力，與環(huán)境相協(xié)調(diào)，210 m的主跨跨徑雖然在全國(guó)范圍內(nèi)有所突破（國(guó)內(nèi)采用懸澆方法已完成182 m箱形拱橋建造），但在設(shè)計(jì)、施工技術(shù)方面已有成功經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)施工技術(shù)較成熟，造價(jià)最低，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低，工期較短，對(duì)環(huán)境的影響較小。因此鋼筋混凝土箱形拱橋方案完全符合安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則。經(jīng)綜合比較，選用主跨210 m鋼筋混凝土箱形拱橋作為推薦方案。

4 結(jié)語(yǔ)

大橋方案設(shè)計(jì)著眼于景觀、施工難易程度、工期和經(jīng)濟(jì)等方面，主橋推薦方案綜合考慮采用了主跨210 m鋼筋混凝土箱形拱橋，在景觀效果、工程造價(jià)、工期方面均存在較大優(yōu)勢(shì)，能較好地適應(yīng)建設(shè)方的要求。但橋梁結(jié)構(gòu)跨度較大，跨度超越了國(guó)內(nèi)當(dāng)前同類橋梁最大跨度，位居首位，設(shè)計(jì)、施工有一定難度。因此，下一步設(shè)計(jì)中應(yīng)著重考慮加強(qiáng)結(jié)構(gòu)尺寸的比選、構(gòu)造處理、結(jié)構(gòu)計(jì)算分析以及試驗(yàn)驗(yàn)證，以確保大橋安全可靠。

［1］ JTG D60－2004公路鋼橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［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］ 陳寶春.鋼管混凝土拱橋［M］.北京：人民交通出版社.2007.