國道215線石渠洛須至德格柯洛洞段公路改建工程K23+200麻呷大橋方案總體設計

王玉立

(四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院, 四川成都 610017)

1 工程概況

1.1 項目概況

國道215線石渠洛須至德格柯洛洞段公路改建工程位于四川省甘孜州西緣，路線全長116.02 km，是縱向連接青海、四川、云南三省干線公路的重要一段。K23+200麻呷大橋位于石渠縣麻呷鄉以東約1.5 km處，橋梁為繞避不良地質路段而設，是整個項目的控制性工程之一。

1.2 設計標準

(1)公路等級：三級公路，設計速度30 km/h，路基寬度7.5 m；

(2)設計荷載：公路-Ⅰ級汽車荷載；

(3)橋梁標準寬度：9 m=0.5 m(護欄)+8 m(凈寬)+0.5 m(護欄)；

(4)設計洪水頻率：1/50；

(5)抗震設防：地震動峰值加速度0.3g，動反應譜特征周期0.45 s，地震烈度Ⅷ度。

2 橋位路線方案設計

2.1 路線設計控制因素

2.1.1 地形條件

擬建橋位為“V”型溝谷地形，沖溝呈大體南北走向，兩岸地勢陡峻，坡度一般為60～70 °，局部呈直立或呈負地形狀態。工區山頂海拔4 500 m，谷底海拔3 860 m，高差640 m，谷底寬一般10～30 m，屬高山峽谷地貌(圖1)。

圖1 橋位地形全貌

2.1.2 老路條件

老路沿山腰展線，谷口位置老路離谷底高差約160 m，老路狹窄，寬度為4.5～5.5 m，平面線型指標差，大部分路段為等外級公路。

2.1.3 不良地質

該段老路主要不良地質為內側邊坡大面積崩塌(危巖)，局部崩塌高度超過150 m，邊坡處治極為困難，坡面巖體松動，隨時可能發生墜落、崩落，嚴重危及行車安全(圖2)。

圖2 老路邊坡高位崩塌

2.1.4 斷裂帶的影響

橋位處于竹慶褶皺束內，距俄支—竹慶斷裂(F22)破碎帶邊緣約305 m(圖3)，該斷裂帶是本區規模最大，延伸最遠的斷裂帶，為全新活動性斷裂帶。橋梁雖不跨越斷層，但處于斷層上盤，地震對橋梁影響較大。

2.1.5 投資

項目位于甘孜州偏遠地區，地方財政困難，資金來源完全依托國家補助，路線方案的布設在確保安全的前提下應本著最大限度節約投資的原則。

2.1.6 施工條件

橋梁位于高海拔、高寒地區，交通運輸偏遠，全年有效施工周期短，晝夜溫差大，應盡量選擇工藝成熟、施工便捷的橋型方案。

2.1.7 保通

該項目老路是洛須通往德格、甘孜方向最便捷的通道，因老路等級低，目前主要為地方車輛服務。橋位方案的選擇應充分考慮施工期間的保通，維護社會穩定。

2.2 橋位路線方案擬定

本路段根據以上控制因素共擬定3條路線方案進行比較(圖3)。

圖3 路線方案比較

(1)方案一：路線沿老路布線至邊坡崩塌起點附近后，設置橋梁跨越溝谷(孔跨布置為3×20 m+3×40 m+4×20 m)，繞避不良地質路段。在兩岸橋頭各設置R=60 m的小半徑曲線。橋梁跨越溝谷后，設置約300 m引道升坡與老路擬合，本段路線長1.12 km。

(2)方案二：路線沿老路布線至邊坡崩塌起點附近后，設置橋梁跨越溝谷(孔跨布置為12×30 m)，繞避不良地質路段。為盡量減少橋梁墩高，路線向沖溝內側設置R=120 m的單圓平曲線。橋梁跨越溝谷后，設置約200 m引道升坡與老路擬合，本段路線長1.22 km。

(3)方案三：基本沿老路布線，對局部平面指標不滿足要求的地方進行改善，由于老路內外側邊坡陡峭，崩塌現象嚴重，改建方案主要采取沿老路外側加寬的方式為主，在局部困難路段設置橋梁、高擋墻等，同時，需對內側邊坡進行加固處治，減少安全隱患，路線長1.61 km。

2.3 路線方案比選

各路線方案詳細情況對比見表1。

上表從斷裂帶的影響、施工、保通、行車安全、投資等方面進行了綜合分析，比選結論如下：

(1)方案一墩高86 m，繞避了不良地質路段，位于斷裂帶附近，風險較大，且橋頭為小半徑現澆橋，最大橋高50 m，地形陡峻，現澆搭架施工困難，故該方案不予推薦。

(2)方案二橋梁墩高18 m，斷裂帶對橋梁影響相對較小，但施工難度大、無法保通、邊坡治理困難，行車安全隱患大，造價高，故該方案不予推薦。

表1 方案優缺點對比

(3)方案三繞避了不良地質路段，有效地降低了墩高，橋梁在加強抗震措施設計，確保橋梁安全的前提下，更具優勢，該方案投資最省，因此薦方案二橋位路線方案。

3 橋型方案擬定

3.1 上部結構形式擬定

橋梁最大墩高65.5 m，且位于高地震烈度區，一般最經濟合理的跨徑范圍為30～40 m，由于橋梁平面位于LS=40m/R=120m/LS=40m的平曲線上，半徑偏小，故推薦采用較小的30 m跨徑。

根據目前常用的橋梁結構，本文擬定簡支T梁及連續鋼箱梁兩種上部結構形式進行對比(表2)。

表2 上部結構形式對比

經綜合對比分析，簡支T梁施工便捷、節約造價，后期養護容易，在加強抗震設計確保橋梁安全的前提下，推薦簡支T梁方案，孔跨及分聯布置為(3×30+6×30+3×30) m，橋型布置圖詳見圖4。

圖4 橋型立面布置(單位:mm)

3.2 T梁平面適應曲線設計

橋梁平面位于R=120 m的曲線段，墩臺徑向布置，通過調整梁長適應曲線要求。T梁按直梁標準寬度預制，橫向外包設計邊線，橋梁總寬度為10.8 m=9 m(標準寬度)+ 0.9 m(曲線加寬)+ 0.9 m(弦弧差)(圖5)。

圖5 一跨梁片布置示意

單跨梁由3片中梁、2片邊梁組成：邊梁寬1.675 m×2+中梁寬1.6 m×3+濕接縫寬0.663 m×4=10.8 m。一跨梁各梁片參數表見表3。

從上表可知，內外邊梁梁長差值較大，為229.4 cm，為了方便施工，將T梁梁端等截面段長度設計為100 cm+△Li/2,

表3 一跨梁參數

通過調整等截面段長度△Li以實現梁長的變化。

由于梁長的變化導致每片梁計算跨徑差異大，縱向受力差異較大，設計過程中針對不同梁長的T梁單獨進行了配束(筋)驗算，確保結構安全。

3.3 T梁架設方案

根據常規架橋機參數，30 m跨徑架橋機(100 t)能適應彎橋最小半徑為200 m，而本橋半徑為120 m，設計主要采取的措施為用鋼結構臨時加長蓋梁，增加架橋機橫向移動支撐面，待架設完畢，拆除鋼結構。同時，投資建安費中計入架橋機改裝相關費用，要求施工單位對架橋機作特殊定制，采用可橫向“彎折”的彎橋架橋機，并做好架設專項施工方案，確保橋梁架設安全。

3.4 下部結構形式

本橋橋墩高度為3.0～65.5 m，橋墩施工不受水位控制，橋墩形式綜合考慮地震因素擬定為：當墩高不大于30 m時，采用常規的雙柱式圓墩，樁基礎；當墩高大于30 m時，采用變截面方形空心薄壁墩，承臺接群樁基礎。

4 橋梁抗震設計

本橋梁位于活動性斷裂附近，高地震烈度區，本次設計結合抗震計算結果，并提出合理的抗震措施，確保橋梁安全。

4.1 抗震計算成果

根據JTG TB 02-01-2008《公路橋梁抗震設計細則》，本橋抗震設防類別為C類。采用空間有限元分析軟件橋梁博士V4.0對全橋建立幾何模型并進行E1、E2地震作用下反應譜或時程分析，計算模型見圖6。

圖6 麻呷大橋有限元模型

通過按照JTG TB 02-01-2008《公路橋梁抗震設計細則》之規定對本橋抗震分析和驗算可知：

(1)在E1地震作用階段，橋墩處于彈性工作狀態，橋梁支座能滿足位移要求。

(2)在E2地震作用階段，橋墩支座亦滿足位移要求。

(3)在E2地震作用階段，橋墩墩底、墩頂截面在順橋向和橫橋向均未屈服，橋墩仍處于彈性狀態。

(4)對E2地震作用工況進行結構的強度和變形驗算可知：橋墩順橋向和橫橋向斜截面抗剪承載力均滿足JTG TB 02-01-2008《公路橋梁抗震設計細則》相關規定。

4.2 主要抗震措施

(1)橋梁分聯以每聯下部結構剛度相近為宜。

(2)加強橋面連續構造，適當加寬蓋梁及支座寬度，防止落梁。

(3)橫橋向每片T梁均設置橫向擋塊，擋塊與梁之間設置防震緩沖橡膠墊塊；縱橋向每孔梁設置6套防落梁裝置。

(4)采用減、隔振裝置支座，本橋根據計算結果推薦采用LRB水平力分散支座。

(5)根據抗震計算結果，在墩底一定長度范圍內，縱、橫向邊緣受力主筋均采用雙排布置。

5 結束語

(1)隨著偏遠山區基礎建設的快速推進，山區公路橋梁建設項目日益增多，橋梁的設計主要受地形、地質、水文、投資、環保、運輸、養護等控制，而每座橋梁受控因素各異，只有明確每座橋梁的實際情況，弄清邊界條件，加強方案研究，綜合比選，最終才能設計出合理的橋型方案。

(2)橋梁抗震設計是高地震烈度區橋梁設計必不可少的工作，由于本文主要為橋梁方案設計，對抗震驗算僅作結論性介紹。同時，高墩、彎橋的抗震計算分析有待進一步探索。