史永康,陳懷勇,湯兆新

(1.普洱市公路開發(fā)有限責(zé)任公司,云南普洱 665000;2.重慶交通大學(xué),重慶 400074)

1 工程概況

普洱市碧云大橋位于普洱市思茅區(qū)云仙鄉(xiāng)與景谷縣碧安鄉(xiāng)交界處的小黑江上,該橋是修建聯(lián)接思茅-景谷兩地的云碧公路項(xiàng)目中的控制性工程,其重要性非常突出。本橋采用(90+166+90)m的連續(xù)剛構(gòu)橋,設(shè)計(jì)荷載等級為公路—Ⅱ級。橋型方案的確定必須考慮當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)、通航要求、水電站蓄水要求等各方面的因素。

2 工程地質(zhì)特點(diǎn)

(1)地形復(fù)雜。橋位所處地形屬低中山 ～低山河谷地貌,地形起伏變化大、相對高差 475m,山高坡陡,地勢險(xiǎn)峻。

(2)橋梁跨越“V”形谷,橋位區(qū)枯水期河面寬 65m,水深1.1m,洪水期河面寬 120 m。兩岸谷坡略不對稱,左岸谷坡30～ 35°,右岸谷坡 40～ 45°。

(3)建設(shè)初期及建成后的通航要求不同:目前小黑江為一季節(jié)性河流,洪水期水量較大,枯水期為一山間小溪,水深很淺,水量很小,無法通航。水庫建成后,正常蓄水位為+813.0m,最高通航水位為 +813.0m,蓄水后需滿足內(nèi)河四級航道通航要求;正常蓄水后,大部分主墩墩身均處于水面以下。

(4)橋位處巖石表面風(fēng)化強(qiáng)烈,巖石節(jié)理縫隙發(fā)育,巖石破碎,工程地質(zhì)條件相對較脆弱,陡坡地帶斜坡自穩(wěn)能力差,地質(zhì)災(zāi)害的潛在隱患較大,一旦植被的破壞及人為開挖斜坡,在降雨及暴雨的作用下極易造成斜坡失穩(wěn),形成滑坡、崩塌的地質(zhì)災(zāi)害。

3 工程的實(shí)施要點(diǎn)

(1)橋址處山高坡陡、地勢險(xiǎn)峻,橋墩較高,施工難度大,同時施工期間在不對稱施工荷載及風(fēng)荷載作用下,墩身彎矩可能超出墩身的承載能力值,甚至可能傾覆失穩(wěn)。

(2)橋位所在地區(qū)風(fēng)速較大,基本風(fēng)速為 32.0m/s,本橋在施工及運(yùn)營期間,結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)穩(wěn)定性問題比較突出。

(3)橋位所在地區(qū)地震動峰加速度值大,且墩高較高,地震力對結(jié)構(gòu)安全影響較大。

(4)水庫建成蓄水后,河道需滿足內(nèi)河四級航道通航要求,通航船舶噸位達(dá) 500 t級,主墩必須滿足相應(yīng)船舶墩位撞擊要求。

(5)橋位兩岸邊坡陡峭,工程地質(zhì)條件相對較脆弱,陡坡地帶斜坡自穩(wěn)能力差,地質(zhì)災(zāi)害的潛在隱患較大。在施工期間,施工平臺開挖易形成高陡臨空面,引起滑塌,影響施工安全,運(yùn)營期間,庫水長期浸泡及水位升降,邊坡極易沿結(jié)構(gòu)面形成滑坡,失穩(wěn),影響主墩的安全。

(6)本橋位于糯扎渡電站庫區(qū),橋梁的建設(shè)與庫區(qū)蓄水密切相關(guān),根據(jù)糯扎渡電站總工期論證報(bào)告成果,初擬下閘蓄水時間為 2011年11月中旬。

(7)本橋的建設(shè)位置處于景谷縣旅游中長遠(yuǎn)規(guī)劃范圍,屬于南部科考旅游區(qū)內(nèi),總體功能定位為水域風(fēng)光觀光游覽宗教朝拜發(fā)展區(qū)。因此橋型方案選擇時應(yīng)注重考慮橋梁與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào),盡量不破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境,同時,將橋梁方案的美觀性提到較高的位置,設(shè)計(jì)中充分考慮將當(dāng)?shù)氐拿褡逄厣谌氲綐蛄哼x型中。

4 工程局部構(gòu)造比選

(1)選擇合理的橋型方案,不僅要滿足正常運(yùn)營、通航及結(jié)構(gòu)安全的要求,而且要求施工方便,盡量節(jié)省造價(jià)、縮短工期,并考慮橋型美觀,融入民族特色。

(2)針對主墩墩高,地震力大,施工、運(yùn)營期間靜力穩(wěn)定性及抗風(fēng)穩(wěn)定性問題突出的特點(diǎn),列出單肢箱型墩、雙肢箱型墩、雙肢實(shí)體墩三種常見墩型進(jìn)行比選,并重點(diǎn)進(jìn)行抗震、靜力穩(wěn)定性及抗風(fēng)穩(wěn)定性的計(jì)算,以確保結(jié)構(gòu)安全,同時,減少工程量,降低施工難度。

(3)對主墩進(jìn)行防船撞驗(yàn)算,保證主墩自身能夠滿足船撞的要求,而不必采取其它的防撞措施,節(jié)省工程造價(jià)。

(4)選擇合理主墩承臺布置方式及結(jié)構(gòu)尺寸,對高樁承臺和低樁承臺進(jìn)行比選,力爭減少基礎(chǔ)開挖工程量,降低防護(hù)難度,保證施工安全。對主墩樁基礎(chǔ)形式,分別列舉 6根2.5m鉆孔樁(或挖孔樁)矩形布置方式與 9根2.2m鉆孔樁(或挖孔樁)矩形布置方式進(jìn)行比選,在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下,降低工程造價(jià)。

(5)結(jié)合橋位處的工程地質(zhì)情況,選擇合理的邊坡防護(hù)方式,防止施工期和運(yùn)營期邊坡滑塌,保證施工安全及運(yùn)營期橋墩的安全。

(6)對主梁是采用雙向預(yù)應(yīng)力體系,還是采用三向預(yù)應(yīng)力體系進(jìn)行比選,對梁底曲線過渡方式,分別列舉圓曲線、2次拋物線、1.8次拋物線及 1.6次拋物線進(jìn)行比選,優(yōu)化主梁受力形式,合理降低工程造價(jià)。

(7)根據(jù)地形條件及工程地質(zhì)情況,選擇合理的橋臺形式,分別對重力式U型臺和埋置式輕型臺進(jìn)行比選。

5 橋型方案選擇

5.1 橋式選擇

根據(jù)以上工程特點(diǎn),并結(jié)合造價(jià)、工期等要求,提出主橋采用連續(xù)剛構(gòu)橋,是經(jīng)濟(jì)合理、切實(shí)可行的。

5.2 橋跨布置選擇

結(jié)合實(shí)地勘察結(jié)果,考慮到通航凈空要求及橋跨布置的協(xié)調(diào)性,本橋推薦采用主跨 166m變截面連續(xù)剛構(gòu)跨越小黑江。因兩岸地勢較陡,如增大主跨跨徑,雖然可以降低主墩墩高,但主梁梁高必須加大,相應(yīng)造價(jià)增高,工期也加長,影響水庫按期蓄水;如減小主跨跨徑,主梁梁高可以適當(dāng)降低,但主墩墩高加高,施工難度加大,且主跨必須滿足通航凈空要求(下底寬 150.0m),跨徑減小的余地不大。綜合考慮工程造價(jià)、通航凈空及建設(shè)工期等因素,主跨選擇 166m左右跨徑跨越小黑江較為合理。在主跨跨徑確定的前提下,考慮到減少橋臺及基礎(chǔ)工程量,邊跨跨徑確定為 90m。因此,本橋推薦采用(90+166+90)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。而且適當(dāng)加大或減小主跨跨徑,比選的意義也不大,故不再列其它橋跨布置方案作必選。

5.3 橋型方案確定

由于橋位處山高坡陡、地勢險(xiǎn)峻,所在地區(qū)地震動峰加速度較大,抗震問題比較突出,主墩高較高,穩(wěn)定性問題也比較突出,施工難度較大,采用不同的墩型將直接影響結(jié)構(gòu)安全、工程造價(jià)及建設(shè)工期。因此,根據(jù)墩型的不同,本橋初步確定采用單肢箱型墩方案、雙肢箱型墩方案及雙肢實(shí)心墩方案三種不同的橋型方案進(jìn)行比選。

初步計(jì)算表明,EⅠ波地震力作用下,單肢箱型墩墩身各截面強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求,且富余較多;雙肢箱型墩墩身各截面強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求,但富余不多且配筋較單肢箱型墩多;雙肢實(shí)體墩方案相對于雙肢箱型墩方案,結(jié)構(gòu)體系的質(zhì)量和剛度大小及分布較為接近,控制截面的地震力差別不大,但是雙肢箱型墩方案截面尺寸較大,若采用相同的配筋方式,雙肢實(shí)體墩墩頂、墩底截面強(qiáng)度均不滿足規(guī)范要求,且差值較大,如加大雙肢實(shí)心墩截面,可以提高墩身承載能力,但墩身剛度增大,地震力也相應(yīng)增大,強(qiáng)度仍然不滿足規(guī)范要求,如減小雙肢實(shí)心墩截面,墩身剛度減小,地震力相應(yīng)減小,但墩身承載能力降低,強(qiáng)度還是不能滿足規(guī)范要求;如加大雙肢實(shí)心墩截面配筋率,雖然墩身強(qiáng)度能夠達(dá)到規(guī)范要求,但鋼筋數(shù)量增加較多,受力不合理且不經(jīng)濟(jì)。因此,本橋最后確定單肢箱型墩方案為推薦方案。

6 結(jié)束語

普洱市碧云大橋橋型方案的比選綜合考慮了地質(zhì)、地形、通航要求、水電站蓄水要求等各個方面,橋型還要與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境相協(xié)調(diào),最后確定為(90+166+90)m的單支箱型墩連續(xù)剛構(gòu)橋,實(shí)踐證明本橋型能夠滿足當(dāng)初考慮的各方面的要求。本工程具有一定的借鑒意義,可以供同類橋型參考。

[1]馬保林,李子青.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋[M].北京:人民交通出版社,2001

[2]JTJ 021-89公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S]