劉鋒民 趙站偉 賀國(guó)佑

（1.武漢市公路勘察設(shè)計(jì)院 武漢 430015；2.武漢市規(guī)劃研究院 武漢 430014）

木蘭湖即夏家寺水庫(kù)，是攔截灄水河支流長(zhǎng)堰河蓄水而成的人工湖，集灌溉、發(fā)電、旅游于一體。木蘭湖距木蘭山風(fēng)景區(qū)東部約6km，有132個(gè)湖汊，23個(gè)島嶼，一碧萬(wàn)頃，清澈如鏡，風(fēng)景純美，是湖北省4A級(jí)風(fēng)景旅游勝地。木蘭湖大橋建成后將完善木蘭湖環(huán)湖公路路網(wǎng)布局、改善黃陂－紅安的旅游交通狀況，促進(jìn)湖區(qū)兩岸的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。木蘭湖大橋推薦方案橋梁長(zhǎng)721m，橋跨布置為西引橋3×35m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁＋主橋35m＋2×60m＋35m預(yù)應(yīng)力混凝土V形剛構(gòu)＋東引橋3×（4×35m）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁。橋面全寬12m，其橫向布置為1.75 m（人行道）＋8.5m（行車道）＋1.75m（人行道），設(shè)2%雙向橫坡。

1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）汽車荷載等級(jí)：公路－I級(jí)。

（2）人群荷載：3.0kN／m2。

（3）橋梁寬度：橋?qū)?2m，橫向布置為1.75 m人行道＋8.5m行車道＋1.75m人行道。

（4）地震動(dòng)峰值加速度系數(shù)：0.05，按VII度設(shè)防。

（5）設(shè)計(jì)洪水頻率：大橋1／100。

（6）航道等級(jí)：木蘭湖航道規(guī)劃為VIII級(jí)，按VII二級(jí)航道預(yù)留，雙向通航凈空32m×4.5 m，單向通航凈空20m×4.5m。

2 橋型方案擬定

2.1 方案構(gòu)思及主橋方案設(shè)計(jì)

橋型方案的選擇是在橋位、通航凈空和路線走向確定后，結(jié)合橋址區(qū)的地質(zhì)、水文、施工條件和造價(jià)等因素通過(guò)認(rèn)真分析和深入研究后，進(jìn)行綜合比選。橋梁設(shè)計(jì)遵循“實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀”的基本原則，擬定了4個(gè)主要橋型方案，分別為預(yù)應(yīng)力混凝土V形剛構(gòu)、波紋鋼腹板連續(xù)箱梁、3跨下承式無(wú)風(fēng)撐鋼管混凝土拱橋和V形剛構(gòu)組合拱橋。

（1）方案一。鑒于上述建橋自然條件的特點(diǎn)及大橋位于著名風(fēng)景區(qū)地理位置的需要，方案一主橋采用35m＋2×60m＋35m4孔一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土V形剛構(gòu)，2個(gè)邊孔均滿足VII級(jí)航道單向通航凈空20m×4.5m的要求、2個(gè)主孔滿足VII級(jí)航道雙向通航凈空32m×4.5m的要求，其立面布置見圖1。兩岸引橋均采用35m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁，本方案橋梁總長(zhǎng)721 m，橋梁全寬12m。預(yù)應(yīng)力混凝土V形剛構(gòu)以在千島湖成功建成，并且景觀效果甚佳，具有一定的先進(jìn)性。

圖1 方案一 主橋立面圖（單位：cm）

（2）方案二。本方案采用35m＋2×60m＋35m4孔一聯(lián)的波紋鋼腹板連續(xù)箱梁，2個(gè)邊孔滿足VII級(jí)航道單向通航凈空20×4.5m的要求、2個(gè)主孔滿足VII級(jí)航道雙向通航凈空32m×4.5m的要求，其立面布置見圖2。兩岸引橋均采用35m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁，本方案橋梁總長(zhǎng)721m，橋梁全寬12m。波紋鋼腹板橋梁在國(guó)內(nèi)使用甚少，目前已建成的有山東鄄城黃河公路大橋和深圳南山大橋，本方案具有一定的創(chuàng)新性，在整個(gè)華中地區(qū)尚屬首次提出。

圖2 方案二 主橋立面圖（單位：cm）

（3）方案三。本方案采用50m＋80m＋50 m 3跨連續(xù)下承式無(wú)風(fēng)撐鋼管混凝土系桿拱橋，邊、中孔均滿足VII級(jí)航道雙向通航凈空32×4.5m的要求，立面布置見圖3。兩岸引橋分別采用30m和35m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁，本方案橋梁總長(zhǎng)711m，主橋橋面全寬15.6m，引橋橋面全寬12m。本類橋型在廣東廣州和江西贛州建成，景觀效果甚佳，具有一定的先進(jìn)性。

圖3 方案三 主橋立面圖（單位：cm）

（4）方案四。本方案采用40m＋100m＋40 mV形剛構(gòu)組合拱橋，主橋滿足VII級(jí)航道雙向通航凈空32m×4.5m的要求，邊跨滿足VII級(jí)航道單向通航凈空20m×4.5m的要求，其立面布置圖見圖4。兩岸引橋分別采用30m和35m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁，本方案橋梁總長(zhǎng)711m，主橋橋面全寬15.6m，引橋橋面全寬12 m。本類橋型僅在衢江大橋［3］成功建成。本方案是以V形剛構(gòu)受力為主，輔以拱結(jié)構(gòu)受力的組合結(jié)構(gòu)體系，把V形連續(xù)剛構(gòu)舒展的造型與拱橋流暢的造型和推力平衡的受力特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，使V形剛構(gòu)與拱的優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮，具有良好的受力性能、合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、豐富的景觀效果。

圖4 方案四主橋立面圖（單位：cm）

2.2 主橋方案比選

根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)橋梁建設(shè)的成功實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)，上述橋型方案在技術(shù)上是可行的，風(fēng)險(xiǎn)上是相近的。由于橋梁總長(zhǎng)、路線縱坡標(biāo)準(zhǔn)不受方案的影響，基礎(chǔ)施工方式相同，故方案比選主要基于通航、景觀、工程經(jīng)濟(jì)性幾個(gè)方面進(jìn)行綜合比較，見表1。

表1 橋型方案比較表

從前述橋位比選可知，方案一35m＋2×60m＋35m預(yù)應(yīng)力混凝土V形剛構(gòu)橋方案造價(jià)適當(dāng)、輕盈優(yōu)美、施工和設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，可作為推薦方案。

3 推薦方案主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 上部構(gòu)造

主梁采用單箱單室斜腹板截面，V形墩頂上箱梁梁高2.5m，長(zhǎng)19m，合龍段及邊跨直線段梁高1.6m，V形墩斜腿頂部至合龍段梁底按二次拋物線過(guò)渡，斜腿與梁底用R＝6m的圓曲線銜接。箱梁頂板寬12m，設(shè)2%的雙向橫坡，兩翼懸臂長(zhǎng)2.5m，懸臂板端部厚15cm，根部厚45 cm，頂板正常厚25cm，腹板厚50cm，底板厚由斜腿處的50cm按二次拋物線變化至合龍段的25cm。

3.2 下部構(gòu)造

主墩采用V形預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)體墩，V型墩斜腿橫橋向與主梁底板同寬為6m，厚1.5m，斜腿軸線與墩中心線交角35°，上下固結(jié)，斜腿長(zhǎng)為10.8～11.4m。墩座為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墩座順橋向?qū)?.0m，橫橋向?qū)?.0m，高3.0m。主墩采用矩形承臺(tái)，長(zhǎng)9.0m，寬8.0m，厚3.0 m，承臺(tái)下設(shè)4根直徑2.0m的鉆孔灌注樁，穿透強(qiáng)風(fēng)化片巖，進(jìn)入中風(fēng)化片巖。

過(guò)渡墩為薄壁墩，墩身截面尺寸為6×2m，采用矩形承臺(tái)，長(zhǎng)9.0m，寬8.0m，厚3.0m，承臺(tái)下設(shè)4根直徑2.0m的鉆孔灌注樁，穿透強(qiáng)風(fēng)化片巖，進(jìn)入中風(fēng)化片巖且深度不小于2.5倍樁徑。

4 施工方案

木蘭湖是人工湖，庫(kù)區(qū)僅有小型船只通行，大型起吊設(shè)備和大噸位駁船無(wú)法到達(dá)橋址。木蘭湖最低水位44.87m，正常水位49.90m，常年最大水深在19～23m，湖床最低水深不低于2.5m；水流緩慢、水位相對(duì)穩(wěn)定。

4.1 基礎(chǔ)施工［4］

主橋基礎(chǔ)均為深水基礎(chǔ)，施工難度較大，主要面臨以下難點(diǎn)：①水深。鉆孔樁施工期間水深19～23m；②覆蓋層薄。湖底最低處覆蓋層厚不足5m；③樁基必須嵌入中風(fēng)化巖面。針對(duì)上述施工難點(diǎn)及湖區(qū)內(nèi)無(wú)大型起吊設(shè)備和大噸位駁船的實(shí)際情況，樁基施工采用兼具輔助樁固定式鉆孔樁施工平臺(tái)和簡(jiǎn)易浮式施工平臺(tái)優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合式浮式施工平臺(tái)。復(fù)合式浮式施工平臺(tái)是在常規(guī)浮式平臺(tái)基礎(chǔ)上，在鋼護(hù)筒插打穩(wěn)定后，將鋼護(hù)筒用獨(dú)立的固定鋼構(gòu)架相互鎖定，使鋼護(hù)筒與周圍的浮動(dòng)構(gòu)架脫離并保持一定的距離，沖擊反循環(huán)鉆機(jī)及起重桁車等其他施工設(shè)備安裝在由浮體支撐的平臺(tái)上，通過(guò)設(shè)于鋼護(hù)筒頂口特殊的鋼絲繩定位裝置，使鉆頭中心始終固定在護(hù)筒平面中心，保證了鉆孔樁施工時(shí)的垂直精度。該平臺(tái)在鉆孔作業(yè)時(shí)，鋼護(hù)筒穩(wěn)定體系具備固定式平臺(tái)的特點(diǎn)，鉆機(jī)、起重門架等支撐在浮式平臺(tái)上，2種支撐體系構(gòu)件相互分離，互不影響，有效地克服了獨(dú)立使用任一種平臺(tái)體系的不足。該施工平臺(tái)已成功應(yīng)用于千島湖大橋。

4.2 上構(gòu)施工

V形墩結(jié)構(gòu)是由2個(gè)斜腿及其頂部箱梁組成的倒三角形結(jié)構(gòu)，施工中最重要的是控制倒三角形在施工各階段的內(nèi)力，特別是斜腿底部的彎矩控制。通常最直接和有效的方法是設(shè)置可靠的外部支架，使V形墩與頂部主梁基本在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下閉合。但在木蘭湖大橋的深水中施工V形墩，出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，只能選擇采用平衡支架法施工，采用外部安裝平衡膺架，充分利用主體結(jié)構(gòu)來(lái)加強(qiáng)支架體系，使支架與主體結(jié)構(gòu)一體化參與承受施工荷載的方法施工。該法已成功應(yīng)用于千島湖大橋并取得了良好的工程效果。V形墩結(jié)構(gòu)是由2個(gè)斜腿及其頂部箱梁組成的倒三角形結(jié)構(gòu)，斜腿施工可采用外部安裝平衡膺架，內(nèi)部埋設(shè)勁性骨架以承受模板、鋼筋及混凝土澆注時(shí)荷載的施工方法；V形墩頂部箱梁在支撐于承臺(tái)的膺架梁上施工；主橋主梁采用掛籃懸澆逐段施工，分層澆筑。

5 結(jié)語(yǔ)

橋型方案的擬定應(yīng)綜合考慮橋址區(qū)的地質(zhì)、水文、施工條件和造價(jià)等因素。本文通過(guò)認(rèn)真分析和深入研究，針對(duì)木蘭湖特定的地理位置和施工條件，提出了4種切實(shí)可行的橋型方案，結(jié)合景觀、施工及造價(jià)采用35m＋2×60m＋35m的預(yù)應(yīng)力混凝土V形剛構(gòu)橋?yàn)橥扑]方案，借鑒千島湖大橋的成功建造經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)地闡述了推薦方案主橋的施工方法，為以后受施工限制的跨湖或跨水庫(kù)大橋的設(shè)計(jì)和施工提供有益的經(jīng)驗(yàn)。

［1］ JTGB01－2003公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：人民交通出版社，2003.

［2］ JTGD60－2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ 楊光武.衢江大橋Y腿剛構(gòu)系桿拱橋設(shè)計(jì)［J］.橋梁建設(shè)，2003（3）：57－60.

［4］ 宋 杰.千島湖大橋主要技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新［J］.橋梁建設(shè)，2007（2）：58－61.