高麗 任庭飛
摘要:貴州山區(qū)地形地貌及地質條件復雜,采用橋梁跨越峽谷地形需要綜合考慮多方面的因素。本文重點介紹九洞天大橋主橋的設計方案,即鋼筋混凝土箱型拱橋方案、預應力混凝土剛構橋方案、裝配式預應力混凝土T梁方案。分別從適應地形、環(huán)境影響、方案實施難度、工程造價及外觀造型進行全方面的綜合比選,得出鋼筋混凝土箱型拱橋方案為最佳方案。
關鍵詞:橋梁工程;方案比選;鋼筋混凝土箱型拱;中承式鋼管混凝土拱;預應力混凝土剛構橋;裝配式預應力混凝土T梁
1 概況
擬建的S530納雍縣梯子巖至化作公路改擴建工程是規(guī)劃省道及畢節(jié)市干線公路規(guī)劃建設項目庫S530的重要一段。省道S530是貴州省省道網(wǎng)絡規(guī)劃(2012-2030)“6橫、7縱、8聯(lián)”中“8聯(lián)”重要的組成部分。
本項目起點位于納雍縣與納雍縣交界處的六廣河納雍縣境內,順接擬建省道S530納雍縣鼎新至梯子巖公路改擴建工程,跨六廣河設置九洞天大橋。項目起點樁號K0+000,終點與杭瑞高速九洞天收費站匝道平交,順接擬建的G246化作鄉(xiāng)段,終點樁號K9+687.532,實際實施里程9.688km。
2 主要技術標準[2]
(1)汽車荷載等級:公路—Ⅰ級;人群荷載:2.5KN/m2
(2)橋面寬度:2.0m(人行道)+12.0m(車行道)+2.0m(人行道),橋面全寬16m。
(3)橋面縱坡:0.03%(雙向)
(4)橋面橫坡:2%
(5)設計洪水位:1222.5m(1/100)
(6)地震動加速度峰值:0.05g
(7)橋梁設計基準期:100年
(8)設計安全等級:一級
(9)設計使用年限:100年
(10)橋梁所在道路等級:二級;設計時速:40km/h
3 橋型方案簡介
3.1 方案一:主橋鋼筋混凝土箱型拱橋
(1)橋型結構及孔跨布置。主跨結構形式為凈跨徑145m鋼筋混凝土箱型無鉸拱,引橋上部結構為16m鋼筋混凝土現(xiàn)澆空心板。橋跨布置為(2×16+156+2×16)m,橋梁全長225.50m。
(2)上部構造。主拱圈凈跨徑為145m,凈矢高為29.0m,矢跨比為1/5,拱軸線為懸鏈線,拱軸系數(shù)m=1.988。主拱圈為單箱三室結構,高度為2.5m,寬為13.65形式外,其余立柱橫向為四柱。
拱上行車道板為13m鋼筋混凝土現(xiàn)澆實心板。橋面采用橋面連續(xù),結構簡支的形式。
(3)下部構造。0、5號橋臺為重力式U型橋臺,樁基礎,引橋橋墩采用柱式墩、樁基礎,拱座基礎為明挖擴大基礎,置于中風化基巖上。拱座開挖后邊坡采用掛網(wǎng)噴漿護坡,拱座處采用同級混凝土原槽灌滿。
3.2 方案二:預應力混凝土剛構橋方案
主橋起點樁號為K0+261.0,終點樁號:K0+503.0,全長242m;橋梁上部構造為3跨預應力混凝土連續(xù)剛構,孔跨為60+110+60m。
(1)上部構造設計。①箱梁梁段劃分。為適應掛籃逐段懸臂澆筑的施工工藝,全橋箱梁共分為58個施工單元。0號梁段長1100cm,在墩頂預埋的支承托架上或承臺上設置現(xiàn)澆支架施工;懸臂澆注梁段12對,1~12號梁段長400cm。邊跨現(xiàn)澆段,在落地支架上現(xiàn)澆施工,共計2個梁段。邊跨現(xiàn)澆段長438cm。合龍段長200cm。在合龍吊架上現(xiàn)澆施工。②箱梁高度變化。0號梁段邊腹板高度為680cm,合龍段和邊跨現(xiàn)澆梁段邊腹板高度均為250cm,其余1~12號梁段從680cm變化至250cm,其下緣按1.8次拋物線漸變。箱梁底板厚度亦按1.8次拋物線漸變。③箱梁構造及主要尺寸。箱梁為單箱單室斷面,頂板寬1600cm,底板寬750cm。箱梁頂板最小厚度28cm,腹板厚度80~100cm,底板厚度160~35cm;邊跨現(xiàn)澆段頂、底板加厚至160cm,腹板加厚至100cm;墩頂?shù)?號梁段腹板厚度80cm,頂板厚度50cm,底板厚度140cm。全橋共設6道橫隔板。0號梁段設2道厚度為120cm的橫隔板;邊跨現(xiàn)澆段端部各設1道厚度為140cm的橫隔板。各橫隔板均設孔洞以方便施工并兼作營運養(yǎng)護的檢查通道。④預應力設計。箱梁采用三向預應力混凝土結構??v向及橫向配置標準強度為1860MPa的低松弛Φs15.2(7Φs5)mm預應力鋼絞線;橫向預應力筋錨具采用OVM.BM15-3(張拉端)和OVM.BM15-3P(錨固端),預應力管道采用預埋SBG塑料波紋管,真空輔助灌漿。豎向配置直徑為JL32mm的精軋螺紋預應力鋼筋,其標準強度為785MPa,豎向預應力筋錨具采用JLM-32型錨具;0號梁段橫隔板布置豎向預應力筋下端固定,上端張拉,固定端向下伸入墩身6~10m。[3]
(2)下部構造設計。①橋臺。兩岸橋臺均采用重力式U型橋臺,基礎均采用擴大基礎,要求嵌入完整中風化基巖中,基巖的容許承載力不小于1MPa。兩側橋臺均設置搭板,以滿足由路基至橋梁的剛度漸變。②橋墩。1、2號橋墩(主墩)為實體雙肢薄壁墩身,1號橋墩墩身高度為55m,2號橋墩墩身高度也為30m,墩身與0號梁段固結。橋墩基礎均采用9根直徑200cm的鉆孔灌注樁基礎,承臺厚度為4.0m。橋墩要求樁基嵌入完整中風化泥巖不少于6m,樁端巖石的飽和單軸抗壓強度標準值frk≥15MPa。
3.3 方案三:主橋裝配式預應力混凝土T梁
(1)橋型結構及孔跨布置。橋梁上部結構為40m裝配式預應力混凝土連續(xù)T梁,橋梁全長248.0m。
(2)上部構造。主橋上部主梁為40m裝配式預應力鋼筋混凝土簡支T梁,T梁梁高250cm,T梁橫向中距為229.2cm,全橋橫向共7片T梁,中梁上翼緣板預制寬度為170cm,邊梁上翼緣板預制寬度為197.5cm,上翼緣板厚度20cm,腹板厚度20cm(支點附近加厚為60cm),T型梁之間設59.2cm濕接縫,支點、跨中等處設上厚度為20cm,下厚度為18cm的橫隔板,全橋共21道。引橋上部為16m鋼筋混凝土現(xiàn)澆空心板,空心板梁高85cm,頂、底板厚度12cm,支點處加厚為20cm,腹板厚度28cm,上翼緣板厚度25cm,根部厚度42cm,寬度由16m漸變至185m,根據(jù)實際寬度調整翼緣板長度。
(3)下部構造。橋臺:兩岸橋臺均為重力式U型橋臺,樁基礎?;A標高可根據(jù)開挖情適當調整,但要求樁基嵌入中風化基巖不小于5m,巖石飽和單軸抗壓強度標準值不小于150MPa,基礎開挖后須經(jīng)設計人員驗基合格后方可澆筑基礎砼。主橋橋墩:方形、圓形截面柱式墩,樁基礎。
4 橋型方案綜合比選
三種橋型方案均能滿足施工功能的要求,但在方案實施、工程造價和外觀造型行方案存在差異。[1]
4.1 方案實施
方案一主橋采用斜爬掛籃施工,施工有成熟經(jīng)驗,技術安全可靠。方案二采用掛籃懸臂澆筑,施工有成熟經(jīng)驗,技術安全可靠。方案三采用預制吊裝施工,施工有成熟經(jīng)驗,技術安全可靠。
4.2 工程造價
主橋各方案造價(建安費)比較
方案
跨徑布置(m)
建安費(萬元)
方案一
2×16+145+2×16
4252
方案二
60+110+60
5034
方案三
6×40
3174
經(jīng)工程造價(建安費—)比較,方案三最低,方案二最高,方案一次之。
4.3 外觀造型
三個方案在外觀上各有特色:方案一結構簡潔,造型美觀,與九洞天風景名勝區(qū)旅游開發(fā)相適應,一跨跨越山谷,對環(huán)境影響小。方案二結構簡潔,線條流暢,山谷設墩,景觀性較差,與九洞天風景區(qū)不相協(xié)調。方案三由于跨徑小存在水下施工橋墩,且下部結構較多,景觀性較差。
4.4 比較結果
綜上所述,結合項目地形地貌、經(jīng)濟、景區(qū)開發(fā)及主管部門的意見,方案一鋼筋混凝土箱拱作為推薦線K的推薦橋型方案。
5 結語
九洞天大橋作為公路橋梁并兼顧旅游開發(fā)的功能,在方案設計時,將橋梁實施方案、經(jīng)濟性、美觀性有機統(tǒng)一起來,運營養(yǎng)護簡單。對同一類型的項目有一定的借鑒作用。[4]
參考文獻:
[1]周念先.橋梁方案比選[M].上海:同濟大學出版社,1992.
[2]范立礎.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2008.
[3]公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范(JTG 3362—2018).
[4]陳永沁.雅亮大橋橋型方案比選[J].交通科技,2005,6.