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        復(fù)合環(huán)境下橋梁選型實(shí)例分析

        2020-01-07 20:12:43李念平王召勝
        山東水利 2020年8期
        關(guān)鍵詞:輸沙桁梁調(diào)水

        李念平,王召勝

        (山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心,山東 濟(jì)南 250100)

        1 橋梁建設(shè)背景及概況

        引黃濟(jì)青輸沙渠大橋(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“輸沙渠大橋”)為沾化至臨淄公路的重要橋梁之一。沾化至臨淄公路是連接山東省黃藍(lán)兩區(qū)與濟(jì)南都市圈的重要通道,將有力推動(dòng)黃藍(lán)兩區(qū)與省會(huì)城市群經(jīng)濟(jì)圈聯(lián)動(dòng)發(fā)展和黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)中北部開(kāi)發(fā)。

        輸沙渠大橋位于博興縣引黃濟(jì)青工程蔡寨公路橋上游約300 m 處,跨越引黃濟(jì)青高低輸沙渠(兩渠三堤)。橋位處地表起伏較大,引黃濟(jì)青工程堤頂高程較高,橋下堤頂?shù)缆吠ㄐ袃艨諔?yīng)不小于4.5 m,滿(mǎn)足工程清淤、搶修需要。該橋北面約2 km 為批復(fù)的黃河大橋、南面約700 m 為規(guī)劃的蔡寨互通立交。輸沙渠大橋的橋位、跨越角度受黃河大橋橋位和蔡寨互通立交的嚴(yán)重制約,與引黃濟(jì)青高低輸沙渠斜交,主橋橋長(zhǎng)約200 m、橋?qū)?1 m,設(shè)計(jì)雙向六車(chē)道。

        引黃濟(jì)青工程是遠(yuǎn)距離、跨流域、跨區(qū)域的重大戰(zhàn)略性工程,是山東省“百”字型骨干水網(wǎng)的重要組成部分。工程建成通水30 年來(lái),累計(jì)引水約 102 億 m3、供水約 85 億 m3。特別是近 5 年來(lái),工程超負(fù)荷、超流量、全年運(yùn)行,有力保障了膠東地區(qū)用水安全,促進(jìn)了膠東地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

        2 橋梁選型原則

        鑒于引黃濟(jì)青工程的重要性、特殊性,大橋選型應(yīng)充分考慮大橋與引黃濟(jì)青工程的相互影響。引黃濟(jì)青工程長(zhǎng)年調(diào)水運(yùn)行,橋梁施工將與調(diào)水運(yùn)行同期進(jìn)行,橋梁設(shè)計(jì)方案、施工方案受調(diào)水的制約,同時(shí)橋梁施工期間對(duì)堤身穩(wěn)定和調(diào)水運(yùn)行有一定影響。輸沙渠大橋施工期、運(yùn)營(yíng)期一旦發(fā)生影響堤身安全、調(diào)水安全、水質(zhì)安全的事件,將造成極其嚴(yán)重的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。

        本文從規(guī)劃期、施工期、運(yùn)營(yíng)期等不同階段,充分考慮橋梁安全可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)合理性和環(huán)境保護(hù)等的要求,統(tǒng)籌兼顧橋梁建設(shè)對(duì)引黃濟(jì)青工程的影響,綜合比選兩孔、一孔等4種方案,從中選出最優(yōu)方案。同時(shí),采取有效措施,最大限度減輕橋梁施工期、運(yùn)營(yíng)期對(duì)引黃濟(jì)青工程的不利影響,最大限度保障引黃濟(jì)青工程的堤防安全、運(yùn)行安全和水質(zhì)安全。

        3 橋梁設(shè)計(jì)方案

        3.1 方案一:鋼桁梁+鋼混組合梁+大直徑樁

        橋梁全長(zhǎng)961.08 m,路線(xiàn)前進(jìn)方向與橋墩走向的右交角為90°, 上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土(后張)簡(jiǎn)支小箱梁,橋面連續(xù)。

        主橋采用一孔108 m 鋼桁梁跨越高輸沙渠,一孔70 m 組合梁跨越低輸沙渠。方案一需在低輸沙渠右堤臨水坡設(shè)置一排橋墩,即13 號(hào)橋墩。13 號(hào)橋墩及其基礎(chǔ)采用直徑3.5 m 的鉆孔灌注樁,不設(shè)承臺(tái)和系梁。13 號(hào)橋墩基礎(chǔ)施工不需要開(kāi)挖,對(duì)堤防安全和調(diào)水安全影響較小。為確保堤防安全,在13 號(hào)橋墩靠近高渠堤防一側(cè),設(shè)置一道噴射混凝土防滲墻;橋梁上部結(jié)構(gòu)施工采用臨時(shí)支架隔離、保護(hù)被跨越的渠道,同時(shí)為108 m鋼桁梁組裝提供臨時(shí)支撐。70 m 鋼混組合梁采用架橋機(jī)架設(shè)施工,對(duì)渠道堤防和調(diào)水影響較小。

        3.2 方案二:連續(xù)鋼桁梁+大直徑樁

        方案二與方案一唯一不同的是主橋上部結(jié)構(gòu)。方案二主橋上部結(jié)構(gòu)采用了(108+70)m 連續(xù)鋼桁梁。一孔108 m 鋼桁梁跨越高輸沙渠,一孔70 m 鋼桁梁跨越高輸沙渠。主橋上部結(jié)構(gòu)采用頂推施工,不在渠道斷面內(nèi)設(shè)置臨時(shí)支撐,同時(shí),下部結(jié)構(gòu)不設(shè)承臺(tái)和系梁,13 號(hào)橋墩基礎(chǔ)施工不需要開(kāi)挖,對(duì)渠道堤防和調(diào)水影響較小。為確保堤防安全,在13 號(hào)橋墩靠近高渠堤防一側(cè),設(shè)置一道噴射混凝土防滲墻,進(jìn)一步減輕樁基施工對(duì)渠道堤防和調(diào)水的影響。

        3.3 方案三:鋼桁梁+鋼混組合梁+承臺(tái)

        方案三與方案一唯一不同的是主橋下部結(jié)構(gòu)。方案三的13 號(hào)橋墩采用直徑3.5 m 的柱式墩;承臺(tái)尺寸為 7.6 m×7.6 m×3.5 m(長(zhǎng)×寬×高),采用4 根直徑1.8 m 的鉆孔灌注樁。13 號(hào)橋墩承臺(tái)施工需要大開(kāi)挖,嚴(yán)重影響渠道堤防安全和調(diào)水安全。該方案在施工期、運(yùn)營(yíng)期對(duì)渠道堤防、調(diào)水均有一定影響。為減輕13 號(hào)橋墩承臺(tái)基礎(chǔ)開(kāi)挖對(duì)渠道堤防和調(diào)水的影響,擬采用鋼板樁圍堰+噴射混凝土防滲墻的組合支護(hù)方式,保障下部結(jié)構(gòu)施工期間的基坑安全、堤防安全和調(diào)水安全。

        3.4 方案四:斜拉橋

        如輸沙渠大橋一孔跨越引黃濟(jì)青高低輸沙渠,主橋單孔跨徑約200 m。目前適用于200 m跨徑,且技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)合理的橋梁型式有連續(xù)剛構(gòu)橋和斜拉橋。

        與其他方案相比,連續(xù)剛構(gòu)橋建筑高度增加6.5 m。如采用連續(xù)剛構(gòu)橋一孔跨越引黃濟(jì)青高低輸沙渠,為保障橋下堤頂?shù)缆吠ㄐ袃艨?,整個(gè)路線(xiàn)縱斷面需抬高6.5 m。同時(shí),輸沙渠大橋南側(cè)700 m 處的蔡寨互通立交需移位設(shè)置,不符合地方政府規(guī)劃。故連續(xù)鋼構(gòu)橋方案不成立。

        方案四擬采用95 m+210 m+95 m 預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋方案,路線(xiàn)前進(jìn)方向與橋墩走向的右交角為90°。橋梁主跨210 m,一孔跨越引黃濟(jì)青高低輸沙渠,引黃濟(jì)青工程管理范圍內(nèi)不設(shè)橋墩。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用群樁基礎(chǔ)且離渠道較遠(yuǎn),上部結(jié)構(gòu)采用懸臂掛籃施工,施工期、運(yùn)營(yíng)期對(duì)渠道堤防和調(diào)水的影響較小。橋梁建筑高度較其他方案增加1 m,為保障橋下堤頂?shù)缆吠ㄐ袃艨?整個(gè)路線(xiàn)縱斷面需抬高1 m,可滿(mǎn)足蔡寨互通立交的規(guī)劃需求。但該方案的技術(shù)難度大、經(jīng)濟(jì)合理性差,施工周期長(zhǎng),施工期間的不確定因素多。

        4 橋梁方案比選

        綜合考慮引黃濟(jì)青輸沙渠大橋?qū)η赖谭腊踩⑦\(yùn)行安全、水質(zhì)安全、渠道日常管理、渠道改擴(kuò)建的影響,及橋梁自身安全技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等方面因素,對(duì)上述4 個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比分析。經(jīng)對(duì)比分析,綜合考慮輸沙渠大橋橋位的局限性、橋梁的安全可靠性、經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理性和對(duì)引黃濟(jì)青工程的影響,方案一即108 m 鋼桁梁+70 m 鋼混組合梁+大直徑樁,是安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、有效保護(hù)渠道的方案。同時(shí)建議,做好橋梁施工期、運(yùn)營(yíng)期等不同階段的防護(hù)工作,安全環(huán)保文明施工,最大限度減少輸沙渠大橋?qū)σS濟(jì)青工程的影響,確保堤防安全、運(yùn)行安全和水質(zhì)安全。

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