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        藤縣西江二橋南主橋總體設(shè)計(jì)分析

        2020-03-01 15:06:03陳鑫歐陽(yáng)平劉夢(mèng)麟
        西部交通科技 2020年4期
        關(guān)鍵詞:總體設(shè)計(jì)型鋼

        陳鑫 歐陽(yáng)平 劉夢(mèng)麟

        摘要:藤縣西江二橋南主橋?yàn)椋?0+100+450+100+50) m雙塔雙索面混合梁飄浮體系斜拉橋,整體造型美觀,受力合理,主梁采用混合梁設(shè)計(jì),中跨主梁采用創(chuàng)新的鋼-HUPC輕型組合梁,邊跨主梁采用混凝土梁。文章介紹了該橋的總體設(shè)計(jì)思路、橋型方案和主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,為類似工程的設(shè)計(jì)和決策提供技術(shù)參考。

        關(guān)鍵詞:混合梁斜拉橋;總體設(shè)計(jì);型鋼-UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)

        中國(guó)分類號(hào):U442文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        0 引言

        藤縣西江二橋南主橋?yàn)橹骺?50 m雙塔雙索面斜拉橋,斜拉橋主梁采用混合梁設(shè)計(jì),中跨主梁采用鋼-HUPC輕型組合梁,邊跨主梁采用π形混凝土梁。中跨組合梁橋面板采用創(chuàng)新的型鋼-UHPC組合橋面結(jié)構(gòu),是國(guó)內(nèi)采用該類型橋面結(jié)構(gòu)最大跨度的斜拉橋,與傳統(tǒng)組合梁相比大大減輕了主梁自重,節(jié)約了工程造價(jià)。本文將結(jié)合大橋的總體設(shè)計(jì)特點(diǎn),重點(diǎn)介紹其在橋型方案選擇、主要結(jié)構(gòu)方案方面的設(shè)計(jì)思路,以便為類似斜拉橋的設(shè)計(jì)和決策提供有益的參考。

        1 工程概況

        藤縣西江二橋位于梧州市藤縣藤州鎮(zhèn)境內(nèi),距現(xiàn)有藤縣西江大橋約6 km,由南橋、北橋組成。其中,南主橋的跨徑布置為(50+100+450+100+50) m,全長(zhǎng)750 m,為雙塔雙索面半漂浮體系混合梁斜拉橋。橋梁采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),并兼顧市政橋梁的功能,設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅰ級(jí),通航標(biāo)準(zhǔn)滿足內(nèi)河Ⅰ級(jí)航道單孔雙向通航的要求。

        2 主要建設(shè)條件

        2.1 地形地貌

        西江二橋橋位處屬剝蝕丘陵及河谷地貌,地形起伏較大,地面高程為18~140 m,相對(duì)高差約為122 m。河床呈開闊的U字形,橋梁橫跨西江(潯江段)及洲島。洲島島長(zhǎng)約4.0 km,寬約800 m,島上地面高程約22~36 m。洲島將潯江分為南、北兩條河道。南、北兩岸岸坡均較陡,南岸坡角為45°~70°,北岸坡角為50°~90°。

        2.2 通航條件

        洲島將天然河道分為南、北兩汊。其中,規(guī)劃航道由南汊通過,南汊江面寬約680 m,水深約9~12 m,天然河槽較寬,整個(gè)河槽均是優(yōu)良的通航水域。目前,南橋所在的南汊航道規(guī)劃為Ⅰ級(jí)航道,通航3 000噸級(jí)船舶,單孔雙向通航凈寬為400 m,凈高為13 m。

        2.3 工程地質(zhì)

        橋址南岸的覆蓋層以粉質(zhì)黏土為主,厚約3 m;洲島岸覆蓋層以粉質(zhì)黏土和粉土為主,厚約16 m;江中覆蓋層較薄,局部沒有覆蓋層。南橋基巖為砂巖,強(qiáng)風(fēng)化層最大揭示厚度為39 m。中風(fēng)化層風(fēng)化不均勻,局部夾強(qiáng)風(fēng)化,巖石裂隙發(fā)育-稍發(fā)育,裂隙面鐵質(zhì)浸染,局部可見方解石脈穿插,巖體較破碎-完整,巖芯多呈短-中柱狀,少量碎塊狀,采取率中等-高。

        2.4 地震烈度

        橋梁建設(shè)區(qū)域的地震基本烈度為Ⅵ度,基本地震動(dòng)峰值加速度0.05 g,地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

        2.5 基本風(fēng)速

        廣西壯族自治區(qū)梧州市的基本風(fēng)速為26.3 m/s。根據(jù)橋位地表類別(C類)得到橋位處設(shè)計(jì)基本風(fēng)速為20.65 m/s。

        2.6 其他

        項(xiàng)目水上運(yùn)輸條件較好,橋址位于西江上游,目前可通航2 000噸級(jí)船舶,水運(yùn)便利。項(xiàng)目陸運(yùn)條件一般,項(xiàng)目南岸有機(jī)耕路可到達(dá)橋址。

        3 橋位方案設(shè)計(jì)

        根據(jù)城市規(guī)劃,藤縣西江二橋在洲島島頭附近跨越潯江,橋位正好位于潯江分流口處。根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》,水上過河建筑選址應(yīng)避開分流口,且避開距離不得小于頂推船隊(duì)長(zhǎng)度的4倍,當(dāng)橋梁選址不滿足避開距離時(shí),應(yīng)加大水上過河建筑物通航孔跨度或采取一孔跨過通航水域的方案??紤]到如果在原規(guī)劃橋位建設(shè)橋梁,不但項(xiàng)目難以連接洲島地面道路,主橋跨徑和建設(shè)投資也將大幅增加。因此,藤縣西江二橋橋位調(diào)整至島頭下游約900 m處,在滿足規(guī)范要求避讓距離的前提下,盡量貼近原規(guī)劃橋位,更好地與規(guī)劃引道相銜接。選位示意圖見圖1。

        4 橋型方案設(shè)計(jì)

        4.1 總體思路

        藤縣西江二橋南主橋總體設(shè)計(jì)需要綜合考慮橋位處通航、行洪、防撞、地質(zhì)等條件。橋梁主跨跨度主要由橋區(qū)航道的通航要求決定,大橋需要跨越洲島南汊主航道。洲島南汊天然河槽較寬闊,整個(gè)河槽均是優(yōu)良的通航水域。根據(jù)通航要求,南橋的凈空尺度按Ⅰ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)控制,橋梁通航凈寬為400 m,凈高為13 m。結(jié)合上述通航要求,并綜合考慮預(yù)留橋墩承臺(tái)及防撞設(shè)施等寬度后,通航孔跨跨徑≥450 m。該跨度下的適用橋型有懸索橋、斜拉橋和拱橋[1]。就拱橋而言,由于江面寬約680 m,拱橋的拱座基礎(chǔ)均落在水中,河槽水深較深,有推力拱橋的拱座基礎(chǔ)造價(jià)較高,施工難度大;無(wú)推力系桿拱橋方案的跨徑也已超過其經(jīng)濟(jì)跨徑。因此,拱橋方案在本橋建設(shè)條件下并不合理。就懸索橋而言,450 m跨徑較小,不是其經(jīng)濟(jì)跨徑,且兩岸中風(fēng)化巖層的巖面較深,不利于兩岸錨碇的設(shè)計(jì)和施工。因此,懸索橋方案在本橋建設(shè)條件下也不合理。對(duì)于斜拉橋方案,450 m是雙塔斜拉橋的常規(guī)跨徑,也是經(jīng)濟(jì)跨徑。斜拉橋450 m主跨基本跨越了洲島南汊主要的河槽水域。

        對(duì)于邊跨和主跨采用同一種梁型的常規(guī)斜拉橋,其邊中跨比在0.4~0.5之間,岸上邊跨長(zhǎng)度較長(zhǎng),主橋規(guī)模相對(duì)較大;而邊跨和主跨采用不同梁型的混合梁斜拉橋,其邊中跨比在0.3~0.45之間,可以縮減邊跨長(zhǎng)度,降低主橋規(guī)模和工程造價(jià)。

        4.2 主梁方案及邊跨布置

        就斜拉橋主梁形式而言,目前跨度在400 m以下的斜拉橋主要以預(yù)應(yīng)力混凝土梁為主,跨度400~500 m之間以預(yù)應(yīng)力混凝土梁和鋼-混組合梁兩種主梁形式為主,跨度>500 m以鋼-混組合梁和鋼箱梁為主。450~590 m為鋼-混組合梁斜拉橋的經(jīng)濟(jì)跨徑,和鋼箱梁相比,組合梁形式在一定程度上會(huì)增加主梁自重,但混凝土橋面板是優(yōu)秀的承壓結(jié)構(gòu),可以和鋼梁共同承擔(dān)主梁軸力,且其增加了主梁的整體剛度及橋面板局部剛度,同時(shí)避免了鋼橋面鋪裝帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn);而和混凝土梁相比,雖然采用鋼-混組合梁方案比預(yù)應(yīng)力混凝土梁方案略貴,但鋼-混組合梁具有利于控制施工質(zhì)量、施工工期較短、施工風(fēng)險(xiǎn)較低等優(yōu)點(diǎn)。

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