覃潛

摘要：文章以大化大元大橋為例進行橋梁設計分析，參照橋梁技術標準確定橋梁結(jié)構與橋梁道路的安全等級，設計出預應力混凝土連續(xù)剛構和鋼管混凝土拱橋兩種橋梁設計方案，并分別從橋梁的總體結(jié)構設計、受力計算、施工方案設計以及引橋預制小箱梁設計等方面對大元大橋設計方案進行具體研究，整合兩種方案得出最優(yōu)設計方案。研究結(jié)果表明，主橋采用預應力混凝土連續(xù)剛構，引橋采用預應力混凝土小箱梁時，橋梁設計的性價比較高。該研究成果可為工程橋梁相關設計提供參考。

關鍵詞：橋梁設計;施工工藝;受力計算;大化大元大橋

0 引言

目前，我國修建了大量的橋梁工程。在現(xiàn)代橋梁設計時，為確保橋梁設計的合理性和經(jīng)濟性，為橋梁建設積累寶貴的工程實踐經(jīng)驗[1-3]，需要從特殊工程地質(zhì)情況、設計指標、施工工藝、經(jīng)濟效益、社會效益等方面進行最終方案的確定[4-6]。

大化大元大橋是國道G355線上的一座大橋[7]，大橋建成后可以完善城市路網(wǎng)，起到疏散交通，改善交通狀況，降低運輸成本的效果[8-9]。本文對大化大元大橋的設計方案進行研究，包括橋梁的選型、受力情況、施工方案等方面，研究成果可為類似橋梁工程設計提供參考依據(jù)。

1 工程概況

大化大元大橋項目位于廣西大化瑤族自治縣東南部，其連接大化繞城公路江南段與江北段，是大化繞城公路中重要的跨江橋梁。橋梁全長約為364.08 m，路面設計等級為二級公路。橋址距大化二橋約1.6 km、大化一橋約2.1 km、大化樞紐約3.5 km，距百龍灘樞紐約22.7 km。橋梁地理位置如圖1所示。

2 橋位概況

橋址區(qū)屬溶蝕準平原地貌，高程一般在129～173 m。紅水河從西至東穿過勘察區(qū)，河道寬約90～130 m，兩岸多為沖洪積階地，局部地段缺失，表層覆蓋為第四系沖洪積層，無滑坡風險。區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構造穩(wěn)定，適合建設橋梁。

場地地層主要由第四系沖洪積層（Qal+pl）、第四系殘積層（Qel）及二疊系下統(tǒng)（P1）基巖組成。橋位區(qū)可見溶溝、溶槽，未發(fā)現(xiàn)漏斗、落水洞等。根據(jù)鉆探揭露，實施鉆孔共5個，均未遇溶洞，屬巖溶弱發(fā)育區(qū)。

3 橋梁技術標準

橋梁道路等級為公路二級，標準路基寬度為12 m，設計速度為60 km/h，橋梁寬度為18 m，為標準橋面寬。設計汽車荷載為公路Ⅰ級，設計洪水頻率為主橋1/100，通航等級為內(nèi)河Ⅳ級航道，通航孔通航凈寬為121 m，凈高為10 m，側(cè)高為6 m?？拐鹆叶葹棰龆?，設計基準期為100年，橋梁結(jié)構的設計安全等級為一級。

4 設計方案

橋梁跨徑布置主要從沿江道路規(guī)劃、通航凈空、橋墩防撞和設計洪水位等方面進行綜合考慮。橋位設計水位為163.43 m，橋位處水面標高為127.34 m，橋梁與河流方向基本正交，橋位處河床穩(wěn)定，河面較寬，橋面距地面的距離在40 m以內(nèi)，河道處于正常水位時水深較深，橋位處地基較好，石灰?guī)r巖石裸露。從橋型與地形的匹配性方面考慮，橋型宜選擇單跨過江設計方案。

4.1 設計方案一：預應力混凝土連續(xù)剛構

4.1.1 總體設計

橋梁設計圖如圖2所示，橋梁全長364.08 m，主橋上構采用80 m+145 m+80 m預應力混凝土連續(xù)剛構，引橋上構為2×25 m預制小箱梁，下部結(jié)構橋臺采用柱式臺，主橋橋墩采用雙薄壁墩，引橋橋墩采用柱式墩，上述結(jié)構均采用鉆孔灌注樁施工。橋面人行道寬度為2×1.75 m，防撞護欄為2×0.5 m，慢車道為2×3.25 m，機動車道為4×3.5 m。

4.1.2 主橋80 m+145 m+80 m連續(xù)剛構

主橋上部結(jié)構采用C55單箱單室變高度箱梁，梁高為8.6 m，跨中梁高為3.4 m，底板厚為1.0 m到0.3 m拋物線變化，腹板厚度為0.7 m到0.55 m拋物線變化。箱梁頂板寬為18 m，底板寬為10 m，兩側(cè)懸臂長為4 m，采用三向預應力體系。

主墩采用C40雙肢型薄壁墩，1 #、2 #墩高分別為28 m、31 m，雙肢間凈距為4.4 m，薄壁墩壁厚為1.8 m，寬為10 m;承臺采用C35混凝土，平面尺寸為順橋向13.3 m，橫橋向13.3 m，厚4 m;主墩基礎采用C35水下混凝土，基礎為直徑1.8 m鉆孔灌注樁，平面布置為3×3排，樁間距均為5 m。

4.1.3 引橋預制小箱梁

（1）引橋上部結(jié)構

城南岸引橋為2×25 m先簡支后連續(xù)預應力混凝土小箱梁橋。

引橋上部結(jié)構采用預制吊裝施工，統(tǒng)一選用25 m預制小箱梁。為改善行車條件，引橋采用結(jié)構連續(xù)方案。引橋按整體式路基進行設計，總寬18 m，橫向共布置6片小箱梁。小箱梁梁高為1.50 m，接縫寬度為0.54 m。橋面采用C50防水混凝土現(xiàn)澆層和瀝青混凝土。

（2）引橋下部結(jié)構

引橋下部構造采用柱式墩和鉆孔灌注樁基礎結(jié)構。墩柱直徑為1.5 m，樁徑為1.8 m。

4.1.4 受力計算

主橋整體計算采用有限元程序Midas Civil 2017軟件建模計算。計算結(jié)果見表1。

表1的計算結(jié)果表明，按全預應力混凝土結(jié)構對結(jié)構進行受力驗算，驗算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

4.1.5 施工方案

主橋上構采用掛籃懸臂現(xiàn)澆，引橋采用預制拼裝施工。

4.2 設計方案二：鋼管混凝土拱橋

4.2.1 總體設計

橋梁總體布置如圖3所示，橋梁型式為：主橋上構采用凈跨徑為246 m的中承式鋼管混凝土拱橋;北岸引橋上構為25 m預制小箱梁，南岸引橋上構為2×25 m預制小箱梁，橋梁全長351 m。

主橋橋面組成：2×1.75 m（人行道）+2×2.0 m（吊桿區(qū)）+14.5 m（行車道）=22 m。

引橋橋面組成：2×1.75 m（人行道）+14.5 m（行車道）=18 m。

4.2.2 主橋設計

（1）拱肋

主橋長246 m，采用鋼管混凝土中承式拱橋，計算跨徑為253 m，拱軸系數(shù)m=1.2，拱肋為鋼管混凝土桁架式結(jié)構。拱肋上、下弦桿為四根1 000 mm鋼管形成的桁式截面。主拱肋上、下弦管拱腳段采用1 000×24 mm鋼管，主拱肋上弦管拱頂段采用1 000×24 mm鋼管、下弦管拱頂段采用1 000×16 mm鋼管，均灌注混凝土。

（2）橫向聯(lián)系

采用X撐橫向聯(lián)拱肋，上下弦共設20道，橫聯(lián)鋼管直徑為700 mm，管壁厚為16 mm。

（3）吊桿

采用鋼絞線整束擠壓吊索，成品索為無粘結(jié)環(huán)氧1860級鋼絞線。吊桿順橋向布置，間距為12 m，全橋共布置36根吊桿。

（4）拱上立柱

全橋兩側(cè)各設一處拱上立柱、一處肋間橫梁，拱上立柱為鋼管焊接于主管上，管內(nèi)為C50混凝土。鋼管頂面焊接鋼板放置支座。肋間橫梁采用鋼管桁式結(jié)構，兩側(cè)與拱肋弦管、腹桿焊接。

（5）橋面系

橋面系采用鋼格構體系，由鋼主次縱梁、鋼主次橫梁和鋼-混凝土組合橋面組成。主橫梁順橋向設置與吊桿、拱上立柱及交界墩相對應，標準間距為12 m，工字型截面，端部梁高為1.155 m，跨中梁高為1.6 m，底板厚20～28 mm，頂板厚16 mm;次橫梁順橋向標準間距為3 m，工字形截面，底板厚18 mm，頂板厚16 mm;縱梁共設5道，工字形截面，主縱梁底板厚20 mm，頂板厚16 mm，其他縱梁底板厚18 mm，頂板厚16 mm;橋面板利用在梁格上焊接10 mm厚鋼板作為底模，現(xiàn)澆15 cm厚鋼纖維混凝土。橋面采用7 cm厚AC-13C改性瀝青混凝土。

（6）過渡墩

過渡墩墩柱直徑為150 cm，主橋每側(cè)共3根，間距為6.5 m。過渡墩設置于拱座基礎上。

4.2.3 引橋預制小箱梁

北岸引橋為25 m預應力混凝土簡支小箱梁橋，南岸引橋為（2×25）m先簡支后連續(xù)預應力混凝土小箱梁橋。引橋上、下部結(jié)構的結(jié)構形式同方案一。

4.2.4 受力計算

采用Midas Civil 2019軟件對主橋結(jié)構、拱肋和腹桿等結(jié)構進行分析，邊界條件按實際進行模擬。計算結(jié)果見表2。

從表2可知，各項計算指標均滿足規(guī)范要求。

4.2.5 施工方案

下部結(jié)構基礎安排在枯水期進行施工。擴大基礎采用明挖方法進行施工，樁基可采用鉆孔灌注樁，根據(jù)地層巖性和地下水的具體情況采取適當?shù)幕又ёo措施。拱肋安裝采用無支架纜索吊裝、斜拉扣掛的施工工藝、兩岸懸拼和跨中合龍的施工方法。引橋25 m小箱梁均采用預制拼裝施工。

5 結(jié)語

本文以大化大元大橋為研究對象，設計兩種方案，具體從橋梁的總體結(jié)構、受力計算、施工方案以及引橋預制小箱梁等方面進行設計，得到以下幾點結(jié)論：

（1）采用預應力混凝土連續(xù)剛構和鋼管混凝土拱橋兩種設計方案計算的受力和變形均能滿足設計技術指標。

（2）方案一具有施工技術經(jīng)驗成熟，占用施工場地小等優(yōu)勢，方案二具有拱結(jié)構承載潛力大的優(yōu)勢，而主橋采用預應力連續(xù)剛構，引橋采用預應力混凝土小箱梁時，橋梁設計的性價比較高，說明方案一的應用效果更佳。[KG-1mm][XCW.TIF，JZ]

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