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        阿志河特大橋初步設(shè)計方案研究

        2021-08-31 08:01:14聶尚杰楊美云
        黑龍江交通科技 2021年7期
        關(guān)鍵詞:混凝土結(jié)構(gòu)

        詹 航,聶尚杰,楊美云

        (1.中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司,湖北 武漢 430056;2.廣西交通設(shè)計集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530029)

        1 概 述

        阿志河特大橋位處構(gòu)造剝蝕、侵蝕低中山地貌;地形起伏較大,地面高程在700~1 500 m;地表坡度多為35°~70°,呈局部直立或上凸下凹的形態(tài);基巖為深灰、黑灰色中厚層夾薄層和厚層灰?guī)r,上部有時夾白云巖,下部泥質(zhì)增多,時呈泥質(zhì)灰?guī)r或泥灰?guī)r。上覆碎石土、粘土,厚約1~3 m。

        本區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)溫暖濕潤氣候,年均氣溫14.5 ℃,極端最高氣溫34.1 ℃,極端最低氣溫-5.6 ℃;5.2 ℃年均日照1 252.4 h。

        橋面距離河谷底約280 m,具有典型山區(qū)峽谷特征,不具備水運(yùn)施工條件,大節(jié)段結(jié)構(gòu)陸地施工運(yùn)輸條件不便。

        2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

        (1)公路等級:高速公路雙向六車道;(2)設(shè)計速度:100 km/h;(3)汽車荷載標(biāo)準(zhǔn):公路-Ⅰ級;(4)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期:100年;(5)橋?qū)挘悍蛛x式路基2×16.55 m;(6)設(shè)計風(fēng)速:22.9 m/s;(7)地震烈度:地震加速度0.1 g,設(shè)防烈度Ⅶ度。

        3 橋型設(shè)計方案

        阿志河特大橋受地形限制,大樁號側(cè)因地表坡度70°而無法立墩,若采用梁橋跨越峽谷則需主跨L≥220 m,結(jié)構(gòu)后期存在開裂、下?lián)系蕊L(fēng)險;其次,斜拉橋方案需在小樁號側(cè)51°陡峭的坡面布置過渡墩,也存在開挖岸坡失穩(wěn)的風(fēng)險,故初步設(shè)計以上承式鋼管混凝土拱橋和鋼桁梁懸索橋方案進(jìn)行研究比選。

        3.1 上承式鋼管混凝土拱橋

        山區(qū)V型峽谷拱橋,兼顧地形與路線經(jīng)濟(jì)性,一般多采用上承式拱橋,同時為節(jié)省工期和降低結(jié)構(gòu)自重,拱肋采用鋼管混凝土拱。本橋矢跨比受拱座位置控制,因大樁號側(cè)地形陡峭,拱座需設(shè)置于距離陡壁岸邊15~20 m處,故計算跨徑為280~300 m較合適,拱上建筑最大墩高60 m,小樁號側(cè)拱座位置施工條件略差,修建施工便道會對環(huán)境造成一定的影響。最終,拱橋方案跨徑整體布置為40 m T梁+11×27.6 m上承式鋼管混凝土拱+5×40 m T梁。

        主拱計算跨徑280 m,采用懸鏈線拱軸線,矢高56 m,矢跨比f=1/5,拱軸系數(shù)m=1.5,拱腳固結(jié);從減小拱肋主弦桿直徑、增加橫向剛度、減小雙幅橋之間的橫聯(lián)長度等各方面綜合考慮,經(jīng)研究確定拱肋采用六肢格構(gòu)式斷面;主拱高從拱頂5 m變化到拱腳9 m;橫橋向六片拱肋平行布設(shè),間距5 m,肋間設(shè)置橫聯(lián)和斜撐;上、下弦拱肋均采用變厚度鋼管,鋼管直徑1 000 mm,壁厚根據(jù)受力分別為28 mm、30 mm和32 mm;鋼管內(nèi)灌注C60高強(qiáng)低膨脹混凝土;鋼管拱肋的對接接頭采用內(nèi)法蘭盤栓接、管外焊接的形式進(jìn)行連接;腹桿采用鋼箱和開口工字鋼斷面,與主管均采用節(jié)點(diǎn)板栓接,減少拱肋安裝過程中的焊接工作量。

        為防止失穩(wěn)且節(jié)省材料,拱上立柱采用鋼排架,矩形薄壁截面,橫橋向分別立于鋼管拱肋上,柱間采用橫撐連接。根據(jù)立柱的高度,采用1 400×750 mm和1 800×750 mm兩種截面;立柱帽梁采用矩形變截面鋼帽梁,頂?shù)装搴?0 mm,腹板厚16 mm。

        兩岸拱座均采用分離式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),基底呈臺階狀,拱座橫橋向?qū)挾?7 m。拱座與拱腳結(jié)合處6.5 m范圍內(nèi)采用C40混凝土,其余部位采用C30混凝土。

        主梁采用工字型鋼混組合梁,單跨27.6 m。單幅橋橫向共6道鋼縱梁,橫向間距2.88 m,梁高1.9 m,腹板厚16 mm;上翼板寬400~600 mm,厚16 mm;下翼板寬650~1 060 mm,厚24~30 mm;橫向每兩片工字型鋼縱梁組成一榀吊裝結(jié)構(gòu),兩榀間采用鋼橫梁連接。鋼縱梁縱向通過高強(qiáng)螺栓拼接形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。橋面板懸臂長1.075 m,板厚23~28 cm,采用C55混凝土分塊預(yù)制。

        3.2 鋼桁梁懸索橋

        大橋大樁號側(cè)陡壁以上地形較平緩,有利于設(shè)置主塔,小樁號側(cè)地勢較高,也有利于采用明挖重力式錨碇,故采用單跨386 m懸索橋跨越V型峽谷,全橋跨徑布置為386 m鋼桁梁懸索橋+4×40 m T梁。同時,考慮到節(jié)段鋼箱梁現(xiàn)場運(yùn)輸困難,故主梁采用鋼桁梁,橋面系采用造價經(jīng)濟(jì)和有利于結(jié)構(gòu)抗風(fēng)的混凝土橋面板。

        主桁架采用單斜式桁架結(jié)構(gòu),全寬18.75 m,2片主桁中心間距9.025 m,桁高6 m,標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間長度6 m;每2個節(jié)間設(shè)橫向桁架,桁架上弦桿適應(yīng)橋面橫坡的要求,按2%的坡度變高;下平聯(lián)采用K形體系;主桁架和橫向桁架上、下弦桿采用箱形截面,豎、斜腹桿及下平聯(lián)均采用工字型截面。

        橋面系采用工字型鋼混組合梁,避免鋼梁橋面鋪裝耐久性較低、正交異性板疲勞開裂等問題。單幅橋橫向共9道鋼縱梁,橫向間距2 m,梁高660 mm,腹板厚10 mm;上翼板寬380 mm,厚12 mm;下翼板寬300 mm,厚12 mm;鋼縱梁縱向通過高強(qiáng)螺栓拼接形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。橋面板采用C50混凝土分塊預(yù)制。

        大橋采用兩根平行主纜,主纜垂跨比1/10,中心距18.05 m。主纜采用預(yù)制平行鋼絲索股(PPWS)法制作,索股在工廠單束預(yù)制成型;每根主纜有索股91根,每根索股由91絲抗拉強(qiáng)度為1 770 MPa的鍍鋅鋁合金高強(qiáng)鋼絲組成。

        全橋采用31對吊索,每個吊點(diǎn)布置兩根,吊索縱向標(biāo)準(zhǔn)間距12 m,端吊索距橋臺背墻14 m;吊索由61根φ5 mm鍍鋅高強(qiáng)平行鋼絲組成,與索夾和鋼桁梁均采用銷接式連接。

        主索鞍和散索鞍為鑄焊組合型式,前者采用肋傳力結(jié)構(gòu),后者采用擺軸式結(jié)構(gòu)。

        主塔采用門形橋塔,塔高116 m,因左右設(shè)計線間距15 m,故中間塔柱于下橫梁處以下合并;塔柱為單箱單室箱形斷面,塔頂/底橫橋向?qū)?/4 m,塔頂/底順橋向?qū)?/9.3 m,中、上塔柱壁厚0.8 m,下塔柱壁厚1.2 m;上、下橫梁采用箱形截面,尺寸均為7 m×6 m,壁厚0.9 m。

        小樁號側(cè)采用明挖重力式錨碇,大樁號側(cè)采用隧道錨碇。

        3.3 方案比選

        依據(jù)路線及橋位地形等條件,對各種適用橋型進(jìn)行初步設(shè)計比選如表1所示。

        表1 阿志河特大橋方案比選表

        以上方案技術(shù)和施工均可行,經(jīng)綜合考慮,本橋初步設(shè)計推薦經(jīng)濟(jì)性較好、造型宏偉、環(huán)境協(xié)調(diào)性好的上承式鋼管混凝土拱橋方案。

        4 結(jié) 語

        山區(qū)V型峽谷地形橋梁設(shè)計方案應(yīng)綜合考慮地質(zhì)、施工運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)和協(xié)調(diào)性、路線總體和工程造價等多方面因素,比選出有利于施工和結(jié)構(gòu)抗風(fēng)穩(wěn)定,高跨設(shè)計比例協(xié)調(diào)和全壽命周期維護(hù)成本低的結(jié)構(gòu)形式。針對本橋典型的山區(qū)V型峽谷,初步設(shè)計推薦采用280 m上承式鋼管混凝土拱橋方案,這在國內(nèi)屬中等跨徑結(jié)構(gòu),工程條件適應(yīng)性強(qiáng),經(jīng)濟(jì)性較好。

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