李鵬程

（招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶市 400000）

1 工程概況

渠江特大橋位于合川雙槐至錢塘高速公路上，為跨越渠江而建，是本項(xiàng)目的關(guān)鍵控制性工程。該項(xiàng)目采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度采用100 km/h，路基寬度采用26 m。

橋址區(qū)地屬于侵蝕堆積河谷地貌，形態(tài)主要表現(xiàn)為河谷階地，巖性主要為沖洪積堆積層，由粉質(zhì)黏土、沙土、卵石組成，質(zhì)地松軟，厚度不等。區(qū)域內(nèi)地形平坦，地形坡度較小。橋址處無不良地質(zhì)現(xiàn)象，工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度。

2 設(shè)計(jì)控制因素

2.1 橋位控制因素

（1）滿足合川雙槐至錢塘高速公路設(shè)計(jì)線型指標(biāo)。

（2）在通航、行洪等專題研究成果的基礎(chǔ)上，按照水中橋軸線盡量與水流流向正交。

（3）在滿足兩岸用地規(guī)劃、使兩岸接線占地拆遷少的原則下，對(duì)橋軸線進(jìn)行布設(shè)。

2.2 跨布置控制因素

（1） 根據(jù)通航條件影響評(píng)價(jià)和行洪論證的意見，推薦橋位主跨跨徑確定為不小于240 m。

（2）為有效控制水下基礎(chǔ)施工規(guī)模和難度，橋墩布設(shè)應(yīng)盡量避開水中的深槽位置。

3 主橋橋型方案設(shè)計(jì)

在上述控制條件下，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的橋梁技術(shù)能力和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，其中可選擇的橋型方案主要有連續(xù)剛構(gòu)橋、矮塔斜拉橋、斜拉橋和拱橋等。

橋位處于U 形河谷，由于路線兩端接線高程和地形條件限制，中承式和上承式拱橋方案實(shí)施難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，均不適宜本項(xiàng)目。綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和可接受的施工風(fēng)險(xiǎn)，提出了主跨240 m 的連續(xù)剛構(gòu)橋、主跨240 m 的矮塔斜拉橋和主跨350 m 的斜拉橋進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究。

3.1 （126+240+126）m 連續(xù)剛構(gòu)橋

針對(duì)本項(xiàng)目的U 形河谷和路線接線高程較高等特點(diǎn)，240 m 的主跨的高墩預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋是較為常規(guī)和經(jīng)濟(jì)的橋型（見圖1）。其具有外觀簡(jiǎn)潔、技術(shù)成熟、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 （126+240+126）m 連續(xù)剛構(gòu)橋（單位：cm）

（1）技術(shù)成熟

連續(xù)剛構(gòu)橋發(fā)展至今約45 a，結(jié)構(gòu)體系成熟。重慶市近年來修建的大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋較多，最具代表性的連續(xù)剛構(gòu)橋有重慶繞城高速水土嘉陵江大橋（主跨250 m，2009 年）、重慶魚洞長(zhǎng)江大橋（主跨260 m，2011 年）、重慶高家花園復(fù)線橋（主跨240 m，2017年）。

（2）造價(jià)經(jīng)濟(jì)

連續(xù)剛構(gòu)橋能充分發(fā)揮材料的受力特性優(yōu)勢(shì)，造價(jià)相對(duì)較低，施工過程中體系轉(zhuǎn)換較少，施工工藝成熟，施工成本低[1]。

（3）后期維護(hù)成本低

連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，相對(duì)索結(jié)構(gòu)橋梁，減少了拉索和錨具等的維護(hù)成本，后期養(yǎng)護(hù)工作量小。

3.2 （126+240+126）m 矮塔斜拉橋

矮塔斜拉橋可以視為介于梁式橋和斜拉橋之間的一種橋梁形式，其性能相當(dāng)于梁式橋用體外索來進(jìn)行加勁。如果說連續(xù)梁是剛性橋梁，斜拉橋是柔性橋梁，那么矮塔斜拉橋就是一種剛?cè)岵?jì)的橋型[2]。

通過研究，針對(duì)本項(xiàng)目的橋位地形條件，采用240 m 跨徑的矮塔斜拉橋方案與高墩搭配，主次分明，整體造型較為和諧統(tǒng)一（見圖2）。同時(shí)由于其支點(diǎn)梁高相對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋可大大降低，梁體自重較低，結(jié)構(gòu)效率較高；但是相對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋，矮塔斜拉橋增加了索鞍和錨具安裝、斜拉索掛索和張拉等工序，施工工藝相對(duì)復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)可控性更差。同時(shí)，由于體外斜拉索一般設(shè)計(jì)壽命為20 a 左右，需定期進(jìn)行檢查和更換，后期養(yǎng)護(hù)工作量增大。

圖2 （126+240+126）m 矮塔斜拉橋（單位：cm）

3.3 （150+350+150）m 斜拉橋

橋位區(qū)處于草街樞紐常年回水區(qū)，常年水位均在203 m 左右，其橋軸線處江面寬度在320~340 m左右。本次考慮了將主墩承臺(tái)置于庫(kù)區(qū)常水位203 m以上的（150+350+150）m 預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋方案（見圖3）。

圖3 （150+350+150）m 斜拉橋（單位：cm）

預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋跨越能力強(qiáng)、景觀效果好，主墩基礎(chǔ)施工圍堰高度相對(duì)較低。但斜拉橋主橋規(guī)模大，經(jīng)濟(jì)性較差，且整體施工工期長(zhǎng)，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用更高。

3.4 橋型方案選取

從表1 可以看出，（126+240+126）m 連續(xù)剛構(gòu)橋與（126+240+126）m 矮塔斜拉橋相差無幾，但（126+240+126）m 矮塔斜拉橋考慮到后期換索的費(fèi)用，連續(xù)剛構(gòu)橋的優(yōu)勢(shì)還是相對(duì)明顯。綜合分析，選?。?26+240+126）m 連續(xù)剛構(gòu)橋作為推薦方案。

表1 橋型方案初步對(duì)比

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 構(gòu)造設(shè)計(jì)

箱梁采用單箱單室，箱頂寬12.50 m，箱底寬7.5 m，單側(cè)懸臂長(zhǎng)2.5 m，箱梁跨中梁高5.0 m，墩頂根部梁高15.0 m，單“T”箱梁梁高從中跨跨中至箱梁根部，箱高以1.8 次拋物線變化。箱梁底板厚從箱梁根部截面的160 cm 厚漸變至跨中和邊跨支點(diǎn)截面的35 cm厚，按1.8 次拋物線變化。箱梁腹板厚度采用85 cm、70 cm、55 cm 三個(gè)級(jí)別變化，主梁零號(hào)塊腹板厚度為130 cm。

箱梁0 號(hào)梁段長(zhǎng)13 m（包括橋墩兩側(cè)懸臂各2.5 m），每個(gè)“T”構(gòu)縱橋向劃分為31 個(gè)對(duì)稱梁段，箱梁梁段數(shù)和梁段長(zhǎng)度從根部至跨中分別為11×3 m、6×3.5 m、9×4.0 m、5×4.5 m。

本橋兩個(gè)主墩墩高分別為93.6 m 和92.4 m，均采用空心薄壁箱型橋墩。其外輪廓尺寸為9.0 m （順橋向）×9.5 m（橫橋向），橋墩標(biāo)準(zhǔn)段壁厚均為1.0 m。在墩頂、底各5m 范圍內(nèi)，壁厚加厚至2.3 m。為改善橋墩抗流水沖刷性能，在橋墩迎水側(cè)設(shè)置1 m 高漸變分水尖。

具體構(gòu)造設(shè)計(jì)，見圖4。

圖4 （126+240+126）m 連續(xù)剛構(gòu)橋

4.2 整體驗(yàn)算結(jié)果概要

主梁支點(diǎn)截面抗彎承載力與彎矩設(shè)計(jì)值之比為1.232，主梁跨中截面抗彎承載力與彎矩設(shè)計(jì)值之比為1.109，主梁最不利截面抗剪承載力與剪力設(shè)計(jì)值之比為1.391，主梁在作用頻遇組合下斜截面最大拉應(yīng)力為0.65 MPa，主梁在作用標(biāo)準(zhǔn)組合下正截面最大壓應(yīng)力為18.3 MPa，均滿足規(guī)范要求（見圖5 至圖8）。

圖5 主梁正截面抗彎驗(yàn)算

圖6 主梁斜截面抗剪驗(yàn)算

圖7 主梁正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算（上緣）

圖8 主梁正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算（下緣）

4.3 局部應(yīng)力分析結(jié)果概要

運(yùn)營(yíng)階段最不利工況下，零號(hào)塊頂板、底板和腹板分別在縱橋向、橫橋向和豎向應(yīng)力指標(biāo)均滿足規(guī)范要求（見圖9、圖10）。

圖9 零號(hào)塊法向應(yīng)力分布示意圖（單位：N/m2）

圖10 零號(hào)塊主應(yīng)力分布示意圖（單位：N/m2）

5 結(jié)語

（1）西南山區(qū)地形條件復(fù)雜，對(duì)橋梁的總體設(shè)計(jì)提出更高的要求。因此，在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下，更應(yīng)將“綠色環(huán)?！薄叭珘勖芷诔杀尽钡睦砟钬灤┰O(shè)計(jì)始終，從工程的角度踐行“可持續(xù)發(fā)展”的基本國(guó)策。

（2）渠江特大橋是一座典型的高墩、大跨山區(qū)橋梁，橋梁總體方案的確定，應(yīng)充分論證各種水位、地形、橋型和造價(jià)之間的相互影響，統(tǒng)籌好結(jié)構(gòu)安全、建設(shè)工期和全壽命周期成本三者之間的關(guān)系。

（3）本橋通過比選，最終確定采用（126+240+126）m 連續(xù)剛構(gòu)橋。目前，該橋已通過初步設(shè)計(jì)評(píng)審，得到同行業(yè)專家的認(rèn)可，可為后期類似跨徑橋梁總體設(shè)計(jì)提供參考。