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        渠江特大橋總體設(shè)計(jì)比選

        2021-10-27 05:51:02李鵬程
        城市道橋與防洪 2021年9期
        關(guān)鍵詞:箱梁橋梁施工

        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。

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