王勝軍 楊紅梅

（1.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041；2.四川省西南大地集團(tuán)有限公司，四川 成都 610032）

0 引言

橋梁的初步設(shè)計(jì)是施工圖設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而橋型方案的選擇又是初步設(shè)計(jì)的重中之重，是合理設(shè)計(jì)、方便施工、控制造價(jià)的關(guān)鍵。因此，根據(jù)地形、地質(zhì)、地貌、水文及河段特征，從技術(shù)先進(jìn)、安全實(shí)用、經(jīng)濟(jì)美觀的角度出發(fā)，選擇合理的橋型方案意義重大。

棲林渡大橋?yàn)镚4218線康定至新都橋段高速公路中的一座橋梁。G4218線康定至新都橋段高速公路位于甘孜州康定市境內(nèi)，是川藏南線進(jìn)藏大通道的組成部分，沿線民族文化獨(dú)特，旅游資源豐富。

棲林渡大橋跨越力曲河，橋梁設(shè)計(jì)需要滿足景觀要求，并要考慮施工的可行性和經(jīng)濟(jì)合理性。本文對其橋型方案設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

1 工程概況

整個(gè)河段大致呈一向北凸出的弧形河灣。枯水期河面高程3485.6m，河床水面寬9～15m，水深一般為0.5～1.1m。100年一遇的設(shè)計(jì)洪水水位為3488.0m。河床覆蓋層最大厚度20.6m，相應(yīng)谷底基巖面高程3466.5m。

橋址區(qū)處于高山高原區(qū)，區(qū)內(nèi)兩岸地勢平坦寬闊，兩側(cè)山坡地形切割一般，坡度較平緩，一般為30°～40°。

橋址區(qū)及其兩岸出露的地層由松散堆積巖組和軟硬相間層狀工程地質(zhì)巖組組成。地層巖性以第四系松散堆積物、三疊系上統(tǒng)兩河口組中段板巖和粉砂質(zhì)板巖夾石英砂巖、三疊系上統(tǒng)兩河口組上段板巖夾少量巖屑石英砂巖為主。

設(shè)計(jì)荷載：公路-Ⅰ級(jí)，橋面凈寬：2×11.65m，設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100[1]，通航標(biāo)準(zhǔn)：不通航。地震動(dòng)峰值加速度:0.26g。

2 橋型方案的比選

2.1 確定橋型方案的原則

（1）景觀要求。本橋地處康定高原地區(qū)，下承式拱橋的造型最像月亮，高原心月與康定情歌相得益彰，能契合地域文化特色，同時(shí)下承式拱橋吊桿有規(guī)律的重復(fù)、有秩序地變化就像琴弦一樣激發(fā)出韻律美，使人們感到精神上的輕松、愉快，因此橋型方案需采用下承式拱橋方案。

（2）抗震要求。橋址位于高烈度地震區(qū)，所選下承式拱橋橋型必須要能夠適應(yīng)高烈度地震區(qū)要求。而橋墩較矮，約5m高，橋墩剛度較大，如果采用拱墩固接，因剛度大將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)太大，因此上部結(jié)構(gòu)不能與下部結(jié)構(gòu)固接，上下部結(jié)構(gòu)在運(yùn)營階段必須分離，上下部結(jié)構(gòu)之間只能通過設(shè)置減隔震支座來適應(yīng)高烈度地震區(qū)的要求[2]。

（3）施工要求。所選橋型必須能夠適應(yīng)地形特點(diǎn)，滿足所需施工設(shè)備少、工藝簡單，以減少施工難度，加快施工進(jìn)度，節(jié)省投資金額，保證施工質(zhì)量。

（4）造價(jià)要求。在滿足施工要求的情況下，所選橋型必須同時(shí)滿足工程數(shù)量省、造價(jià)低、投資少、經(jīng)濟(jì)合理的要求。

2.2 橋型方案

為滿足工程數(shù)量省、造價(jià)低、投資少、經(jīng)濟(jì)合理的要求，宜采用下承式鋼管混凝土拱橋。鋼管混凝土是在薄壁圓形鋼管內(nèi)填充混凝土而形成的一種復(fù)合材料，它一方面借助內(nèi)填混凝土增強(qiáng)鋼管壁的穩(wěn)定性，同時(shí)又利用鋼管對核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使其具有更高的抗壓強(qiáng)度和抗變形能力。

鋼管混凝土本質(zhì)上屬于套箍混凝土，因此，除具有一般套箍混凝土的強(qiáng)度高、塑性好、質(zhì)量輕、耐疲勞、耐沖擊等特點(diǎn)外，還具有以下幾個(gè)方面的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：

（1）鋼管本身就是耐側(cè)壓的模板，因而澆筑混凝土?xí)r，可省去支模、拆模等工序，并可以適應(yīng)先進(jìn)的泵送混凝土工藝；

（2）鋼管本身就是鋼筋，它兼有縱向鋼筋和橫向箍筋的作用，既能受壓，又能受拉；

（3）鋼管本身又是勁性承重骨架，在施工階段可起勁性骨架作用，在使用階段又是主要的承重結(jié)構(gòu)，因此可以節(jié)省腳手架，縮短工期，減少施工用地，降低工程造價(jià)；

（4）在受壓構(gòu)件中采用鋼管混凝土，可大幅度節(jié)約材料。理論分析和工程實(shí)踐都表明，鋼管混凝土與鋼結(jié)構(gòu)相比，在保持結(jié)構(gòu)自重力相近和承重能力相同的條件下，可節(jié)省鋼材約50%，焊接工作量顯著減少；與普通鋼筋混凝土相比，在保持鋼材用量相當(dāng)和承載能力相同的條件下，可減少構(gòu)件橫截面積約50%，混凝土和水泥用量以及構(gòu)件自重也相應(yīng)減少一半[3]。

綜上所述，初擬以下兩個(gè)方案：

方案一：鋼管拱與連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu)方案，見圖1。橋梁跨徑布置：30+120+30m，橋梁總長188.06m，橋梁標(biāo)準(zhǔn)全寬為28.5m。拱肋軸線采用四次拋物線，矢跨比為1/5。拱肋斷面由兩根并排橫置直徑D為1500mm灌混凝土鋼管組成，見圖2。拱肋受壓，預(yù)應(yīng)力混凝土主梁受拉，該平衡體系的相互作用，使得拱與梁的彎矩大大減小，拱梁受力均勻，拱的水平推力也由結(jié)構(gòu)自身平衡。吊桿采用組合吊桿，橫向并排，縱向間距按6m 設(shè)置，吊桿采用Ф15.2mm環(huán)氧噴涂鋼絞線擠壓成型吊桿索體，極限抗拉強(qiáng)度為1860MPa，吊桿下端6m長范圍內(nèi)設(shè)計(jì)啞光不銹鋼套管。橋面梁為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，整體性好。拱橋橋臺(tái)為肋板臺(tái)接群樁基礎(chǔ)。

圖1 方案一立面布置

圖2 方案一跨中剖面

此方案連續(xù)箱梁對拱肋有非保向力作用，能大大提高拱肋穩(wěn)定性，可以設(shè)計(jì)成單片肋，無橫撐，橋梁結(jié)構(gòu)簡潔通透。此方案可以采用先梁后拱施工方法，大大降低拱肋施工難度[4]。鋼管節(jié)段可以在已施工完畢的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁上進(jìn)行運(yùn)輸、吊裝、組拼等一系列操作，無需為施工拱肋專門搭設(shè)棧橋或平臺(tái)。施工過程中無需調(diào)整系桿拉力。施工工藝成熟，不存在技術(shù)上的問題。因?yàn)楣澳_部位有箱梁的約束作用，線彈性穩(wěn)定系數(shù)高，雖然是單肋拱，但線彈性穩(wěn)定系數(shù)高達(dá)15.1。此外，本方案伸縮縫較少，橋面系為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，易養(yǎng)護(hù)。

方案二：單跨簡支下承式鋼管混凝土系索拱方案（拱梁分離方案），見圖3 和圖4。橋梁跨徑布置：25+125+25m，橋梁總長183.0m，橋梁標(biāo)準(zhǔn)全寬為30m。拱肋軸線采用懸鏈線，矢跨比為1/5，拱軸系數(shù)為1.5，拱肋斷面由左右兩側(cè)各一組啞鈴型灌混凝土鋼管組成，每組啞鈴型鋼管由兩根直徑1200mm灌混凝土鋼管組成，見圖4。系桿采用環(huán)氧噴涂鋼絞線成品系桿，每一拱肋設(shè)置8 根Ф15.2mm鋼絞線系桿，系桿分批張拉，系桿拉力平衡拱肋恒載推力和運(yùn)營階段的拱肋活載推力。吊桿縱向間距按6.8m設(shè)置，吊桿采用Ф15.2mm環(huán)氧噴涂鋼絞線擠壓成型吊桿索體，極限抗拉強(qiáng)度為1860MPa，吊桿下端6m長范圍內(nèi)設(shè)計(jì)啞光不銹鋼套管。橋面梁由工字鋼橫梁及其上的波折鋼-混凝土組合橋面板組成，橫梁均采用“工”形截面。拱橋橋臺(tái)為肋板臺(tái)接群樁基礎(chǔ)。

圖3 方案二立面布置

圖4 方案二跨中剖面

此方案兩拱肋之間必須設(shè)置橫撐來提高橫向剛度和穩(wěn)定性，而橫撐在建筑效果上，影響了橋梁結(jié)構(gòu)的通透性，易造成行車壓抑感。此方案為滿足鋼管運(yùn)輸、吊裝、組拼等一系列操作，需為施工拱肋專門搭設(shè)棧橋或平臺(tái)。為滿足拱肋受力要求，施工過程中需要多次調(diào)整系桿拉力，施工過程較繁瑣。因?yàn)楣澳_部位缺乏墩或梁的約束作用，線彈性穩(wěn)定系數(shù)較低，只有4.13。此外，此方案伸縮縫較多，鋼混組合橋面系對養(yǎng)護(hù)專業(yè)要求高，全壽命周期范圍養(yǎng)護(hù)成本高[4]。

2.3 優(yōu)缺點(diǎn)比選

方案一與方案二的優(yōu)缺點(diǎn)對比見表1。

表1 各方案優(yōu)缺點(diǎn)對比

經(jīng)過對比分析，得出結(jié)論：

方案一采用鋼管拱與連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu)方案，具有景觀效果好，施工簡便，成橋后線彈性穩(wěn)定系數(shù)高，易養(yǎng)護(hù)，造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，為最佳方案[5]。

3 結(jié)束語

棲林渡大橋位于甘孜州康定市境內(nèi)，是川藏南線進(jìn)藏大通道的組成部分，沿線民族文化獨(dú)特，旅游資源豐富，為能契合地域情歌文化特色采用下承式拱橋方案。同時(shí)橋址又地處高烈度地震區(qū)（水平地震動(dòng)峰值加速度為0.26g），為了減少結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，必須采用上部與下部結(jié)構(gòu)分離方案，為此特?cái)M定鋼管拱與連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu)方案和單跨簡支下承式鋼管混凝土系索拱方案。雖然兩個(gè)方案均具有下承式拱橋的造型特點(diǎn)，但通過深入分析景觀效果、施工過程、穩(wěn)定系數(shù)、后期養(yǎng)護(hù)、工程造價(jià)等諸多因素，鋼管拱與連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu)方案較常規(guī)下承式拱橋方案（拱梁分離方案）具有很大的優(yōu)勢，是最優(yōu)選擇。