陈村特大桥主桥桥型方案比选

王 雷

(广东省公路勘察规划设计院有限公司)

1 工程概况

陈村特大桥是广明高速公路中一座跨越陈村水道的特大桥,两端分别连接韦涌跨线桥、吴家围枢纽立交。桥址处陈村水道为国家Ⅲ级航道,河道宽约 110m。航道及水利部门要求大桥不能在河中布设桥墩,必须一孔跨越陈村水道,净高不小于 10m,桥墩外边缘离现有河堤坡脚净距不小于5m。由于桥位处河道狭窄弯曲,且路线与河道斜交(交角约70°),大桥一孔跨越陈村水道,需主跨采用 210m方能满足航道及水利部门的要求。

2 主要技术标准

(1)道路等级:高速公路。

(2)路幅宽度:34.5m,双向六车道。

(3)设计荷载:公路-I级。

(4)设计车速:120km/h。

(5)桥上最大纵坡:0.5%。

(6)设计水位:8.370m(1956年黄海高程基准),按1/300(300年一遇)考虑。

(7)通航标准(III级通航):通航净高为10m,通航水位为8.33m(1956年黄海高程基准),按1/20。

(8)地震动峰值加速度:0.1g。

3 主桥方案设计及比选

3.1 双塔双索面PC斜拉桥方案

本方案为(105+210+105)m三跨双塔双索面预应力混凝土斜拉桥,全长 420m。采用设置液压阻尼器的半漂浮体系,边跨设置一个辅助墩以改善结构受力,并有利于施工安全。常规斜拉桥为了提高桥梁整体刚度,改善结构受力,边中跨比一般为 0.35～0.5,但本桥跨度不大,边中跨比取0.5,对结构受力影响不大,此比例使桥梁更加舒展,桥梁景观效果更好。

主梁采用预应力混凝土肋板式结构,主梁顶宽 38.5m。主纵梁高度2.2,顶宽1.8m,底宽2m,局部受力需要加厚至2.6m;辅纵梁高度1.25m,宽度0.4～0.5m;桥面板厚0.3m;普通横隔梁厚0.35m,边墩顶横隔梁加厚至3.5m,辅助墩顶横隔梁加厚至 2m,主塔处横隔梁加厚至 1.5m。主梁采用 C55混凝土,标准梁段长度为 6m。

索塔采用菱形塔。上塔柱采用箱形断面,纵向宽度6m,壁厚1.2m,横向宽度4m,壁厚0.7m;下塔柱采用矩形实心断面,纵向宽度 6m。横梁为箱形断面,高 5m,宽度与主塔塔柱相同,为 6m,顶、底板厚度均为0.6m,腹板厚度为0.8m。索塔采用 C50混凝土。主塔采用整体式基础,承台厚5.5m,设 18根φ2.5m的钻孔灌注桩。

3.2 矮塔斜拉桥方案

本方案为(128+210+128)m塔梁固结的支承体系P.C矮塔斜拉桥,采用墩梁塔固结体系,挂篮悬浇施工,边中跨比值为 0.61。箱梁采用 C55混凝土,变高度单箱三室斜腹板截面,顶板宽 36m,底板宽 16～19m,两侧悬臂翼缘板宽7m,箱梁根部中心梁高H根=6.5m,跨中及边跨现浇段中心梁高H中=3.5m,H根/L=1/32.3,H中/L=1/60,梁高按1.8次抛物线变化。中跨等截面梁段长 66m,边跨等截面梁段长55.85m。箱梁斜边腹板厚度根部为100cm,跨中为50cm;中腹板厚度根部为100cm,跨中为40cm。箱梁顶板厚度均为25cm;底板厚度变化采用 1.8次抛物线,由根部100cm渐变到跨中30cm,边跨现浇段底板厚度均为30cm。翼缘板根部厚 40cm,端部厚 20cm,由于悬挑长度较大(达 7m),为了满足横向受力要求,在翼缘板下每隔 3～4m设置一道挑梁,使之与翼缘板一起成为横向受力的T形梁结构,挑梁的根部梁高 110cm,端部梁高 30cm,梁高按R=60m的圆曲线变化。箱梁底板平置,顶板横向设置向外2%的双向横坡,横坡由内外侧腹板高低形成。

索塔采用独柱式钢筋混凝土矩形截面塔身,塔高 30m,塔身顶部截面纵桥向宽度为5m,在距塔根部11.2m处由5m线性变宽至塔根部 6m,横桥向保持 2.5m等宽。出于美观考虑,在塔顶沿纵桥向设V形角,外形简洁大方。主塔采用C50混凝土,斜拉索在塔顶的锚固采用双钢管鞍座结构。

主墩墩身采用双肢墩,墩身截面采用实心的矩形截面,纵桥向宽1.8m,横桥向宽16m,两墩身纵桥向中距6.2m。主墩基础由10D300cm桩基组成。

3.3 连续刚构方案

本方案为(116+210+116)m三跨预应力混凝土连续刚构,全长 442m。边中跨比值为 0.55。桥面采用两幅分离式主梁。箱梁采用C60混凝土,单箱单室断面,顶板宽16.96m,底板宽8m,两侧悬臂翼缘板宽4.48m;箱梁根部中心梁高H根=12m,跨中及边跨现浇段中心梁高H中=4.5m,箱梁梁高按1.8次抛物线变化,H根/L=1/17.5,H中/L=1/46.7;箱梁腹板厚度0#块为90cm,1#～25#块腹板厚为 80～70～60～50cm;箱梁顶板厚0#块为50cm,其余均为26cm;箱梁底板厚度变化采用 1.8次抛物线,由箱梁根部 120cm渐变到跨中30cm;边跨现浇段底板厚度由30cm渐变到80cm,腹板厚度由50cm渐变到70cm。箱梁顶板横向设置向外2%的单向横坡,横坡由内外侧腹板高低形成,底板保持水平。

主墩墩身采用双肢薄壁柔性墩。墩身截面采用单箱单室结构,墩身纵桥向宽 2.2m,横桥向与箱梁底板同宽为8m。主墩基础由9D250cm桩组成。

4 桥型方案综合比选

各方案综合比较见表 1。

表1 桥型方案比选

从经济方面考虑,主桥每平方米建安费斜拉桥方案最贵,连续刚构和部分斜拉桥方案相当,较便宜;考虑两端引桥后,斜拉桥方案比连续刚构方案稍贵,部分斜拉桥方案最便宜,但三个方案相差不大。从桥梁美观角度分析,斜拉桥方案均优于其他两个方案,斜拉桥主塔高耸挺拔,主梁纤细轻盈,给人以优美的感觉,连续刚构方案桥梁较高,梁高较大,给人以较为笨重的感觉,不够优美,部分斜拉桥方案景观效果介于斜拉桥和连续刚构之间。连续刚构方案由于梁高较大,导致主桥较高、引桥较长,同时抬高了吴家围枢纽立交匝道桥的高度,增加了立交的费用,整体景观效果较差。从技术难度、施工难度、施工工期、通航要求等其他方面来说,三个方案不相上下。

经综合比较,斜拉桥方案美观、轻盈,同时又能降低两端引桥和吴家围枢纽立交的规模,施工难度不大,笔者认为斜拉桥是个比较合适的方案,值得推荐。

5 结 语

大跨度桥梁桥型方案的比选是一项综合的、系统的工程,需要充分吸收前人的成功经验,并结合项目本身的实际情况,在技术可行的前提下,做大量、系统、科学的分析、论证、比较和优化。力争找到一个经济、安全、美观的桥梁方案。