普洱市碧云大桥合理桥型方案探讨

史永康,陈怀勇,汤兆新

(1.普洱市公路开发有限责任公司,云南普洱 665000;2.重庆交通大学,重庆 400074)

1 工程概况

普洱市碧云大桥位于普洱市思茅区云仙乡与景谷县碧安乡交界处的小黑江上,该桥是修建联接思茅-景谷两地的云碧公路项目中的控制性工程,其重要性非常突出。本桥采用(90+166+90)m的连续刚构桥,设计荷载等级为公路—Ⅱ级。桥型方案的确定必须考虑当地的地形、地质、通航要求、水电站蓄水要求等各方面的因素。

2 工程地质特点

(1)地形复杂。桥位所处地形属低中山 ～低山河谷地貌,地形起伏变化大、相对高差 475m,山高坡陡,地势险峻。

(2)桥梁跨越“V”形谷,桥位区枯水期河面宽 65m,水深1.1m,洪水期河面宽 120 m。两岸谷坡略不对称,左岸谷坡30～ 35°,右岸谷坡 40～ 45°。

(3)建设初期及建成后的通航要求不同:目前小黑江为一季节性河流,洪水期水量较大,枯水期为一山间小溪,水深很浅,水量很小,无法通航。水库建成后,正常蓄水位为+813.0m,最高通航水位为 +813.0m,蓄水后需满足内河四级航道通航要求;正常蓄水后,大部分主墩墩身均处于水面以下。

(4)桥位处岩石表面风化强烈,岩石节理缝隙发育,岩石破碎,工程地质条件相对较脆弱,陡坡地带斜坡自稳能力差,地质灾害的潜在隐患较大,一旦植被的破坏及人为开挖斜坡,在降雨及暴雨的作用下极易造成斜坡失稳,形成滑坡、崩塌的地质灾害。

3 工程的实施要点

(1)桥址处山高坡陡、地势险峻,桥墩较高,施工难度大,同时施工期间在不对称施工荷载及风荷载作用下,墩身弯矩可能超出墩身的承载能力值,甚至可能倾覆失稳。

(2)桥位所在地区风速较大,基本风速为 32.0m/s,本桥在施工及运营期间,结构的抗风稳定性问题比较突出。

(3)桥位所在地区地震动峰加速度值大,且墩高较高,地震力对结构安全影响较大。

(4)水库建成蓄水后,河道需满足内河四级航道通航要求,通航船舶吨位达 500 t级,主墩必须满足相应船舶墩位撞击要求。

(5)桥位两岸边坡陡峭,工程地质条件相对较脆弱,陡坡地带斜坡自稳能力差,地质灾害的潜在隐患较大。在施工期间,施工平台开挖易形成高陡临空面,引起滑塌,影响施工安全,运营期间,库水长期浸泡及水位升降,边坡极易沿结构面形成滑坡,失稳,影响主墩的安全。

(6)本桥位于糯扎渡电站库区,桥梁的建设与库区蓄水密切相关,根据糯扎渡电站总工期论证报告成果,初拟下闸蓄水时间为 2011年11月中旬。

(7)本桥的建设位置处于景谷县旅游中长远规划范围,属于南部科考旅游区内,总体功能定位为水域风光观光游览宗教朝拜发展区。因此桥型方案选择时应注重考虑桥梁与周围环境相协调,尽量不破坏当地的生态环境,同时,将桥梁方案的美观性提到较高的位置,设计中充分考虑将当地的民族特色融入到桥梁选型中。

4 工程局部构造比选

(1)选择合理的桥型方案,不仅要满足正常运营、通航及结构安全的要求,而且要求施工方便,尽量节省造价、缩短工期,并考虑桥型美观,融入民族特色。

(2)针对主墩墩高,地震力大,施工、运营期间静力稳定性及抗风稳定性问题突出的特点,列出单肢箱型墩、双肢箱型墩、双肢实体墩三种常见墩型进行比选,并重点进行抗震、静力稳定性及抗风稳定性的计算,以确保结构安全,同时,减少工程量,降低施工难度。

(3)对主墩进行防船撞验算,保证主墩自身能够满足船撞的要求,而不必采取其它的防撞措施,节省工程造价。

(4)选择合理主墩承台布置方式及结构尺寸,对高桩承台和低桩承台进行比选,力争减少基础开挖工程量,降低防护难度,保证施工安全。对主墩桩基础形式,分别列举 6根2.5m钻孔桩(或挖孔桩)矩形布置方式与 9根2.2m钻孔桩(或挖孔桩)矩形布置方式进行比选,在保证结构安全的前提下,降低工程造价。

(5)结合桥位处的工程地质情况,选择合理的边坡防护方式,防止施工期和运营期边坡滑塌,保证施工安全及运营期桥墩的安全。

(6)对主梁是采用双向预应力体系,还是采用三向预应力体系进行比选,对梁底曲线过渡方式,分别列举圆曲线、2次抛物线、1.8次抛物线及 1.6次抛物线进行比选,优化主梁受力形式,合理降低工程造价。

(7)根据地形条件及工程地质情况,选择合理的桥台形式,分别对重力式U型台和埋置式轻型台进行比选。

5 桥型方案选择

5.1 桥式选择

根据以上工程特点,并结合造价、工期等要求,提出主桥采用连续刚构桥,是经济合理、切实可行的。

5.2 桥跨布置选择

结合实地勘察结果,考虑到通航净空要求及桥跨布置的协调性,本桥推荐采用主跨 166m变截面连续刚构跨越小黑江。因两岸地势较陡,如增大主跨跨径,虽然可以降低主墩墩高,但主梁梁高必须加大,相应造价增高,工期也加长,影响水库按期蓄水;如减小主跨跨径,主梁梁高可以适当降低,但主墩墩高加高,施工难度加大,且主跨必须满足通航净空要求(下底宽 150.0m),跨径减小的余地不大。综合考虑工程造价、通航净空及建设工期等因素,主跨选择 166m左右跨径跨越小黑江较为合理。在主跨跨径确定的前提下,考虑到减少桥台及基础工程量,边跨跨径确定为 90m。因此,本桥推荐采用(90+166+90)m预应力混凝土连续刚构。而且适当加大或减小主跨跨径,比选的意义也不大,故不再列其它桥跨布置方案作必选。

5.3 桥型方案确定

由于桥位处山高坡陡、地势险峻,所在地区地震动峰加速度较大,抗震问题比较突出,主墩高较高,稳定性问题也比较突出,施工难度较大,采用不同的墩型将直接影响结构安全、工程造价及建设工期。因此,根据墩型的不同,本桥初步确定采用单肢箱型墩方案、双肢箱型墩方案及双肢实心墩方案三种不同的桥型方案进行比选。

初步计算表明,EⅠ波地震力作用下,单肢箱型墩墩身各截面强度均满足规范要求,且富余较多;双肢箱型墩墩身各截面强度均满足规范要求,但富余不多且配筋较单肢箱型墩多;双肢实体墩方案相对于双肢箱型墩方案,结构体系的质量和刚度大小及分布较为接近,控制截面的地震力差别不大,但是双肢箱型墩方案截面尺寸较大,若采用相同的配筋方式,双肢实体墩墩顶、墩底截面强度均不满足规范要求,且差值较大,如加大双肢实心墩截面,可以提高墩身承载能力,但墩身刚度增大,地震力也相应增大,强度仍然不满足规范要求,如减小双肢实心墩截面,墩身刚度减小,地震力相应减小,但墩身承载能力降低,强度还是不能满足规范要求;如加大双肢实心墩截面配筋率,虽然墩身强度能够达到规范要求,但钢筋数量增加较多,受力不合理且不经济。因此,本桥最后确定单肢箱型墩方案为推荐方案。

6 结束语

普洱市碧云大桥桥型方案的比选综合考虑了地质、地形、通航要求、水电站蓄水要求等各个方面,桥型还要与当地的环境相协调,最后确定为(90+166+90)m的单支箱型墩连续刚构桥,实践证明本桥型能够满足当初考虑的各方面的要求。本工程具有一定的借鉴意义,可以供同类桥型参考。

[1]马保林,李子青.高墩大跨连续刚构桥[M].北京:人民交通出版社,2001

[2]JTJ 021-89公路桥涵设计通用规范[S]