桥梁设计方案比选

王晶

摘 要：随着交通运输特别是一级级公路的迅速发展，对行车平顺舒适提出了更高的要求。全面贯彻“安全、实用、经济、美观”的技术方针。基于以上原则再结合地质实际情况以及中国现有的常见桥型，本次设计选取了两种桥型：连续刚构桥，独塔双索面斜拉桥。最后综合各种因素，选取连续刚构桥作为推荐方案。

关键词：桥梁工程；设计；方案

1 工程概况

本桥工程区段为K3+700～K4+400，桥址位于内陆河，环境类别为Ⅰ类（温暖或寒冷地区的大气环境、与无侵蚀性的水或土接触的环境），桥位与河道两岸顺直。两堤间距约700m，桥址河床断面属宽滩式河床断面。地质勘探结果表明，桥位区地质情况一般，河滩位置依次是低液限黏土，容许应力[σ0]=250KPa；弱风化泥质灰岩，容许应力[σ0]=1000KPa；微弱风化泥质灰岩，容许应力[σ0]=1200KPa；微风化白云质灰岩，容许应力[σ0]=2000KPa，河槽部分依次是砂砾层，容许应力[σ0]=550KPa，砂卵层，容许应力[σ0]=1200KPa，根据上述地质条件，设置端承桩。

2 设计规范

（1）《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）；（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTG-2004）；（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG-2004）；（4）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-1985）；（5）《公路工程可靠度设计统一标准》（GB/T50283-1999）；（6）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）；（7）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 026-90）；（8）《公路工程抗震设计规范》（JTJ 005-96）；（9）《钢结构设计规范》（GBJ17-88）。

3 方案一：连续刚构桥

3.1 方案构思

本桥河床较为平坦，基岩埋深较浅，可以使用较大跨径以满足通航和泄洪要求。由于是III-（2）级航道，通航净宽为150m，设一个通航孔，考虑到桥墩布置、地质、地形和通航富余等条件，取主跨为160m。连续刚构桥的边主跨比为：0.5～0.692之间，本桥考虑取两桥台之间长度为700m。由于桥位地质条件好，而引桥的标准跨为一般30m、40m或50m，故跨径布置为：2×50+40+50（预制预应力简支T梁）+100+160+100+3×50（预制预应力简支T梁）=700m，这时边主跨比100/160=0.625满足要求。

3.2 桥面标高确定

（1）竖曲线设计：根据《公路工程技术规范》高速公路竖曲线半径一般取值为4500m、最小值为3000m，但考虑到避免桥台高度过低，在桥梁竖曲线和纵坡满足规范的前提下，本方案竖曲线半径采用R=3000m。竖曲线基本要素为：竖曲线长度L=270m、切线长T=135m、竖曲线外距E=3.04m。（2）桥面标高：本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两端引道标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。a.按设计水位计算桥面标高342.365m（主桥跨中桥面标高）；b.按通航水位计算桥面标高：339.573m（主桥跨中桥面标高）；c.按路堤通车处计算桥面标高：路堤通车处通车净空4.5m，上部结构建筑高度3.0m，设计跨中桥面标高为：43.352+3+4.5=49.852m。综合上述标高，本方案标高取为49.852（跨中桥面标高），由路堤通车处跨线标高确定。

3.3 上部结构设计

主桥上部结构采用变截面箱梁，C50混凝土，桥梁宽度17.5m，箱梁顶板宽度取17.5`.0m，底板宽取10.0m。根据《桥梁工程》通常梁性刚柔桥，支点处箱梁截面的高跨比在1/16～1/20之间，跨中截面梁高约为支点截面梁高的1/2.5～1/3.5，故本桥支点处梁高取9.5m，高跨比为1/20，跨中梁高取4m，跨中截面梁高为支点梁高1/3，高跨比为1/60。箱梁顶板厚取30cm，腹板及底板采用变截面，腹板厚度由墩跨中40cm厚逐渐过渡至墩顶60cm厚，底板厚度由墩跨中35cm厚逐渐过渡至墩顶80cm厚。梁高、底板厚度按二次抛物线变化，以满足受力及桥梁线形上的需要，腹板厚度按直线变化。本桥方案由于桥面宽度的要求，考虑采用单箱单室断面，单箱单室断面构造简单，受力明确，施工方便。

3.4 下部结构设计

本桥地形平坦，通航孔布置范围较广，由钻探资料，本桥主要地层第一层为沙砾层、第二层为砂卵层，采用端承桩，入岩深度大于三倍桩直径，因此主桥基础采用端承桩基础。主桥桥墩为双肢薄壁桥墩，主桥设4m厚钢筋混凝土承台。主桥基础采用钻孔灌注桩，选择在枯水季节钻孔施工，主墩每墩桩数为24根，桩端入持力层厚度亦大于桩直径3倍。

4 方案二：独塔双索面斜拉桥

4.1 方案构思

独塔斜拉桥在河床地质、地形条件较好时，经济性比较好，可以省去一个桥塔，无索区比双塔斜拉桥长，拉索用量少；其次，其活载最大挠度发生在拉索区，对受力有利，受收缩徐变及温度梯度的影响较小；再次，其结构布置灵活，施工也比较方便，可采用悬臂浇筑、转体施工等方法，8×40m预应力混凝土简支T梁+160m+180m（双塔双索面斜拉桥）+50m+30m预应力混凝土简支T梁=750m。

4.2 桥面标高确定

（1）竖曲线设计：根据《公路工程技术规范》高速公路竖曲线半径一般取值为10000m、最小值为6500m，但考虑到避免桥台高度过高，在桥梁竖曲线和纵坡满足规范的前提下，本方案竖曲线半径采用R=10000m。竖曲线基本要素为：竖曲线长度L=400m、切线长T=200m、竖曲线外距E=2m。（2）桥面标高：本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两端引道标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。a.按设计水位计算桥面标高，341.865m（主桥跨中桥面标高）；b.按通航水位计算桥面标高，326.473+10+2.5+0.1=339.073m（主桥跨中桥面标高）。

4.3 上部结构设计

（1）主塔：桥面以上主塔顺桥向宽7m，桥面以下至承台逐渐过渡到10m。横桥向厚度为4m。桥塔总高度为108.8m，桥面以上高为89.50m。（2）主梁：主梁梁高为2.5m，桥面板行车道做成1%的双向横坡，桥面全宽26.5m。主梁截面采用混凝土形式。（3）斜拉索：斜拉索采用直径8mm的低松弛高强平行镀锌钢丝束。斜拉索外层防护采用热挤双层PE防护套，外层防护套的颜色可根据景观要求选用。边跨斜拉索布置14m+17×8m+10m，主跨斜拉索布置15m+17×8m+29m，索横向间距为25.50m。全桥共设2×18对斜拉索。主塔两侧斜拉索的设计以避免产生较大的塔身弯矩为原则。斜拉索两端用冷铸锚分别锚固于索塔和主梁上。斜拉索与主梁上的耳板采用销铰式连接，通过耳板用高强螺栓与主梁连接，斜拉索中心线在耳板平面内摆动。

4.4 下部结构设计主桥基础采用端承群桩基础

考虑到美观性，枯水期桩不外露，承台位置尽可能靠近最低水位，本设计取承台中心面与最低水位平齐。承台尺寸取为36.00m（横桥向）×12.00m（纵桥向）×4.0m（高）。基础由21根直径为Φ2.0m的桩组成，纵向3排，间距4m，横向7排，间距5m，持力层厚度大于三倍桩劲。

5 结束语

随着交通运输特别是一级级公路的迅速发展，对行车平顺舒适提出了更高的要求。全面贯彻“安全、实用、经济、美观”的技术方针。基于以上原则再结合地质实际情况以及中国现有的常见桥型，本次设计选取了两种桥型：连续刚构桥，独塔双索面斜拉桥。最后综合各种因素，选取连续刚构桥作为推荐方案。