九洞天大桥方案比选

高丽 任庭飞

摘要：贵州山区地形地貌及地质条件复杂，采用桥梁跨越峡谷地形需要综合考虑多方面的因素。本文重点介绍九洞天大桥主桥的设计方案，即钢筋混凝土箱型拱桥方案、预应力混凝土刚构桥方案、装配式预应力混凝土T梁方案。分别从适应地形、环境影响、方案实施难度、工程造价及外观造型进行全方面的综合比选，得出钢筋混凝土箱型拱桥方案为最佳方案。

关键词：桥梁工程;方案比选;钢筋混凝土箱型拱;中承式钢管混凝土拱;预应力混凝土刚构桥;装配式预应力混凝土T梁

1 概况

拟建的S530纳雍县梯子岩至化作公路改扩建工程是规划省道及毕节市干线公路规划建设项目库S530的重要一段。省道S530是贵州省省道网络规划（2012-2030）“6横、7纵、8联”中“8联”重要的组成部分。

本项目起点位于纳雍县与纳雍县交界处的六广河纳雍县境内，顺接拟建省道S530纳雍县鼎新至梯子岩公路改扩建工程，跨六广河设置九洞天大桥。项目起点桩号K0+000，终点与杭瑞高速九洞天收费站匝道平交，顺接拟建的G246化作乡段，终点桩号K9+687.532，实际实施里程9.688km。

2 主要技术标准[2]

（1）汽车荷载等级：公路—Ⅰ级;人群荷载：2.5KN/m2

（2）桥面宽度：2.0m（人行道）+12.0m（车行道）+2.0m（人行道），桥面全宽16m。

（3）桥面纵坡：0.03%（双向）

（4）桥面横坡：2%

（5）设计洪水位：1222.5m（1/100）

（6）地震动加速度峰值：0.05g

（7）桥梁设计基准期：100年

（8）设计安全等级：一级

（9）设计使用年限：100年

（10）桥梁所在道路等级：二级;设计时速：40km/h

3 桥型方案简介

3.1 方案一：主桥钢筋混凝土箱型拱桥

（1）桥型结构及孔跨布置。主跨结构形式为净跨径145m钢筋混凝土箱型无铰拱，引桥上部结构为16m钢筋混凝土现浇空心板。桥跨布置为（2×16+156+2×16）m，桥梁全长225.50m。

（2）上部构造。主拱圈净跨径为145m，净矢高为29.0m，矢跨比为1/5，拱轴线为悬链线，拱轴系数m=1.988。主拱圈为单箱三室结构，高度为2.5m，宽为13.65形式外，其余立柱横向为四柱。

拱上行车道板为13m钢筋混凝土现浇实心板。桥面采用桥面连续，结构简支的形式。

（3）下部构造。0、5号桥台为重力式U型桥台，桩基础，引桥桥墩采用柱式墩、桩基础，拱座基础为明挖扩大基础，置于中风化基岩上。拱座开挖后边坡采用挂网喷浆护坡，拱座处采用同级混凝土原槽灌满。

3.2 方案二：预应力混凝土刚构桥方案

主桥起点桩号为K0+261.0，终点桩号：K0+503.0，全长242m;桥梁上部构造为3跨预应力混凝土连续刚构，孔跨为60+110+60m。

（1）上部构造设计。①箱梁梁段划分。为适应挂篮逐段悬臂浇筑的施工工艺，全桥箱梁共分为58个施工单元。0号梁段长1100cm，在墩顶预埋的支承托架上或承台上设置现浇支架施工;悬臂浇注梁段12对，1～12号梁段长400cm。边跨现浇段，在落地支架上现浇施工，共计2个梁段。边跨现浇段长438cm。合龙段长200cm。在合龙吊架上现浇施工。②箱梁高度变化。0号梁段边腹板高度为680cm，合龙段和边跨现浇梁段边腹板高度均为250cm，其余1～12号梁段从680cm变化至250cm，其下缘按1.8次抛物线渐变。箱梁底板厚度亦按1.8次抛物线渐变。③箱梁构造及主要尺寸。箱梁为单箱单室断面，顶板宽1600cm，底板宽750cm。箱梁顶板最小厚度28cm，腹板厚度80～100cm，底板厚度160～35cm;邊跨现浇段顶、底板加厚至160cm，腹板加厚至100cm;墩顶的0号梁段腹板厚度80cm，顶板厚度50cm，底板厚度140cm。全桥共设6道横隔板。0号梁段设2道厚度为120cm的横隔板;边跨现浇段端部各设1道厚度为140cm的横隔板。各横隔板均设孔洞以方便施工并兼作营运养护的检查通道。④预应力设计。箱梁采用三向预应力混凝土结构。纵向及横向配置标准强度为1860MPa的低松弛Φs15.2（7Φs5）mm预应力钢绞线;横向预应力筋锚具采用OVM.BM15-3（张拉端）和OVM.BM15-3P（锚固端），预应力管道采用预埋SBG塑料波纹管，真空辅助灌浆。竖向配置直径为JL32mm的精轧螺纹预应力钢筋，其标准强度为785MPa，竖向预应力筋锚具采用JLM-32型锚具;0号梁段横隔板布置竖向预应力筋下端固定，上端张拉，固定端向下伸入墩身6～10m。[3]

（2）下部构造设计。①桥台。两岸桥台均采用重力式U型桥台，基础均采用扩大基础，要求嵌入完整中风化基岩中，基岩的容许承载力不小于1MPa。两侧桥台均设置搭板，以满足由路基至桥梁的刚度渐变。②桥墩。1、2号桥墩（主墩）为实体双肢薄壁墩身，1号桥墩墩身高度为55m，2号桥墩墩身高度也为30m，墩身与0号梁段固结。桥墩基础均采用9根直径200cm的钻孔灌注桩基础，承台厚度为4.0m。桥墩要求桩基嵌入完整中风化泥岩不少于6m，桩端岩石的饱和单轴抗压强度标准值frk≥15MPa。

3.3 方案三：主桥装配式预应力混凝土T梁

（1）桥型结构及孔跨布置。桥梁上部结构为40m装配式预应力混凝土连续T梁，桥梁全长248.0m。

（2）上部构造。主桥上部主梁为40m装配式预应力钢筋混凝土简支T梁，T梁梁高250cm，T梁横向中距为229.2cm，全桥横向共7片T梁，中梁上翼缘板预制宽度为170cm，边梁上翼缘板预制宽度为197.5cm，上翼缘板厚度20cm，腹板厚度20cm（支点附近加厚为60cm），T型梁之间设59.2cm湿接缝，支点、跨中等处设上厚度为20cm，下厚度为18cm的横隔板，全桥共21道。引桥上部为16m钢筋混凝土现浇空心板，空心板梁高85cm，顶、底板厚度12cm，支点处加厚为20cm，腹板厚度28cm，上翼缘板厚度25cm，根部厚度42cm，宽度由16m渐变至185m，根据实际宽度调整翼缘板长度。

（3）下部构造。桥台：两岸桥台均为重力式U型桥台，桩基础。基础标高可根据开挖情适当调整，但要求桩基嵌入中风化基岩不小于5m，岩石饱和单轴抗压强度标准值不小于150MPa，基础开挖后须经设计人员验基合格后方可浇筑基础砼。主桥桥墩：方形、圆形截面柱式墩，桩基础。

4 桥型方案综合比选

三种桥型方案均能满足施工功能的要求，但在方案实施、工程造价和外观造型行方案存在差异。[1]

4.1 方案实施

方案一主桥采用斜爬挂篮施工，施工有成熟经验，技术安全可靠。方案二采用挂篮悬臂浇筑，施工有成熟经验，技术安全可靠。方案三采用预制吊装施工，施工有成熟经验，技术安全可靠。

4.2 工程造价

主桥各方案造价（建安费）比较

方案

跨径布置（m）

建安费（万元）

方案一

2×16+145+2×16

4252

方案二

60+110+60

5034

方案三

6×40

3174

經工程造价（建安费—）比较，方案三最低，方案二最高，方案一次之。

4.3 外观造型

三个方案在外观上各有特色：方案一结构简洁，造型美观，与九洞天风景名胜区旅游开发相适应，一跨跨越山谷，对环境影响小。方案二结构简洁，线条流畅，山谷设墩，景观性较差，与九洞天风景区不相协调。方案三由于跨径小存在水下施工桥墩，且下部结构较多，景观性较差。

4.4 比较结果

综上所述，结合项目地形地貌、经济、景区开发及主管部门的意见，方案一钢筋混凝土箱拱作为推荐线K的推荐桥型方案。

5 结语

九洞天大桥作为公路桥梁并兼顾旅游开发的功能，在方案设计时，将桥梁实施方案、经济性、美观性有机统一起来，运营养护简单。对同一类型的项目有一定的借鉴作用。[4]

参考文献：

[1]周念先.桥梁方案比选[M].上海：同济大学出版社，1992.

[2]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG 3362—2018）.

[4]陈永沁.雅亮大桥桥型方案比选[J].交通科技，2005，6.