肇庆西江大桥扩建工程主桥方案设计

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁公󰀁路󰀁与󰀁汽󰀁运󰀁

第2期

肇庆西江大桥扩建工程主桥方案设计

王华中

(广东省肇庆市公路勘察规划设计所,广东肇庆󰀁526040)

摘󰀁要:介绍了G324线肇庆西江大桥扩建项目工程可行性研究提出的三个方案,通过多方面论证,以及整体和局部的比较分析,提出了刚构󰀁连续梁组合体系的推荐方案。

关键词:扩建;组合体系;桥梁方案设计;可行性研究

中图分类号:U442.5󰀁󰀁󰀁文献标识码:B󰀁󰀁󰀁文章编号:1671-2668(2002)02-0036-03

󰀁󰀁G324线肇庆西江大桥是连接肇庆区与高要市区的重要枢纽,全长1596m。主桥为公路与铁路两用双层桥,上层为公路桥,下层为铁路桥,桥型为5󰀁144m连续钢桁梁;引桥为预应力砼简支T梁,公路桥面净宽9m,于1987年建成通车。随着当地国民经济的飞速发展,车流量迅猛增长,1999年的日平均中型载重汽车折算交通量达24180辆,远远超过原设计通行能力7500辆。同时,该桥的接线均按4~6车道的一级公路标准改造完成。因此,该桥成为当地交通的󰀁瓶颈󰀁,较大地影响了当地经济的健康发展。为此,2000年9月当地政府决定对该桥进行扩建,2001年10月广东省发展计划委员会批准立项,同意利用旧桥,在旧桥下游扩建新桥,新、旧桥分别设2车道单向行车。由于该桥位于城区,受旧桥及城区规划道路的影响较大,同时,桥址处地质条件较差,通航及防撞要求高,为保证新桥与旧桥的协调,确保扩建工程的顺利实施,进行了大量的分析研究。

构,主梁标准索距为8m,塔上标准索距为2.4m和1.8m两种,全桥斜拉索72对。该方案技术难度较大,特别是由于桥跨的长宽比较大,施工和运营阶段的横向稳定性较难保证,并且造价远远超过工可批复的投资规模,后期养护费用高。通过静力、抗风、抗震三个方面关键技术的研究分析表明,该方案实施较困难,决定不予采用。

方案二:刚构󰀁连续梁组合结构。对应旧桥维持中间3跨144m不变,采用墩梁刚构,两边跨分别增设过渡墩,过渡墩和边墩均设置滑动支座,构成50+94+3󰀁144+94+50m的刚构󰀁连续梁组合体系,以减少主墩使用大吨位支座和施工过程中临时锚固带来的体系转换。该方案工艺技术成熟,造价适宜,满足投资规模要求,故决定作为推荐的桥型方案。因地质钻探揭示南岸过渡墩处于地质断裂带上,经局部的方案比较后,取消南岸的过渡墩,改成50+94+4󰀁144+85.5m的不对称结构(参见推荐方案设计)。

方案三:预应力砼刚桁梁桥。该方案主要是考虑新旧桥的景观协调,上部构造设2桁片,每节段8m,2个桁片的上下弦杆设横向和斜向拉压杆连接形成整体,梁高根部15.4m,跨中6.8m,设4个节段区(共32m)作为梁高渐变过渡段。因为通航、防撞及地质条件方面的要求和限制与方案二一致,所1󰀁桥型方案选择

G324线肇庆西江大桥扩建的新桥宽度为12.5m,桥面净宽11.5m,为了与旧桥协

调,经过反复论证,提出了三种桥型方案。

方案一:斜拉桥。主跨288+288m,采用塔、墩、梁固结的独塔双索面预应力砼结总第89期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

Highways&AutomotiveApplications󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁37󰀁

时对桥位区进行了水文分析计算。结果表明:控制新旧桥基础净距11.6m,在水中新旧桥桥墩完全对应的情况下,扩建新桥后,水

流运动改变不明显,不会危及通航安全;旧桥的冲刷深度基本稳定,单墩时旧桥的冲刷深度与双墩时旧桥的冲刷深度基本相同,说明新桥的存在对旧桥冲刷深度基本没有影响;同时扩建新桥前后河段内平均流速变化为0,新增加的最大壅水高度为0.01m,河床不会有改变,对两岸大堤带来的防洪影响十分有限。因此确定新旧桥中轴线间距21.9m,基础净距11.6m。2.2󰀁桥跨布置

为了结构受力的合理性,首先将旧桥5󰀁144m改成新桥50+94+3󰀁144+94+50m,但由于两岸侧过渡墩位于地质断裂带上,桩基成孔和水上施工难度较大,故取消南岸过渡墩,增加一跨85.5m,同时取消南岸侧3跨引桥。技术经济比较表明:调整后的方案避开了地质断裂带及深水区作业,因取消深水墩,造价比最初的方案降低约230万元。因此,确定调整后的50+94+4󰀁144+85.5m的桥跨布置作为推荐方案(如图1)。

公󰀁路󰀁与󰀁汽󰀁运󰀁

以桥跨布置及下部构造也相应地与方案二大致相同。该方案的优点是外形美观,结构新颖,自重较小,结构计算对下部构造有利,但缺点是结构接头多,工艺要求高,施工有一定的困难,确保施工质量必须采取许多技术措施,造价也比方案二略高,因此决定将该方案作为比较方案。

2󰀁推荐桥型方案设计

2.1󰀁桥轴线的确定

根据桥位区的地形地貌及公路桥与铁路桥的相互关系,选择在旧桥下游扩建新桥。新桥轴线的确定主要考虑三方面的要求:󰀁旧桥安全。为确保旧桥的安全,尽量减少由于扩建新桥引起的旧桥冲刷深度的增加,要求新桥离旧桥越远越好。󰀁通航要求。为使新桥建成后河水流向、流速的变化尽量减小,避免引起紊流等危及通航安全,则要求新桥离旧桥越近越好。󰀁防洪要求。扩建新桥后引起的河床变化和壅水高度增加,要求不能危及两岸防洪大堤的安全。

为此,通过水流数学模型分析了扩建新桥对桥位区水流运动及桥墩冲刷的影响,同

图1󰀁推荐方案桥型布置图

2.3󰀁桥面标高的确定

根据通航要求以及最大洪水位标高计算出的桥面标高,新桥可以比旧桥低8m左右,但考虑以下几个方面的原因:󰀁保证新旧桥美观协调;󰀁降低新桥标高虽然会节约一部分主桥和引桥下部结构的工程量,但相应引起南岸引道的拆迁工程量增加很多,二者相抵,总造价略有增加;󰀁南岸引道离南岸桥台不到100m处有一平交路口,现有设施布置完整,使用良好,若降低主桥标高,则该平

交需要重新设计,增加工程造价约200万元;󰀁由于新旧桥相距较近,若降低新桥标高,则在施工中南岸桥头开挖对维持旧桥交通带来不安全的影响;󰀁由于防撞的要求,拟采用刚度很大的空心墩,降低新桥标高相应地减少了墩身高度,结构计算对桩基础的受力不利。最终确定新旧桥桥面标高相同。2.4󰀁上部构造

箱梁采用单箱单室直腹式断面,顶板宽12.5m,底板宽6m,桥面磺坡(双向2%)由

38󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁Highways&AutomotiveApplications󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2002年4月顶板调整。箱梁顶板、底板、腹板的厚度,参考其他同类型桥梁的优缺点,结合本桥的实际情况,从受力、构造、施工等方面综合比较分析后,确定采用如下参数:梁高在主墩墩顶处截面高度为8m,跨中截面高度为2.8m,顶板厚25cm,腹板厚40~60cm,底板厚由箱梁根部100cm逐渐变化到跨中30cm,箱梁梁高及底板厚度按二次抛物线变化。

采用纵向预应力钢束和竖向预应力粗钢筋相结合的双向预应力体系。预应力钢束可以选用标准强度为1860MPa的󰀁15.24mm高强度、低松弛钢铰线,预应力粗钢筋可以选用标准强度为750MPa的󰀁25冷拉󰀁级粗钢筋。纵向预应力钢束置于顶板、底板及腹板中,采用平、竖、弯相结合的方法两端张拉,竖向预应力粗钢筋布置于腹板内,以减少主拉应力,采用单边张拉。同时,为防止使用阶段腹板附近桥面产生纵向裂纹,要求顶板横向布筋以及桥面铺装配筋适当加强。2.5󰀁下部构造

全部采用钻孔灌注桩基础,为了避免施工过程中对旧桥产生振动干扰,要求采用回旋钻钻进成孔。主墩每墩设4根󰀁3000mm支承桩,承台厚4m,承台顶标高与旧桥持平。墩身选用空心墩,主要考虑:󰀁根据水文调查资料,枯水位标高0.28m,设计通航水位标高13.61m,高差13.33m,不可能完全由承台来抵抗过往船只的意外撞击。󰀁由于船只撞击力P的计算理论和方法较多,根据󰀁公路桥涵设计通用规范󰀁(JTJ021-89)的推荐公式(P=408t)、󰀁公路桥涵设计手册󰀁的线性变形能量法(P=616t)、船体破损能量法(P=420~840t)以及沃辛理论与GKSS试验总结的经验公式(P=1700~5100t),所得计算结果相差很大,最终参照洛溪大桥及虎门大桥辅航道采用的撞击力P与通行船只排水量W关系的比值,确定P

参考文献:

[1]󰀁JTJ021-89,公路桥涵设计通用规范[S].

[2]󰀁金吉寅,冯郁芬,郭临义.公路桥涵设计手册:桥梁附

属构造与支座[M].北京:人民交通出版社,1999.[3]󰀁姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,

1985.

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁公󰀁路󰀁与󰀁汽󰀁运󰀁

第2期

为:横桥向H撞1=0.225W=450t;顺桥向H撞2=0.78󰀁H撞1=350t,其中W按2000t取值。󰀁常见的双肢薄壁墩,由于整体刚度较小,可以减少桩基的偏心受力,但无法满足防撞的要求,不宜采用。󰀁空心板墩壁厚度,在船只撞击区拟采用横桥向1.3m,顺桥向1.0m,在非船只撞击区可以适当减小,从而尽可能地减小桥墩的整体刚度,以达到减小桩基受力偏心的目的。

3󰀁结󰀁语

通过对G324线肇庆西江大桥扩建工程主桥方案设计的总结可知:

1)对特大桥的扩建必须确保旧桥的安全,同时要考虑新旧桥的协调以及航道和水利等要求。

2)必须对一些关键技术进行研究,为方案设计提供科学的技术支持,使设计方案技术合理、经济、可靠。

3)随着地质勘察的不断深入,根据所获得的地质资料不断修改完善设计方案,特别是针对局部地质情况复杂,需进行局部方案比较分析,从而完善整体设计方案。

4)对设计规范和相关资料中提供的参考数据,不能死搬硬套,要根据具体的实际情况进行调查、分析、判断,使取值科学、合理。

5)在特大桥的设计中,适当地选用组合结构体系,既可融入各种不同结构体系的优点,又不同程度地克服了各自的缺点。

收稿日期:2002-02-27