江珠高速公路荷麻溪大桥设计_朱孟君.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.文章编号:1003-4722(2007)04-0038-04江珠高速公路荷麻溪大桥设计朱孟君,彭卫国,崔铁万,薛照钧(铁道第四勘察设计院,湖北 武汉430063)摘 要:荷麻溪大桥是广东省江门至珠海高速公路上的一座特大桥梁。主桥为单索面部分斜拉桥,主跨230 m,主梁采用单箱三室预应力混凝土结构,索塔截面为哑铃形,采用高强度镀锌钢绞线索。引桥采用跨度30 m、20 m的简支梁。关键词:部分斜拉桥;预应力混凝土结构;箱形梁;桥梁设计中图分类号:U448.27文献标识码:ADesign of Hemaxi Bridge on Jiangmen2Zhuhai ExpresswayZHU Meng2j un,PENG Wei2guo,CUI Tie2wan,XUE Zhao2j un(The 4th Survey&Design Institute of China Railways,Wuhan 430063,China)Abstract:The Hemaxi Bridge is a major bridge on Jiangmen2Zhuhai Expressway in Guang2dong Province.The main bridge of the Bridge is a single cable plane extradosed bridge with amain span 230 m.The main girder thereof is designed as a three2cell and single box prestressedconcrete structure while the cross sections of the pylons are designed in shape of dumbbell,onwhich high2strength galvanized steel wire strand cables are used,and the approach bridges areused with simply2supported girders with span length 30 m and 20 m.Key words:extradosed bridge;prestressed concrete structure;box girder;bridge design收稿日期:2006-12-15作者简介:朱孟君(1972-),男,高级工程师,1994年毕业于西南交通大学桥梁与地下工程系,工学学士。1 概 述江门至珠海高速公路在盛围跨越荷麻溪水道。荷麻溪水道为国家 级航道。根据1998年8月航道管理部门确定的通航标准,通航净宽不小于150m,净高不小于22 m,主桥跨径应不小于190 m。根据上述通航标准,于1999年12月编制完成了荷麻溪大桥初步设计文件,其中,主桥推荐方案为(105+190+105)m预应力混凝土连续刚构。支点梁高10 m,跨中梁高3 m。该桥南北引桥分别与江乾公路及横坑大桥交叉。2002年11月,按业主要求进行初步设计修编。初步设计修编勘测中发现,原初步设计中荷麻溪大桥北端桥台与正在修建的横坑大桥东端桥台相干扰,为避开干扰,修编设计调整桥位,改上跨为下穿横坑大桥,桥位与航道更接近正交,桥长缩短,投资减少1 956万元。2003年4月,航道管理部门根据新的桥位,重新确定本桥的通航净宽要求大于180m,见图1。图1 桥跨与通航净宽关系由图1可知,桥梁跨度应不小于190.6 m,另考虑桥墩防撞结构的尺寸和桥墩附近水流的紊流宽度,桥梁跨度应不小于224.6 m。若仍采用修编初步推荐的连续刚构桥型,需增加支点梁高约1 m;另由于通航净高不变,净宽加大,使通航净空的控制点移向主墩,由于梁底曲线的影响,也需提高桥面设计83桥梁建设 2007年第4期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.高程。控制设计高程总计约需提高1.7 m,与横坑大桥相交处(如图2),桥面净空不能满足设计要求。因此,在维持桥位不变和下穿横坑大桥设计原则不变的前提条件下,重新对荷麻溪大桥主桥的桥型方案进行了研究,并于2003年6月完成了方案设计文件,方案比较后推荐主跨230 m的预应力混凝土部分斜拉桥方案为实施方案,桥型布置见图3。图2 横坑大桥及江乾线平面位置示意图3 荷麻溪大桥桥型布置2 工程建设条件本工程位于上横镇光明村与福安村之间,于连江水闸下游约600 m处跨越荷麻溪水道,桥位属河口平原地貌单元,两岸地形平坦开阔,多为鱼塘和耕地。荷麻溪水道起于新会市大鳌的大屿,从西安二就围流入斗门县境,下至横坑东口,斗门县境内河段长6.91 km,河道弯曲系数为1.00,河槽深4.26.8 m,潮差1.5 m,河宽228335 m。桥位区域地层以人工填土、滨海相沉积土、冲积土、残积土、下伏白垩系上统基岩为主。基底岩性变化多且复杂,既有软质岩石又有硬质岩石,基岩埋深变化较大,构成桥位工程地质条件复杂。基础持力层为中风化的泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩、中风化变质砂岩和微风化泥岩,埋深4070 m。3 主要技术标准(1)公路等级:双向4车道高速公路。(2)计算行车速度:120 km/h。(3)荷载等级:汽车-超20级,挂车-120级。(4)桥面宽度:2(0.4+12.0+0.4)m,中缝宽度0.42.7 m,对应桥面全宽为26.028.3 m。(5)风荷载:基本风压1 200 Pa,极大风速60m/s。(6)地震动峰值加速度值:0.10g。(7)最高通航水位:采用20年一遇水位,最高通航水位为3.09 m。(8)通航标准:国家 级航道,主孔通航3 000 t级海轮,通航净宽 180 m,净空 22 m。(9)桥梁坡度:纵坡 3.5%,横坡2%。(10)与横坑大桥相交处桥梁净空:5.0 m。(11)与江乾线相交处桥梁净空:5.0 m。4 总体设计4.1 平面设计大桥的平面位置根据总体路线走向确定。主桥范围内位于直线上,部分引桥位于缓和曲线和圆曲线上。由于主桥主塔及索面布置的需要,主桥范围内桥面宽需由26 m加宽至28.3 m。结合下穿横坑大桥的影响,主桥和江门侧引桥桥面宽均为28.3 m,珠海侧引桥桥面宽则由28.3 m渐变为26.0 m。4.2 纵断面设计纵断面设计由全线的总体设计确定。控制纵断面设计的主要因素有:通航要求;与横坑大桥相交处净空要求;与江乾线相交处净空要求。由于主桥采用了预应力混凝土部分斜拉桥方案,有效降低了桥梁的建筑高度,使本桥的最大纵坡有条件由原初步设计阶段的4%调整为3.5%,一定程度上改善了行车条件。主桥区段竖曲线半径为11 200 m。4.3 横断面设计主桥及江门侧引桥的桥面布置:0.383 m(防撞93江珠高速公路荷麻溪大桥设计 朱孟君,彭卫国,崔铁万,薛照钧 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.护栏)+12.034 m(机动车道)+0.383 m(防撞护栏)+2.7 m(中间带)+0.383 m(防撞护栏)+12.034 m(机动车道)+0.383 m(防撞护栏)=28.3 m。珠海侧引桥的桥面布置:0.383 m(防撞护栏)+12.034 m(机动车道)+0.383 m(防撞护栏)+2.70.4 m(中间带)+0.383 m(防撞护栏)+12.034 m(机动车道)+0.383 m(防撞护栏)=28.326.0 m。5 主桥设计5.1 主桥孔跨布置及结构体系综合考虑建桥条件,结合结构受力的需要,主桥孔跨布置确定为:(125+230+125)m。主墩、主梁、主塔采用固结形式;边墩除设置竖向支座外,另设横向限位挡块。5.2 主梁主梁为预应力混凝土结构,采用变高度单箱三室截面,斜腹板(图4)。顶板宽28.3 m,顶板悬臂长度4.5 m,跨中梁高3.0 m,支点梁高6.5 m,梁底按圆曲线变化。中跨直线段长86 m,边跨直线段长52.9 m。顶板板厚25 cm,底板由跨中25 cm变厚至支点处60 cm,边腹板板厚为60 cm,中腹板板厚为45 cm。悬臂板端部厚15 cm,根部板厚55 cm。在支点和斜拉索锚固处设置横隔梁,横隔梁上设有进人孔。中室和边室横隔梁厚度分别为50 cm和30 cm。端横隔梁的厚度为150 cm。图4 直线段主梁截面主桥箱梁采用三向预应力体系,按全预应力构件设计。主梁0号块长度为18 m,标准节段长度为4 m,全桥共设3个合龙段,其长度均为2 m,悬臂施工的节段最大重量为290 t。5.3 索斜拉索为单索面,布置在中央分隔带上。顺桥向集中布置在跨中附近。塔根附近无索区长度为44.0 m,梁上索距4.0 m,塔上索距0.8 m。拉索采用双排索,单根最大索力控制在5 700 kN。全桥共64对索。斜拉索采用高强度镀锌钢绞线索,规格为43j15.24和31j15.24。其标准强度Rby=1 770 MPa,设计强度取为0.55Rby=973.5 MPa。5.4 主塔、墩及基础主塔布置在中央分隔带上,截面为双圆构成的哑铃形(图5),塔高39.0 m(索以上为装饰段),顺桥向宽5.0 m,横桥向宽2.5 m,圆柱直径为2.5 m。图5 主塔截面由于采用墩梁固结,为减小纵向刚度,主墩采用实体薄壁墩结构形式,宽14.5 m,壁厚1.2 m。承台为钢筋混凝土结构,厚5 m。钻孔灌注桩基础,每墩设24根桩,按梅花形布置,桩径1.8 m,按摩擦桩设计,桩长约70 m。5.5 边墩及基础边墩作为主桥与引桥的过渡墩,采用框架墩结构,墩柱直径1.8 m,上设帽梁,帽梁高2.5 m,宽2.1 m。承台为矩形截面,外形尺寸:6.3 m9.0m,承台厚2.0 m。钻孔灌注桩基础,每墩设4根桩,桩径为1.5 m。按摩擦桩设计,桩长约50 m。5.6 主桥施工方案主墩及边墩位于岸边,采用常规方法施工钻孔灌注桩,然后向江内适当筑岛,填筑简易防水围堰,开挖至基础底面下约0.5 m后,沿基础周边外侧挖集水排水沟排水,基础底面浇1.0 m厚素混凝土整平防水,立模浇筑承台。主塔塔柱采用爬模现浇法施工。主梁采用普通挂篮悬臂浇筑法施工。0号块及边跨部分区段采用满布支架现浇施工。6 引桥设计江门侧引桥桥跨布置为(420 m)+(420m)+(420 m)+(420 m)+(420 m)+(430 m)+(430 m)=640 m。珠海侧引桥桥跨布置为(430 m)+(430m)+(420 m)+(420 m)+(420 m)+(420 m)+(420 m)+(320 m)+(30 m+220m)=770 m。04桥梁建设 2007年第4期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.上部结构采用了30 m预制T梁和20 m宽幅空心板梁,桥面连续结构。预制梁顶面设有9 cm混凝土现浇层。引桥桥墩结构均为整体三柱式墩,钻孔灌注桩基础。为增强墩柱的整体性及结构布置的需要,桩顶设有系梁,墩顶设有盖梁。根据计算,墩高大于13.5 m时,墩柱间设1道系梁,墩高小于13.5 m时,墩柱间不设系梁。墩柱横向间距根据桥面宽度确定,变化范围为10.09.0 m。7 结 语本工程概算总额为18 127.13万元,其中建安工程费为15 364.02万元。荷麻溪大桥于2004年8月开工建设,2006年7月28日边跨合龙,2006年9月19日全桥合龙。本桥目前在国内同类型桥梁中跨度位居第一。(上接第37页)承台约束影响范围以外时,裂缝停止发展。2.2.3 配筋对裂缝扩展的影响模型3中由于“裂缝单元”的出现,混凝土应力与模型1相比有了较大改善。除了与承台接触处产生应力集中外,大部分区域基本不出现拉应力或出现1 MPa左右的拉应力。这是由于裂缝处的钢筋已转移承受了大部分原来由混凝土承担的水平应力。在此基础上进一步尝试利用增加水平箍筋用量来转移混凝土中的应力,以控制裂缝的扩展。由于“裂缝单元”的简化模拟,钢筋应力绝对数值的参考价值不大,但其对不同箍筋用量之间的相互比较却可以说明一些问题。适当增加水平箍筋用量,能够提高墩身的整体性,使变形均匀分布从而将裂缝控制在规范容许的范围内。箍筋配筋率不同的裂缝区钢筋应力比较见表1,由表1可见,随着箍筋用量的增加,裂缝处的钢筋应力也显著降低。表1 箍筋配筋率不同的裂缝区钢筋应力比较箍筋竖向间距/m钢筋直径/mm每侧每米钢筋面积/mm2钢筋应力降低比率/%0.25(原设计)10314 0.25168045.30.10107858.30.10162 01119.60.102根164 02133.93 结 论(1)普通桥梁墩身水平向通常只配置构造箍筋,配筋率并不高。因此,钢筋对混凝土的内约束产生的收缩应力可以基本忽略,而外约束应力(如浇注间隔时间过长形成的收缩应力及相对温差产生的温度应力)才是裂缝的主要考虑因素。(2)在温度和收缩等间接作用引起的混凝土结构变形不可避免的情况下,通过配筋和构造等措施使其变形均匀分布是控制裂缝宽度的有效手段。(3)配置箍筋可以约束混凝土局部变形,使之更好地作为整体承受荷载。并且箍筋可以分担混凝土内力,推迟裂缝的出现。在混凝土桥墩的设计中,用于抵抗如温差等间接作用的水平箍筋用量要适当。过少时抵抗不了温差引起的拉应力;过多则约束混凝土,加剧收缩应力。参 考 文 献:1 王铁梦.工程结构裂缝控制M.北京:中国建筑工业出版社,1997.2 李国强,黄宏伟,吴 迅,等.工程结构荷载与可靠度设计原理M.北京:中国建筑工业出版社,2005.3 郝文化.ANSYS土木工程应用实例 M.北京:中国水利水电出版社,2005.4TB 10002.3-2005,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范S.5 凌知民,吴 迅.铁路重力式实体桥墩应力分析J.铁道标准设计,2002,(5):3-5.6 乐云祥,常 英.高桩承台裂缝有限元分析J.公路交通科技,2005,22(2):63-66.7 张娟霞,唐春安,王述红,等.钢筋混凝土结构破裂过程的数值模拟J.东北大学学报,2005,26(4):385-388.14江珠高速公路荷麻溪大桥设计 朱孟君,彭卫国,崔铁万,薛照钧