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1跨線橋方案提出與比選
根據(jù)大橋建設(shè)條件,主橋考慮在以下3類橋型方案中進行比選:梁橋方案、拱橋方案、斜拉橋方案。
1.1變截面連續(xù)梁橋方案
主橋采用3跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋,孔徑布置為:35+60+35m,引橋采用30m跨徑現(xiàn)澆箱梁。主橋上部結(jié)構(gòu)采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土閉合箱梁斷面,主梁支點全高3.5m,跨中高度1.7m。橋墩采用花瓶型墩,設(shè)分離式承臺。每個橋墩設(shè)置9根直徑為1.5m的樁基礎(chǔ)。方案特點:本方案緊密結(jié)合橋址區(qū)微丘的特征,結(jié)構(gòu)上、下部比例協(xié)調(diào),簡潔明快,下部結(jié)構(gòu)采用的花瓶型橋墩,于樸實的整體形態(tài)之中蘊藏變化,給人以沉穩(wěn)大度、剛勁通透的視覺效果,主橋與引橋配合流暢,并且可以通過細部景觀設(shè)計來提高橋梁總體景觀效果。主梁采用的變截面混凝土現(xiàn)澆箱梁,是同等跨徑最為經(jīng)濟的橋型,設(shè)計、施工經(jīng)驗豐富,有利于保證橋梁的設(shè)計、施工、后期養(yǎng)護維修質(zhì)量。
1.2下承式系桿拱橋方案
主橋采用下承式系桿拱,孔徑布置為:1×70m,引橋采用30m跨徑現(xiàn)澆箱梁。主橋上部結(jié)構(gòu)采用縱橫梁體系,整體橋面板,以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。全橋設(shè)3道直徑80cm圓形鋼管混凝土拱肋。橫梁與系桿固結(jié),吊桿采用預(yù)應(yīng)力高強鋼絲,拱肋間設(shè)3道鋼結(jié)構(gòu)橫撐。主跨橋墩采用柱式橋墩,樁基礎(chǔ),樁基礎(chǔ)頂設(shè)整體式承臺,每個橋墩設(shè)置9根直徑為150cm樁基礎(chǔ)。方案特點:系桿拱橋造型美觀,其結(jié)構(gòu)具有拱橋的一般特征,又有自身的特點。它由拱與梁兩種結(jié)構(gòu)形式共同承受荷載,充分發(fā)揮梁受彎、拱受壓的結(jié)構(gòu)性能,拱端的水平推力由拉桿承擔,使拱端支座不產(chǎn)生水平推力。拱與弦之間用豎桿聯(lián)結(jié)而成。系桿拱橋內(nèi)部為超靜定體系,外部則為靜定體系,因此不會對墩臺不均勻沉降產(chǎn)生影響。本橋型方案主橋景觀效果突出,但與30m跨徑引橋配合效果一般,施工難度較大且工期長,造價比普通梁橋要高,后期養(yǎng)護需定期更換豎桿等部件,維護費用較高。
1.3無背索豎琴式獨塔斜拉橋方案
主橋采用無背索豎琴式獨塔斜拉橋,孔徑布置為:70+35m,引橋采用30m跨徑現(xiàn)澆箱梁。本橋為兩跨連續(xù)剛構(gòu)體系,塔梁墩固結(jié)。主梁采用鋼箱梁,梁高2.8m。索塔采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱形斷面,塔高65m,水平傾角65°,斜拉索共布置12根,單面平行布置。索塔基礎(chǔ)采用前后肢型式,鋼筋混凝土深基礎(chǔ),直徑均為4m,深30m。主橋連續(xù)梁下橋墩采用花瓶墩,樁基礎(chǔ)。方案特點:無背索獨塔斜拉橋是一種造型新穎的橋梁結(jié)構(gòu)型式,它打破了傳統(tǒng)直塔斜拉橋設(shè)計理念。該種橋型利用塔柱向一側(cè)傾斜來平衡另一側(cè)索的索力,不設(shè)背索,整體效果像一把豎琴,造型獨特、視覺沖擊力強,建成后必將成為該地區(qū)的標志性建筑。本橋型方案景觀效果突出,與引橋配合效果也較好,但施工難度較大且工期長,造價偏高,后期養(yǎng)護需定期更換斜拉索等部件,維護費用較高。
1.4主橋橋型方案比選
3個方案的綜合比較詳從方案比較表可以看出,無背索豎琴式獨塔斜拉橋造型別致,景觀效果最突出,但不足是施工難度大,工期長,造價高且后期維護難度大、費用高。下承式系桿拱橋方案主橋造型美觀,但與引橋配合效果一般,施工難度較大,工期長,造價高且后期維護難度大、費用高;相比之下,變截面連續(xù)梁橋方案不僅結(jié)構(gòu)簡單,施工難度小,工期短,造價較低,而且其景觀效果可以通過優(yōu)化細部景觀設(shè)計得到提高。綜合以上因素,并結(jié)合地方相關(guān)意見,推薦主橋采用變截面連續(xù)梁橋方案。
2方案設(shè)計
2.1總體布置
全橋共分4聯(lián),左右分幅、對稱布置。橋跨組合方式為:3×30+(35+60+35)+3×30+2×30,共長377m,左右幅橋之間設(shè)1m空隙。
2.2上部結(jié)構(gòu)
主橋上部結(jié)構(gòu)采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁斷面,單幅橋?qū)?8.5m。從左到右依次設(shè)置2.5m(人行道)+3.5m(非機動車道)+1.0m(機非分隔帶帶)+11.0m(機動車道)+0.5m(防撞護欄)。在人行道及機非分隔帶道板下預(yù)留了管線通道。主梁支點全高2.8m,跨中高1.7m。引橋采用等截面現(xiàn)澆連續(xù)箱梁,梁高1.7m。主橋上部結(jié)構(gòu)橫斷面。
2.3下部結(jié)構(gòu)
橋墩采用柱式花瓶型墩,設(shè)整體式承臺,每個橋墩設(shè)置4根直徑為1.5m的樁基礎(chǔ),橋臺采用肋板臺,
2.4結(jié)構(gòu)計算
(1)上部結(jié)構(gòu)計算采用橋梁綜合程序按照平面桿系理論,對箱梁進行內(nèi)力和應(yīng)力分析計算。
(2)縱向計算按實際的橋面寬度,計算橫向車道數(shù)量,按車道荷載計算,根據(jù)規(guī)范橫向折減,考慮沖擊系數(shù)和1.15的橫向偏載系數(shù)。
(3)連續(xù)箱梁設(shè)計計算時考慮溫度梯度引起的效應(yīng),梁頂最大不均勻升溫25℃,梁頂最大不均勻降溫25℃。
(4)橋墩按集成剛度法進行水平力分配,鉆孔樁按摩擦樁設(shè)計,樁身內(nèi)力按m法計算。
(5)基礎(chǔ)不均勻沉降按1.0cm考慮,設(shè)計時按其最不利情況進行組合。
2.5橋梁細部景觀設(shè)計
本橋為城市跨線橋,對景觀要求較高。主橋推薦方案采用的變截面連續(xù)梁,線條流暢,上、下部結(jié)構(gòu)比例協(xié)調(diào),與引橋30m現(xiàn)澆箱梁搭配相得益彰,同時下部結(jié)構(gòu)橋墩采用花瓶型墩,既顯得沉穩(wěn)又賦予變化,橋下視覺效果通透,能與周圍環(huán)境相融合。除此之外,方案還考慮了橋面景觀設(shè)計。首先,在橋上左右幅機非分隔帶處分別設(shè)置一弧線拱小品,拱型簡潔明快,猶如一對展翅飛翔的鳥兒,為本橋增添了幾分生動。其次,人行道外側(cè)欄桿設(shè)計成弧線形,增強橋梁整體效果。同時加強橋上照明設(shè)計,在欄桿外側(cè)設(shè)置夜景照明燈柱,增強橋梁夜間景觀效果。
3施工期間保通措施
本橋跨越現(xiàn)狀長株高速公路,主橋、引橋采用搭設(shè)滿堂支架或門架現(xiàn)澆施工,為保障施工期間長株高速正常通行,必須做好保通措施。具體措施有:
(1)跨越長株高速段采用搭設(shè)門架現(xiàn)澆施工,在上部結(jié)構(gòu)施工時需搭設(shè)防落物網(wǎng),防止施工器具、材料等掉落到長株高速上,影響車輛正常行駛;
(2)做好安全防護和安全告知措施,距離施工區(qū)域2km、1km設(shè)置施工標志,距離“前方2km施工預(yù)告標志”300m和200m位置處,分別設(shè)置80km/h、60km/h分級限速標志;
(3)在施工之前與交警和相關(guān)運營部門協(xié)調(diào)溝通,做好施工運營期間運營秩序的維護;
(4)建立好相關(guān)安全生產(chǎn)管理制度,配置相關(guān)的交通指揮人員和安全巡視人員,明確安全職責(zé)。
4結(jié)語
該跨線橋在方案比選階段除注重安全、經(jīng)濟因素外,同時注重了景觀效果,在方案設(shè)計階段,對推薦方案進行了細部景觀設(shè)計,提高了橋梁總體景觀效果。該跨線橋的方案比選及設(shè)計可為類似橋梁工程提供經(jīng)驗參考。
作者:劉雙喜 單位:北京交科公路勘察設(shè)計研究院有限公司