同濟(jì)大學(xué)橋梁概念設(shè)計(jì)

1、方案說(shuō)明書(shū)目錄一、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1二、主要基礎(chǔ)資料 3三、設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)考慮得當(dāng)?shù)貙?shí)際建設(shè)條件 4四、主橋方案得選擇 54、1 主通航孔跨徑選擇 54、2 橋型方案得選擇 54、3 橋型方案選擇中得總體構(gòu)思 8五 施工方法 11一、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（1）公路等級(jí)：一級(jí)集散雙向六車道公路；（2）設(shè)計(jì)速度：80 km/h；（3）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 年；（4）汽車荷載等級(jí)：公路級(jí)，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值：2、5kN/m2；（5）標(biāo)準(zhǔn)橫斷面：主橋橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度（其中索區(qū)寬度為建議值）：39、5m=3（人行+非機(jī)動(dòng)車）+1、5（索區(qū)）+2、5（硬路肩）+33、75（機(jī)動(dòng)車道）+0、5（路緣帶）+2（分割帶）+0、5（路

2、緣帶）+33、75（機(jī)動(dòng)車道）+2、5（硬路肩）+1、5（索區(qū)）+3（人行+非機(jī)動(dòng)車道）（6）設(shè)計(jì)基本風(fēng)速：100 年重現(xiàn)期設(shè)計(jì)基本風(fēng)速為 45m/s。（7）設(shè)計(jì)水位見(jiàn)表 1 所示 。表 1設(shè)計(jì)水位一覽表項(xiàng)目設(shè)計(jì)洪水位最高設(shè)計(jì)通航水位最低設(shè)計(jì)通航水位標(biāo)準(zhǔn)300 年一遇20 年一遇98保證率數(shù)值（m）6、754、83-2、92（8）通航標(biāo)準(zhǔn)如表 2 所示。表 2通航凈空與通航孔數(shù)量一覽表通航孔名稱航道類型代表船型通航凈空尺度（m）通航孔數(shù)量?jī)魧拑舾咧魍ê娇讍慰纂p向航道10000 噸級(jí)雜貨船40540110000 噸級(jí)散貨船副通航孔單孔單向航道500 級(jí)散雜船4582二、主要基礎(chǔ)資料該大橋就是省市

3、公路“十一五”建設(shè)規(guī)劃中得區(qū)域干線公路跨越大江得重要通道，連接大江兩岸得省道及各港口，將主要承擔(dān)兩岸得交通，既具有公路得功能，也兼顧城市道路得功能，見(jiàn)圖 1。因此，本工程得建設(shè)對(duì)于完善該市交通網(wǎng)絡(luò)，加快市、區(qū)得城市化進(jìn)程，進(jìn)一步拓展城市發(fā)展空間與促進(jìn)沿線區(qū)域經(jīng)濟(jì)得協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。圖 1項(xiàng)目地理位置圖 2 為橋軸斷面示意，江面寬度約 1770m，水下地形較為平坦，河槽呈“u”字形，河槽最深點(diǎn)高程約-8、4m。圖 2橋軸斷面圖（上圖中橫坐標(biāo)：里程樁號(hào)：K66+900K68+700，單位 km；豎坐標(biāo)：高程，單位 m）年平均相對(duì)濕度 82% 。大橋場(chǎng)地勘探深度范圍內(nèi)共分布 20 個(gè)工程地質(zhì)土層

4、，其中：覆蓋層厚約 100 米115 米，層以淺部各土層（約 46m），物理力學(xué)性質(zhì)極差，承載力低，不宜作為擬建大橋得樁基持力層；層含粘 性土卵石及其以下各土層（層為含粘性土卵石層，層為圓 礫層，層為粘土層，層為圓礫層，層為亞粘土，層圓礫層，層為亞粘土，層含粘性土圓礫，層為粘土，層為含碎石亞粘土，強(qiáng)風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r，層為全風(fēng)化凝灰?guī)r，層為強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，層為弱風(fēng)化凝灰?guī)r）性質(zhì)均較好，均可作為擬建大橋得樁基持力層。三、設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)考慮得當(dāng)?shù)貙?shí)際建設(shè)條件橋位區(qū)域水文氣象等自然條件較復(fù)雜, 主要情況如下。( 1) 河床。江面寬度約1 770 m, 河槽呈U 字形, 主槽寬度500 m左右, 近年來(lái)主槽有

5、向北略微擺動(dòng)得趨勢(shì), 河床底標(biāo)高在- 60 -80 m 左右,一般水深6 8 m, 最深處10 m, 岸線穩(wěn)定。( 2) 臺(tái)風(fēng)及風(fēng)況。臺(tái)風(fēng)頻發(fā)、風(fēng)速較高。1949年后, 登陸臺(tái)州12級(jí)以上得臺(tái)風(fēng)13 次, 最大風(fēng)力50、4 m/ s( 1975 年8 月) ; 歷年最大風(fēng)速為25 m/ s,平均風(fēng)速為2、6 m/ s。( 3) 橋墩沖刷。據(jù)浙江省水利水電技術(shù)中心提供得潮流泥沙研究報(bào)告 , 百年一遇洪水主墩處最大局部沖深12 m。( 4) 工程地質(zhì)。本工程場(chǎng)地位入?？? 地勢(shì)較為平坦, 地貌類型單一, 工程地質(zhì)條件差異不大。但基巖( 中風(fēng)化凝灰?guī)r) 埋置較深, 主墩處基巖覆蓋層最厚120 135

6、 m, 且同一主墩處基巖面傾斜變化大。( 5) 潮汐及水位。橋位河口區(qū)就是典型得非正規(guī)半日潮, 歷史最高潮水位5、67 m, 最低潮水位- 2、72 m; 橋位處潮差大, 最大潮差在6、87 m; 水流最大流速在2 m/ s 以上。四、主橋方案得選擇4、1 主通航孔跨徑選擇本橋橋位航道通航標(biāo)準(zhǔn)按1 萬(wàn)噸級(jí)海輪采用單孔雙向通航, 通航凈寬405 m, 凈高40 m, 設(shè)計(jì)最高通航水位4、83 m?？紤]到大橋軸線與航道軸線呈一定得夾角以及建橋后橋墩附近存在擾流區(qū), 為防止過(guò)往船只撞擊橋墩, 給大橋得正常使用構(gòu)成安全隱患, 在通航凈空與橋墩間留有足夠得安全距離就是非常必要得。因此, 主橋主跨定為不小

7、于480 m。若采用雙孔單向通航則跨徑不小于300 m。4、2 橋型方案得選擇在確定了橋位與橋軸線得基礎(chǔ)上, 如何合理地選擇橋型方案,應(yīng)從工程得安全、適用、經(jīng)濟(jì)及美觀等方面綜合考慮。針對(duì)自然條件及建橋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求, 研究滿足通航要求、施工條件及作為城市橋梁景觀要求得橋型方案。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外橋梁建設(shè)得實(shí)際水平, 研究并提出了4 種主橋橋型方案( 其中2 & 300 m 就是按雙孔單向通航考慮) , 即: 斜拉橋、矮塔斜拉橋、中承式拱橋及懸索橋。對(duì)主橋橋型方案說(shuō)明如下。( 1) 主跨480 m 得雙塔斜拉橋方案, 邊跨設(shè)置一個(gè)輔助墩, 跨徑布置為60 + 200 + 480+ 200+60= 10

8、00 m。( 2) 主跨300 m 得三塔矮塔斜拉橋方案, 跨徑布置為160+ 2 & 300+ 160= 920 m。( 3) 主跨800 m 得雙塔懸索橋方案, 跨徑布置為8 & 40+ 800+ 8 &40= 1 440 m。( 4) 主跨300 m 得中承式拱橋方案, 跨徑布置為85+ 2 & 300+ 85=770 m。方案一，雙塔斜拉橋方案，初步設(shè)計(jì)圖紙如下：方案二矮塔斜拉橋方案初步設(shè)計(jì)圖紙如下：方案三與方案四并未詳細(xì)畫(huà)出圖紙。4、3 橋型方案選擇中得總體構(gòu)思在橋梁概念設(shè)計(jì)階段，需要綜合考慮橋址自然條件、橋梁總體功能定位與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合各種橋型與基礎(chǔ)得適用性及建設(shè)投資得經(jīng)濟(jì)，并考慮

9、到景觀效應(yīng)、施工風(fēng)險(xiǎn)與后期養(yǎng)護(hù)得便捷等因素，通過(guò)反復(fù)對(duì)比得到較為理想得概念設(shè)計(jì)方案?？紤]到上述主孔通航對(duì)跨度得要求，主橋跨度要在 300m500m之間。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)建橋技術(shù)發(fā)展得水平，在 300m500m 之間具有競(jìng)爭(zhēng)力得橋型有斜拉橋（PC 主梁、結(jié)合梁主梁或混合梁主梁）、自錨式懸索橋、鋼箱/鋼桁架拱橋及上述橋型得協(xié)作體系等，對(duì)各種橋型適用得施工方法也就是不盡相同得。一般橋梁整個(gè)壽命周期內(nèi)， 施工階段得風(fēng)險(xiǎn)就是最大得，這就是由于在施工階段結(jié)構(gòu)體系往往 尚未形成，此時(shí)結(jié)構(gòu)柔度很大，抵抗異常荷載（強(qiáng)風(fēng)、地震、船幢 等）得能力很差，根據(jù)橋址處自然條件可知，橋位處接近入海口位 于臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)，設(shè)計(jì)風(fēng)速很

10、高，所以，施工過(guò)程中抗風(fēng)安全性需要 引起足夠得重視，為了最大限度地降低施工風(fēng)險(xiǎn)，所選擇橋型得施 工方法應(yīng)該能夠盡早形成比較可靠得整體受力得結(jié)構(gòu)體系為宜，施 工方法也應(yīng)該經(jīng)濟(jì)上可行，工期短。另外，考慮到橋位處基巖覆蓋 層很厚（大于 100m），覆蓋層土屬于軟土地基，承載能力極差，所 以對(duì)于需要基礎(chǔ)提供水平力得結(jié)構(gòu)體系（如地錨式懸索橋、有推力 拱橋等）就是不合適得?？鐝皆?300m500m 之間得斜拉橋目前最適 用得施工方法就是懸臂澆筑/拼裝法，然而在懸臂施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)體系得柔度較大，對(duì)風(fēng)荷載得靜力及動(dòng)力響應(yīng)都比較大，并且對(duì)于 懸臂澆筑法施工工期受到每個(gè)懸臂段得養(yǎng)護(hù)時(shí)間得控制，工期較長(zhǎng)。若采用自

11、錨式懸索橋方案，拱橋得跨度在接近 500m 時(shí)，屬于超大跨度拱橋，一般施工與設(shè)計(jì)難度較大，造價(jià)也較高，若采用單孔雙向通航布置，可以建設(shè)跨度 300m 左右得飛鳥(niǎo)式拱橋（采用無(wú)推力基礎(chǔ)），然而這類拱橋得施工一般采用分段纜索吊裝施工拱肋得方法，需要搭建臨時(shí)塔以臨時(shí)錨固尚未合攏得主拱，施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系同樣存在柔度過(guò)大，對(duì)風(fēng)荷載響應(yīng)過(guò)大等問(wèn)題，而且在接近 2km 得江面上，架設(shè)施工臨時(shí)塔就是很不方便與經(jīng)濟(jì)得；若采用下承式組合體系拱橋（主梁或拉桿承受主拱得拉力），主拱連同主梁同步多點(diǎn)頂推得施工方法（杭州九堡大橋首創(chuàng)），則不存在上述困難，而且由于采用頂推施工，主梁與基礎(chǔ)得施工可以同步進(jìn)行，可以大大縮短施

12、工工期，因此就是可行得，然而杭州九堡大橋得主跨只有 210m，對(duì)于主跨 300m 左右得拱橋，該施工方法得適用性需要仔細(xì)得論證。若采用矮塔斜拉橋方案，則可以采用結(jié)合梁主梁，我們知道對(duì)于矮塔斜拉橋，主梁就是主要得受力構(gòu)件，可以采用頂推施工方法，首先將結(jié)合梁得鋼梁部分頂推到位形成承受一期荷載得結(jié)構(gòu)體系，再在鋼梁上澆筑主塔、張拉斜拉索、并澆筑混凝土橋面板，這種施工方法一方面在早期形成整體受力得結(jié)構(gòu)體系，可以極大地提高結(jié)構(gòu)剛度，降低風(fēng)荷載響應(yīng)，減小施工風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，主梁與基礎(chǔ)可以同時(shí)施工，縮短了施工工期，所以結(jié)合梁主梁得矮塔斜拉橋方案也就是可行得，然而，目前工程中常見(jiàn)得矮塔斜拉橋跨度常在 200m 左右，主梁梁常采用變高度預(yù)應(yīng)力混凝土主梁，跨度在 300m 左右并采用結(jié)合梁作為主梁得矮塔斜拉橋并不常見(jiàn)，所以該方案及其施工方案都需要仔細(xì)得論證。綜上所述，從降低施工風(fēng)險(xiǎn)與縮短工期得角度，推薦可以采用懸臂澆筑法方案（雙塔斜拉橋）。從對(duì)航道通航得影響角度來(lái)瞧，懸臂法施工整個(gè)施工過(guò)程都可以在航道上空分節(jié)段完成，對(duì)于航道通航得影響最小。而頂推法施工要求頂推過(guò)程支撐間距小于100m，所以需要在航道中間設(shè)置臨時(shí)墩，可能需要協(xié)調(diào)航運(yùn)部門(mén)臨時(shí)調(diào)整航道布置甚至臨時(shí)封閉航道，所