[精品]蔡甸茂林橋九孔連續(xù)拱橋設(shè)計(jì)淺談

1、蔡甸蓮花湖茂林橋九孔連拱淺談衛(wèi)超（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 湖北 武漢430015）摘要:茂林橋是蔡甸蓮花湖茂林路匕跨越蓮花湖的一座景觀橋。茂林橋?yàn)榫趴走B續(xù)兩錢拱橋, 上承式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。拱橋主跨凈跨徑1麗，其余邊孔呈加遞減趨勢，橋梁全長150哄 橋梁下部結(jié)構(gòu)為樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)為u型橋臺(tái)，鉆孔灌注樁。關(guān)鍵詞：連續(xù)兩較拱橋u型橋臺(tái)設(shè)計(jì)施工 1引言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，橋梁作 為一個(gè)工程建筑物，不僅要滿足社會(huì)交通功 能的需求，同時(shí)還耍為人們h益增長的精神 文化需求發(fā)揮效應(yīng)。橋梁作為一個(gè)具有力 學(xué)、美學(xué)的結(jié)構(gòu)建筑，在市政基礎(chǔ)建設(shè)方而， 越來越多的被賦予了景觀的功能作川。蔡甸 蓮花湖茂林

2、橋九孔連續(xù)拱橋，就是此類工程 中的一例。多孔拱橋立面具有曲線感,玲瓏 輕巧，作為景觀橋梁具有很強(qiáng)的競爭力。 2工程概況茂林橋位于武漢市蔡甸區(qū)蓮花湖景區(qū)， 是新建茂林路上跨越蓮花湖7#湖上的一屎 人車通行橋梁。橋梁兩邊分別與道路相接， 橋梁西端接沿湖路a段,東端接沿湖路b段。 沿湖路與茂林路銜接處需做道口設(shè)計(jì)。橋址 范圍湖面寬度約220m,考慮到平面交叉道口 的空問需要，故橋梁長度需控制在150m左 右為宜，便于上下橋兩端的道口設(shè)計(jì)。該工程在方案設(shè)計(jì)階段，我院根據(jù)業(yè)主 要求，同時(shí)結(jié)合茂林橋7#湖地理情況，綜合 考慮結(jié)構(gòu)功能、造價(jià)、景觀及施工各方面因 素，設(shè)計(jì)了三個(gè)橋型方案，分別為：6x25m 空

3、心板橋（橋面連續(xù)）；八孔變截面連續(xù)板 橋，跨徑組合為12m+6x20m+12m；九孔連續(xù) 拱橋，跨徑組合為1 om+12m+l 4m+16m+l 8m+l 6m+l 4m+12m+lonic圖1茂林橋效果圖全景經(jīng)業(yè)主比選后，考慮考慮蔡甸蓮花湖的 景觀需求，選定九孔連續(xù)拱橋?yàn)樽罱K橋型。 橋型效果圖如下圖1所示。3主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 汽千荷載：城一b級(jí) 主孔凈空：3. 5m 設(shè)計(jì)車速：30km/h 行車道數(shù)：雙向兩乍道 4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4. 1結(jié)構(gòu)總述連續(xù)拱橋橋血寬度為15m,橋血寬度組成 為:2.5m （人行道）+l（）m （行車道）+2.5m （人行道）,其屮行車道范圍內(nèi)鋪裝為9cm瀝 青混凝土+8cm

4、現(xiàn)澆混凝土；人行道范圍內(nèi)結(jié) 構(gòu)層為8cm人行道板,人行道板上鋪2cmm10 水泥砂漿，砂漿上貼3cm厚人行道地磚。橋梁跨徑為多跨連續(xù)拱橋，跨徑紐合為 1 om+12m+14m+16m+18m+16m+14m+12m+ 10m,拱圈厚度為0.4m,兩餃拱體系，鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)；橋墩為實(shí)體板式墩，承臺(tái)厚度 為2.0m,橋墩樁基直徑（1）1.2m；橋臺(tái)為u 型橋臺(tái)，下接承臺(tái)及樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)樁基直徑 4）1.2m。4. 2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算及配筋4. 2. 1設(shè)計(jì)總體思路結(jié)構(gòu)體系選定：無較拱橋?qū)Φ鼗筝^ 高，本橋范圍內(nèi)淤泥質(zhì)粘土層較厚（最厚處 達(dá)10m多），故木橋拱橋不宜采用高次超靜 定體系的無錢拱，而三

5、餃拱拱頂錢施工較麻 煩，.l在運(yùn)營階段往往容易損壞，影響橋梁 的使川和耐久性，故木橋選用對地棊適應(yīng)性 較好的兩錢拱橋。同時(shí)，為減輕上部結(jié)構(gòu)的 自重，采用空腹式拱。上部結(jié)構(gòu)：因木橋拱圈跨徑較小，為施 工方便，同時(shí)便于地方施工,拱圈釆用便于 搭設(shè)支架現(xiàn)澆施工的板拱。卜部結(jié)構(gòu)：橋梁基礎(chǔ)分為樁基礎(chǔ)與擴(kuò)大 基礎(chǔ)兩種。茂林橋地處蓮花湖全湖區(qū)，根據(jù) 勘測單位提供的地質(zhì)勘察報(bào)告，橋位范圍內(nèi) 表層土為雜填土，其次為厚度在410m厚 的淤泥質(zhì)粘土及軟塑粘土， 土質(zhì)基本接近 流軟塑，地基承載力為4070kpao此種 地質(zhì)情況下，墩臺(tái)若采用擴(kuò)人基礎(chǔ)，則基礎(chǔ) 的換填深度很深，而其基礎(chǔ)沉降難以控制， 對連拱拱橋的結(jié)構(gòu)不利

6、。因此，墩臺(tái)基礎(chǔ)采 用擴(kuò)大基礎(chǔ)是不合適的。鑒于此，本橋下部 結(jié)構(gòu)采川樁棊礎(chǔ)。橋臺(tái)為u型橋臺(tái)，鉆孔灌 注樁基礎(chǔ)；橋墩為板式墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。 4. 2. 2結(jié)構(gòu)尺寸擬定上部結(jié)構(gòu)：拱圈采用板拱，拱軸線為圓 弧線，失跨比為1： 5o拱圈寬度14. 2m,厚 度0.4m,拱腳處設(shè)置鉛墊塊，鉛墊塊外包薄 銅片，形成餃接體系。為減小結(jié)構(gòu)白重，拱 圈上設(shè)置五道縱墻，縱墻上設(shè)置實(shí)心板形成 橋面。縱墻厚度為0.4m,考慮到縱墻向拱圈 的力的擴(kuò)撒效應(yīng)，在縱墻處設(shè)置0.4x0.4m 的墻址（見圖2）,以使拱圈受力橫向趨于均 勻。下部結(jié)構(gòu)：橋墩采用雙排4）1.2m樁，橫 橋向樁基為3根；橋臺(tái)采用u型橋臺(tái)，下接 鉆孔

7、灌注樁，臺(tái)樁為3排樁，樁徑4）1.2m, 橫橋向?yàn)?根。結(jié)構(gòu)斷面見圖2o圖2標(biāo)準(zhǔn)橫斷面4. 2. 3結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的選定基礎(chǔ)剛度在連拱體系拱橋計(jì)算中，對上 部結(jié)構(gòu)影響較人，在基礎(chǔ)剛度與拱圈剛度比 值大于38時(shí)，可不考慮連拱效應(yīng)，按單拱 計(jì)算。經(jīng)計(jì)算,本橋基礎(chǔ)剛度與拱圈剛度比 值約為12,故不能按單拱計(jì)算。木橋計(jì)算時(shí) 按照上下部結(jié)構(gòu)一起建模型進(jìn)行計(jì)算。 連拱計(jì)算模型如圖3：圖3連拱計(jì)乳模型a'=e乜 ea co&)對于上下部協(xié)同受力的情況，在連續(xù)剛構(gòu)橋 中同樣存在，國內(nèi)對于這種情況的簡化處 理，人致有如下四種方法：（1）將樁基按照 實(shí)際尺寸連同承臺(tái)和拱圈一-起建模，樁基在 沖刷線以

8、下兩側(cè)加裝水平土彈簧，彈簧剛度 k按照m法計(jì)算,k=m*z*b* a h,其中m為土 層地基土比例系數(shù)，z為該層土據(jù)沖刷線處 距離，b為樁基計(jì)算寬度，ah為土層厚度。（2）將沖刷線以上樁基利用冇限元法桿件 單元模擬，沖刷線以下樁基利用比擬桿件進(jìn) 行模擬，在桿件頂加裝水平彈簧進(jìn)行剛度補(bǔ) 償，沖刷線以卜基樁比擬桿件的補(bǔ)償剛度a k及兒何尺寸如下： k_ 3%/mm35 cc（5 cc 8一 .w）mm2 qq-）上式中，a'為比擬桿件截面面積，l為等效 長度，i為桿件截而抗彎慣矩。【5】（3）根據(jù)04規(guī)范，將沖刷線以下樁基模擬 成口型剛架，連同承臺(tái)一起迭代到上部結(jié)構(gòu) 中，進(jìn)行縱向計(jì)算。（4

9、）根據(jù)拱橋連拱計(jì)算 理論，縱向計(jì)算時(shí)，將墩柱、承臺(tái)與拱圈一 起按照有限元單元建模，因?yàn)槟緲蚧鶚毒鶠?嵌巖樁，故承臺(tái)豎向可按剛性支撐考慮，水 平向加裝彈簧支撐（剛度k,）,轉(zhuǎn)角方向加 裝彈性轉(zhuǎn)角約束（轉(zhuǎn)動(dòng)剛度kj ,同時(shí)考慮抗 彎與抗推z間的傳遞系數(shù)（k：j,計(jì)算橋墩樁棊的抗推剛度斤、抗彎剛度s和相干系數(shù)t ,即有:ki=a, k2=s , k3=t o由以上四種計(jì)算方法，結(jié)合木次工程的施工 步驟，采用了（4）模式進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)結(jié) 合施工步驟，進(jìn)行了施工階段的計(jì)算。4. 2. 4結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果拱橋縱向計(jì)算采川同濟(jì)人學(xué)有限元通用程 序橋梁博士 v3.0，計(jì)算結(jié)果顯示，1號(hào)墩受 力最不利，承臺(tái)底內(nèi)力為

10、:豎向力p=11400kn, 水平力h=1650kn,彎矩m=6250kn m,經(jīng)群 樁計(jì)算后，得知，地血沖刷線處樁的水平位 移5. 6mm,小于6min。單樁樁身最大彎矩為 840knm,剪力為275kn,豎向力最大為 2018kn,最小為1780kn,按照圓形截面配筋 計(jì)算得知,ei.2m樁計(jì)算配筋為1722 , 考慮到鋼筋均布及安全儲(chǔ)備，施工圖樁基配 筋為2222。拱圈配筋計(jì)算：因?yàn)槟緲驗(yàn)閮奢^拱，縱向計(jì) 算長度厶）=0. 54乙，拱圈截而下緣最大內(nèi) 力為n=7310kn,m=2590kn-m,為偏心受壓構(gòu) 件，計(jì)算配筋為需要配直836 25。拱圈上緣 按構(gòu)造配筋即可；考慮到縱墻向拱圈的力

11、的 擴(kuò)撒效應(yīng)，在縱墻處設(shè)置0.4mx0. 4m的墻 址（見圖2）,以使拱圈受力橫向趨于均勻。 拱圈縱向主筋配置在墻址向下各45°角擴(kuò) 散到拱圈底范圍內(nèi)，具余范圍內(nèi)按照150mm 間距均和16縱向鋼筋。因拱圈縱向跨徑較小，h寬跨比接近1： 1, 故不需要驗(yàn)算拱圈的血內(nèi)、面外穩(wěn)定性。5. 1場平及地基處理施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，場平措施是采用橋梁邊 線兩側(cè)筑路堤圍垠施工，而在施工單位進(jìn)場 吋，7#湖內(nèi)湖水基本接近于干涸，根據(jù)現(xiàn)場情況，變更了施工描施，采用橋位范圍及兩 側(cè)各2m范圍內(nèi)拋石清淤，然后筑路施工。5. 2拱橋上下部結(jié)構(gòu)施工(1) 地基處理后，進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)施工。0 9號(hào)墩臺(tái)施工完畢后,在0號(hào)

12、臺(tái)、9號(hào)臺(tái)后 側(cè)墻內(nèi)填筑透水性砂土，砂土摩擦角不小于 35度。(2) 因木橋連拱長度較長，為盡量減小連 拱效應(yīng)，拱圈澆筑時(shí)，采用先澆筑兩端各三 孔拱圈，最后澆筑中間三孔拱圈的原則施 工。具體步驟是，先搭設(shè)第一、第二孔拱圈 支架，并對支架進(jìn)行預(yù)壓，待支架穩(wěn)定、消 除彈性變形后，綁扎笫一、第二跨拱圈鋼筋, 對第三孔支架進(jìn)行預(yù)壓，而后澆筑第二孔拱 圈鋼筋，待拱圈混凝土強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的 85%后，拆除第二跨拱圈支架，綁扎第三孔 拱圈鋼筋并澆筑拱圈混凝土，待拱圈卷強(qiáng)度 達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的85%后，拆除第三跨拱圈支 架。第七九孔按此施工。而后一次搭設(shè)第 四六孔支架并澆筑拱圈儉。3、全橋拱圈成型后，拆除所冇拱

13、圈支架, 進(jìn)行縱墻和橋面板施工?？v墻施工時(shí)，按照 橫橋向?qū)ΨQ的原則施工，先澆筑兩邊及中間 的三道縱墻，最后澆筑其余兩道縱墻。4、全橋橫向設(shè)置四塊橋面板，吊裝施工 時(shí)需對稱施工，先吊裝中間兩塊橋面板，而而后澆筑笫一跨拱圈，待拱圈混凝土強(qiáng)度達(dá) 后吊裝兩側(cè)的兩塊。到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的85%后，拆除第一跨拱圈支架，5、橋而系施工。挪到第三孔處，搭設(shè)第三孔拱圈支架，同時(shí)6結(jié)語圖4茂林橋?qū)嵕霸诒緲蚴┕み^程中，清淤工作至關(guān)重要, 不僅影響到施工進(jìn)程，而l對橋梁的安金性 也存在影響，故一定要加以重視。另外，對 于地質(zhì)悄況較差時(shí)，修建拱橋時(shí)，下部結(jié)構(gòu) 的造價(jià)較高，這是需要考慮的問題。目前，茂林橋已經(jīng)竣工驗(yàn)收并安全運(yùn)營 兩年多。通過2008年6月華中科技人學(xué)土 木工程檢測'卩心的檢測報(bào)告結(jié)論(茂林橋滿 足設(shè)計(jì)和止常運(yùn)營的要求)，說明木橋的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的，丿施丄措施是得當(dāng)?shù)?。筆者 希望本橋的建設(shè)和施工對同類型橋梁的