桥梁初步设计方案比选

一．桥梁初步计一工程概况本册设计为猛河大桥初步设计猛河位于湖南省境内大桥的建设对推动该地区的经济发展具有十分重要的意义。本桥设计综合考虑该地区地形、地貌、通航、河床特征、泄洪要求，在满足使用要求的前提下，力求结构经济安全，施工方便。二设计规范公路工程技术标准公路桥涵设计通用规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG-20044路桥涵地基与基础设计规范公路工程可靠度设计统一标准公路桥涵施工技术规范公路桥涵钢结构及木结构设计规范公路工程抗震设计规范005-96钢结构设计规范.三技术标准根据设计要求，主要技术指标如下：．设计荷载：一级公路，双向六车道；．设计车速：80km/h桥面宽度双幅分离式每幅桥宽17.5m0.5m防撞栏+2m人行道2.5m右路+11.25m行车道+0.75m左路+0.5m防撞栏，两幅桥之间间距0.5m.．桥面坡度:纵坡3%，横坡1.5%；1．通航标准：III-(2)级个航道,双向通航孔，净高H为10m，净宽为150m上低宽为131m侧高h为通航水位为326.473m航道等级Ⅲ-（2）．设计洪水频率:按百年一遇洪水频率,设计水位为337.765m；．设计基准期：年。四水文地质概况本桥工程区段为K～K4+400桥址位于内陆河环境类别为Ⅰ（温暖或寒冷地区的大气环境、与无侵蚀性的水或土接触的环境桥位与河道两岸顺直。两堤间距约7，桥址河床断面属宽滩式河床断面。地质勘探结果表明桥位区地质情况一般河滩位置依次是低液限黏土容许应力[σ0]=250KPa；弱风化泥质灰岩，容许应力0]=1000KPa；微弱风化泥质灰岩容许应力0]=1200KPa风化白云质灰岩许应力[0]=2000KPa，河槽部分依次是砂砾层，容许应力[0]=550KPa，砂卵层，容许应[σ0]=1200，根据上述地质条件，设置端承桩。五大桥设计方案5.1

全面贯彻“安全、实用、经济、美观”的技术方针。（1造价要求所选桥型力求技术先进结构独特有别于附近已建桥梁,同时满足工程数量省、造价低、投资少、经济合理的原则。施工要求。所选桥型应满足有成熟施工经验、所需施工设备少、工艺简单的要求,以减小施工难度、加快施工进度、节省投资金额、保证施工质量。通航要求为减少船舶撞墩的机率确保桥梁的安全,适当增大和合理布置通航孔跨径,并且抵抗船舶撞击具有足够的安全,同时所选桥应保证在施工时不能影响船只通行。景观要求桥梁作为一种功能性的结构物同时也是一种美学的艺术。所以在满足桥梁实用功能和桥下通航要求的前提下力求桥梁造型美观使大桥2与周围环境相协调。并应最大限度地减少施工对河水及周围环境的污染。基于以上原则再结合地质实际情况以及中国现有的常见桥型次设计选取了四种桥型：连续刚构桥，独塔双索面斜拉桥，三跨连续下承式钢管混凝土拱桥，自锚式混凝土悬索桥。最后综合各种因素，选取连续刚构桥作为推荐方案。方案一：连续刚构桥5.2.1主桥设计（1）总体布1．方案构思随着交通运输特别是一级级公路的迅速发展行车平顺舒适提出了更高的要求。而悬臂梁桥和T刚构桥由于形变比较大的原因均难满足这个要求，超静定结构的连续钢构桥以其结构刚度大变形小伸缩缝少和行车平稳舒适等突出优点而得到迅速发展与连续梁桥相比连续刚构桥在墩顶处由恒载产生的弯矩要小所以在特大跨连续梁体系桥中一般考虑采用连续刚构桥变截面连续刚构桥立面多采用不等跨布置，边主跨比一般为0.～0.692，梁底曲线可采用二次抛物线折线和介于折线与二次抛物线之间的.5～1.8次抛物线其中抛物线的变化规律应与连续梁的弯矩变化规律接近。本桥河床较为平坦基岩埋深较浅可以使用较大跨径以满足通航和泄洪要求。由于III-(2)级航道，通航净宽150m，设一个通航孔，考虑到桥墩布置、地质地形和通航富余等条件主跨为160m连续刚构桥的边主跨比为～0.692之间，本桥考虑取两桥台之间长度为700m由于桥位地质条件好，而引桥的标准跨为一般30m、40m或50m,，故跨径布置为：2×50+40+50（预制预应力简支）+100+160+100+3×50（预制预应力简支T梁），这时边主跨1满足要求。3图.1

连刚桥案体置（位cm）2．桥面标高确定：竖曲线设计：根据《公路工程技术规范》高速公路竖曲线半径一般取值为4500m最小值为3000m但考虑到避免桥台高度过低在桥梁竖曲线和纵坡满足规范的前提下本方案竖曲线半径采用R＝竖曲线基本要素为竖曲线长度L=270m、切线长T＝135m、竖曲线外距E=3.04m桥面标高：本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两端引道标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。①按设计水位计算桥面标高，计算公式如下：H

min

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o式中：

HH

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——桥面最低高程（m——设计水位（m计水位记入壅水、波浪高度等

j

——桥向净空安全值（m——桥梁上部结构建筑高度。H

337.765+1.5+3+0.10=342.365m(主桥跨中桥面标高②按通航水位计算桥面标高：4H

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——设计最高通航水位（m）——通航净空高度（m）H

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h——桥梁上部结构建筑高度，包括桥面铺装层高度（=326.473+10+3++0.1=339.573m主桥跨中桥面标高）③按路堤通车处计算桥面标高：路堤通车处通车净空4.5m，上部结建筑高度3.0m，设计跨中桥面标高为：43.352+3+4.5=49.852m。综合上述标高，本方案标高取为49.852跨中桥面标高由路堤通车处跨线标高确定。（2）上部结构计主桥上部结构采用变截面箱梁，C50混凝土，桥梁宽度17.5m，箱梁顶板宽度取17.5`.0m，底板宽取10.0m。根据《桥梁工程》通常梁性刚柔桥，支点处箱梁截面的高跨比在1/161/20之间，跨中截面梁高约为支点截面梁高的/2.5～1/3.5，故本桥支点处梁高取9.5m，高跨比为1/20，跨中梁高取4m，跨中截面梁高为支点梁高1/3

，高跨比为1/60箱梁顶板厚取30cm腹板及底板采用变截面，腹板厚度由墩跨中40cm厚逐渐过渡至墩顶60cm厚,底板厚度由墩跨中35cm逐渐过渡至墩顶80cm厚。梁高、底板厚度按二次抛物线变化，以满足受力及桥梁线形上的需要腹板厚度按直线变化本桥方案由于桥面宽度的要求考虑采用单箱单室断面，单箱单室断面构造简单，受力明确，施工方便。5图.2连续构方主横面（位cm）（3）下部结构计本桥地形平坦通航孔布置范围较广由钻探资料本桥主要地层第一层为沙砾层、第二层为砂卵层，采用端承桩，入岩深度大于三倍桩直径，因此主桥基础采用端承桩基础桥桥墩为双肢薄壁桥墩设m厚钢筋混凝土承台。主桥基础采用钻孔灌注桩选择在枯水季节钻孔施工主墩每墩桩数为24根桩端入持力层厚度亦大于桩直径3倍。6图.3连续构桥案桥墩样（位cm）5.2.2引桥设计（1）桥跨布置2×50+40+50m（预制预应力简支T梁）+主跨部分+3×50m。（2）上部结构计引桥上部结构采用标准跨径为0m的预应力简支T梁梁高为2m预制宽度为2m，主梁吊装就位后浇筑.4m的湿接缝，T梁间距为2m，跨中腹板厚度为0.2m，跨中马蹄宽度0.5m，高度0.25m，斜坡高0.15m，支点截面腹板厚度变为0.5m。图.4连续构桥案桥梁面（位cm）7（3）下部结构计引桥桥墩采用圆柱式桥墩，桥墩直径为.5m，每一横截面共设有四个桥墩，每一个桥墩下面设置1.0m直径的圆柱桩，中心距为2.5倍桩径，圆柱桩之间设置横系梁（4）桥台设计本方案中，桥下地基良好，桥台接线处填土高度大约为0m左右，采用构造简单费用较低的重力时桥台是比较合理的选择具体桥台的尺寸请参照相关图纸。方案二：独塔双索面斜拉桥5.3.1主桥设计（1）总体布:8×40m预应力混凝土简支T梁＋160m＋180m（双塔双索面斜拉桥＋50m+30m预应力混凝土简支T梁＝750m。图.5斜拉型体置（位）1．方案构思：8独塔斜拉桥在河床地质地形条件较好时经济性比较好可以省去一个桥塔无索区比双塔斜拉桥长拉索用量少次其活载最大挠度发生在拉索区，对受力有利，受收缩徐变及温度梯度的影响较小；再次，其结构布置灵活，施工也比较方便，可采用悬臂浇筑、转体施工等方法。鉴于这些优点并结合当地的地质条件位处基岩埋深较浅且均匀一致，承载力高，河槽偏于西岸，属于不对称情形，同时河面宽度，在其经济跨径的范围内另外桥位处视野开阔耸的桥塔进一步增加了大桥雄伟的气势，因此独塔斜拉桥是一个很具有竞争力的方案。2．桥面标高确定：（1）竖曲线设计：根据《公路工程技术规范》高速公路竖曲线半径一般取值为10000m、最小值为6500m，但考虑到避免桥台高度过高，在桥梁竖曲线和纵坡满足规范的前提下，本方案竖曲线半径采用＝10000m。竖曲线基本要素为：竖曲线长度L=400m、切线长T＝200m、竖曲线外距=2m(2）桥面标高：本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两端引道标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。①按设计水位计算桥面标高，计算公式如下：H

min

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o式中：

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——桥面最低高程（m——设计水位（m计水位记入壅水、波浪高度等

j

——桥向净空安全值（m——桥梁上部结构建筑高度。H

337.765+1.5+2.5+0.10=341.865m(主桥跨中桥面标高②按通航水位计算桥面标高：H

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HHhMo9式中：错误！找到引用源——桥面最低高程（）HH

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——设计最高通航水位（m）——通航净空高度（m）H

h——桥梁上部结构建筑高度，包括桥面铺装层高度（=326.473+10+2.5+0.1=339.073m主桥跨中桥面标高）（）上部结构计1.主塔：桥面以上主塔顺桥向宽7m桥面以下至承台逐渐过渡到10m。横桥向厚度为4m桥塔总高度为108.8m，桥面以上高为89.50m。2.主梁：主梁梁高为2.5m，桥面板行车道做成1％的双向横坡，桥面全宽26.5m。主梁截面采用混凝土形式，其截面形式见图：图.6

主截形（位）3斜拉索：斜拉索采用直径8mm的低松弛高强平行镀锌钢丝束。斜拉索外层防护采用热挤双层PE防护套，外层防护套的颜色可根据景观要求选用。边跨斜拉索布置14m+17×8m+10m主跨斜拉索布置15m+17×索横向间距为25.50m全桥共设2×18对斜拉索塔两侧斜拉索的设计以避免产生较大的塔身弯矩为原则。斜拉索两端用冷铸锚分别锚固于索塔和主梁上拉索与主梁上的耳板采用销铰式连接，通过耳板用高强螺栓与主梁连接，斜拉索中心线在耳板平面内摆动。10（）下部结构计主桥基础采用端承群桩基础考虑到美观性枯水期桩不外露承台位置尽可能靠近最低水位本设计取承台中心面与最低水位平齐承台尺寸取为6.00m（横桥向×12.00m(桥)×4.0m(高)基础21根直径Φ的桩组成，纵向3排，间距4m横向，间距5m持力层厚度大于三倍桩劲。5.3.2引桥设计（1）桥跨布置8×40m（预制预应力简支T梁）+主跨部分+50m+40m。（2）上部结构计引桥上部结构采用标准跨径为0m的预应力简支T梁梁高为2m预制宽度为2m，主梁吊装就位后浇筑.4m的湿接缝，T梁间距为2m，跨中腹板厚度为0.2m，跨中马蹄宽度0.5m，高度0.25m，斜坡高0.15m，支点截面腹板厚度变为0.5m。11图.7连续构桥案桥梁面（位cm）（3）下部结构计引桥桥墩采用圆柱式桥墩，桥墩直径为.8m，每一横截面共设有四个桥墩，每一个桥墩下面设置2.0m直径的圆柱桩，圆柱桩之间设置横系梁。具体布置参考图纸。（4）桥台设计本方案中，桥下地基良好，桥台接线处填土高度大约为0m左右，采用构造简单费用较低的重力时桥台是比较合理的选择具体桥台的尺寸请参照相关图纸。方案三：三跨连续下承式钢管混凝土拱桥5.4.1主桥设计（1）总体布置方案取为三跨连续中承式钢管混凝土拱桥。主桥长主跨长300m，采12用对称布置。图.8拱桥型总布图单：cm）1.方案构思拱桥是我国公路上使用广泛的一种桥型在竖向荷载作用下两端产生水平推力，使拱内产生轴向压力，大大减小了拱圈的弯矩，应力分布均匀，跨越能力较大拱圈的弧形使结构摆脱了单纯的直线组合形式鲜活美观下承式拱桥不仅保持了拱桥一般的力学特点特别是桥梁标高受限时采用下承式拱桥可以降低桥面标高方便两端的接线更重要的是下承式拱桥的拱圈中的巨大水平推力可以由系杆来承受，从而减小拱桥对地基的要求，使基础造价降低2．桥面标高确定竖曲线设计：根据《公路工程技术规范》高速公路竖曲线半径一般取值为4500m最小值为3000m但考虑到避免桥台高度过高在桥梁竖曲线和纵坡满足规范的前提下本方案竖曲线半径采用R＝3000m竖曲线基本要素为竖曲线长度L=270m、切线长T＝135m、竖曲线外距=3.04m。桥面标高：本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两端引道标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。①按设计水位计算桥面标高，计算公式如下：H

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——桥面最低高程（m——设计水位（m计水位记入壅水、波浪高度等

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——桥向净空安全值（m——桥梁上部结构建筑高度。H

337.765+1.5+2+0.10=341.365m(主桥跨中桥面标高13②按通航水位计算桥面标高：H

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——设计最高通航水位（m）——通航净空高度（m）H

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h——桥梁上部结构建筑高度，包括桥面铺装层高度（=326.473+10+2+0.1=338.573m主桥跨中桥面标高）综合上述标高，本方案标高取为338.573跨中桥面标高由路堤通车处跨线标高确定。（2）上部结构计1.拱肋设计引桥上部主跨采用中承式悬链线无铰拱结构采用钢管混凝土桁架六支桁式断面沿拱轴拱肋采用变高（拱脚钢管中心距8m,拱顶钢管中心距4m制宽度为4m，边拱拱肋采用上承式双肋悬链线半拱，计算跨径75m，矢高35m，矢跨比为1/4.3,每肋由高4m,宽4m钢筋混凝土箱梁组成两肋间设有一“K字和一组“米”字钢管桁式架横撑，它们与边拱端部固结的预应力混凝土端横梁一起，组成一个稳定的空间梁系结构2.系杆及吊杆设计系杆设计是拱桥中的一个关键问题一方面要考虑系杆与拱肋的连接保证系杆能很好的与拱肋共同受力；另一方面又要考虑系杆与行车道之间的相互作用避免桥面因阻碍系杆的受拉而遭破坏该桥系杆布置箱梁的中间室内两端锚固于边跨混凝土箱梁梁段横梁处锚体之上，锚体为钢筋混凝土结构，采用50混凝土，锚体及拱座处埋设系杆预埋钢管。吊杆在同一截面内设置双吊杆，以有利于拱肋横向稳定。一般吊杆间距为4~10m,吊杆间距初步拟定为7.0m，全桥共设7对吊杆。每根吊杆采用Φ7的低松弛钢绞线，采用双层HDPE全防腐体系，双层DPE之间设一隔离层，锚具采用OVM-LZM冷铸墩头锚，分别锚固与拱肋钢管顶端和箱梁锚固室内的腹板上。145.4.2引桥设计（1）桥跨布置2×50m+40+50（预制预应力简支T梁）+主跨部分+30m+30m。（2）上部结构计引桥上部结构采用标准跨径为0m的预应力简支T梁梁高为2m预制宽度为2m，主梁吊装就位后浇筑.4m的湿接缝，T梁间距为2m，跨中腹板厚度为0.2m，跨中马蹄宽度0.5m，高度0.25m，斜坡高0.15m，支点截面腹板厚度变为0.5m。图.9连续构桥案桥梁面（位cm）15（3）下部结构计引桥桥墩采用圆柱式桥墩，桥墩直径为.8m，每一横截面共设有四个桥墩，每一个桥墩下面设置2.0m直径的圆柱桩，圆柱桩之间设置横系梁。具体布置参考图纸。（4）桥台设计本方案中，桥下地基良好，桥台接线处填土高度大约为0m左右，采用构造简单费用较低的重力时桥台是比较合理的选择具体桥台的尺寸请参照相关图纸。方案四：自锚式混凝土悬索桥5.5.1主桥设计（1）总体布置1．方案构思自锚式悬索桥与传统悬索桥的最大区别有两个一是主缆锚固于边跨加劲梁（即锚跨因而可以利用加劲梁的水平支承能力来平衡主缆水平分力；利用锚跨自重来平衡主缆拉力的竖向分力可节省庞大的锚碇工程其二可利用主缆水平分力为加劲梁提供压应力因而加劲梁可采用普通混凝土结构节省了预应力费用自锚式悬索桥具有传统悬索桥的主要审美特征又能够给我们一种格外的厚重、敦实、雄伟的感受。现代桥梁除了满足自身的结构要求外，也越来越注重景观设计，因此，自锚式悬索桥应用前景是很乐观的。表1.1国内外自锚式悬索桥参数：桥名三汊矶湘江大桥

跨度132+328+128

矢跨比1/5.0

加劲梁钢梁

地点中国16苏州竹园大桥日本此花大桥韩国永宗大桥

33+90+33120+300+120125+300+125

1/8.01/6.01/5.0

钢-混凝土梁钢梁钢梁

中国日本韩国参考上表设计资料，本桥总体布置为：7×（预制预应力混凝土T形梁＋75m+230m+75m（自锚式混凝土悬索桥）+50m+40m（预制预应力混凝土T形梁）图自锚悬桥案体置图单：cm2．桥面标高确定本桥桥面标高根据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两端引道标高的需要，并结合桥型跨径等综合考虑。①按设计水位计算桥面标高，计算公式如下：H

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——桥面最低高程（m——设计水位（m计水位记入壅水、波浪高度等

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——桥向净空安全值（m——桥梁上部结构建筑高度。H

36.61+1.5+2.8+0.10=41.01m(主桥跨中桥面标高17②按通航水位计算桥面标高：H

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——设计最高通航水位（m）——通航净空高度（m）H

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h——桥梁上部结构建筑高度，包括桥面铺装层高度（=32.05+10+2.8++0.1=44.95m主桥跨中桥面标高）③按路堤通车处计算桥面标高：路堤通车处通车净空4.5m，上部结建筑高度设计跨中桥面标高为：39.052+2.1+4.5+2.05=47.702m。综合上述标高，本方案标高取为7.702m（跨中桥面标高（2）上部结构计1．加劲梁自锚式悬索桥中的恒载由主缆来承受而活载还需要由主梁来承受所以主梁必须有一定的抗弯刚度梁的形式以采用具有一定抗弯刚度的箱形断面较为合适。本方案选用钢箱梁，减轻了体系的自重，在一定的跨度允许范围内，使桥梁的安全性指标、适用性指标、经济性指标、美观性指标得到了完美的统一。对结构受力而言由于采用了自锚体系将索锚固于主梁上利用主梁来抵抗水平轴力。18图

主断图单：cm2．桥塔及基础设计本桥索塔塔高42m（主梁底部以上用钢筋混凝土门式桥塔，由两根塔柱及一道横梁组成，塔柱在纵向、横向均为等宽度。塔柱底面高程4.805m，塔顶高程为95.702m。索塔包括塔柱、横梁以及索塔附属设施（索塔内爬梯、除湿系统为加强索塔横向连系，提高索塔横向稳定性，索塔设置一道预应力混凝土箱形横梁。（3）下部结构计塔基采用钻孔群桩基础，塔基采用21根直径2.0m的钻孔桩，桩底嵌入基岩层1.5-2倍桩径；桩长15.56m，承台厚度为4m5.5.1引桥设计参见此前引桥设计方案。桥型方案比选在桥梁方案比选中，要注意下列四项主要标准：安全、功能、经济与美观，其中自然以安全与经济为重。下面对四个方案进行简述：桥方比表19方案

第一方案预应力混凝土连

第二方案独塔斜拉桥

第三方案下承式连续钢管

第四方案自锚式混凝土悬项目1

续钢构桥分孔7×40+100m+8×40m

拱桥8×40m

索桥7×40m

桥长纵坡施工难

180m+100m+50m+40m750m2%主桥主跨跨度

+160m+180m+50m+40m750m1％索力调整控制

+95+110m+95m+40m+50m+40m750m1％主梁采用移动模

+75m+230m+75m+50m+40m750m1％主桥跨度240m易180m度很大，复杂梁悬臂架施工时墩较度较小要先悬对于悬臂施工技施工塔爬模多影响通航缆臂拼装施工主梁，术以及所采用的施工技术成熟，索架设拱肋时要材料有较高的要工期较短桥修建临时索塔

施工复杂，工序多，技术尚不成求，引桥预制吊用预制架设装量易保证，量高，工期短。工序简单。

程量大；

熟。5

接线标高

44.902m44.90244.902m44.902m6

适用性

1．双向通航孔，主孔道150m，通航性好；2．满足泄洪要求，适用性好；3．施工技术成熟，悬臂施工合理。4．主桥桥面连续，行车平顺，

1．双向通航，主孔道150m航性好；．净跨径大，墩台少河床压缩小利于汛期泄洪；．悬臂施工技术成熟工合理。4．主桥连续，

1．双向通航孔，主孔道75m，两个同行孔，通航性好；2．桥面连续，行车顺畅3．钢管混凝土拱受日照温差影响易脱空

1．双向通航孔，主孔道150m航性好；2．净跨径大，有利于汛期泄洪；3．先梁后缆的施工方法工技术复杂固技术复杂凝土容易开裂。4桥型新颖，受后期养护费用少。引桥采用简支结构，伸缩缝

行车平顺索张拉复杂期20

力合理护费用很高。多。

养护费用高。7

外形美观

外型朴素大方，线形流畅。引桥的跨径和主桥的