同济大学桥梁概念设计说明

./方案说明书目录一、主要技术标准1二、主要基础资料3三、设计方案时应考虑的当地实际建设条件4四、主桥方案的选择54.1主通航孔跨径选择54.2桥型方案的选择54.3桥型方案选择中的总体构思8五施工方法11一、主要技术标准〔1公路等级：一级集散双向六车道公路；〔2设计速度：80km〔3设计基准期：100年；〔4汽车荷载等级：公路—Ⅰ级,人群荷载标准值：2.5kN/m2；〔5标准横断面：主桥桥梁标准宽度〔其中索区宽度为建议值：39.5m=3〔人行+非机动车+1.5〔索区+2.5〔硬路肩+3×3.75〔机动车道+0.5〔路缘带+2〔分割带+0.5〔路缘带+3×〔6设计基本风速：100年重现期设计基本风速为45m/s。〔7设计水位见表1所示。表1设计水位一览表项目设计洪水位最高设计通航水位最低设计通航水位标准300年一遇20年一遇98％保证率数值〔m6.754.83-2.92〔8通航标准如表2所示。表2通航净空和通航孔数量一览表通航孔名称航道类型代表船型通航净空尺度〔m通航孔数量净宽净高主通航孔单孔双向航道10000吨级杂货船40540110000吨级散货船副通航孔单孔单向航道500级散杂船4582二、主要基础资料该大桥是省市公路"十一五"建设规划中的区域干线公路跨越大江的重要通道,连接大江两岸的省道及各港口,将主要承担两岸的交通,既具有公路的功能,也兼顾城市道路的功能,见图1。因此,本工程的建设对于完善该市交通网络,加快市、区的城市化进程,进一步拓展城市发展空间和促进沿线区域经济的协调发展具有重要意义。大桥桥位大桥桥位图1项目地理位置图2为桥轴断面示意,江面宽度约1770m,水下地形较为平坦,河槽呈"u"字形,河槽最深点高程约-图2桥轴断面图〔上图中横坐标：里程桩号：K66+900~K68+700,单位km；竖坐标：高程,单位m年平均相对湿度82%。大桥场地勘探深度围共分布20个工程地质土层,其中：覆盖层厚约100米～115米,③层以浅部各土层〔约46m,物理力学性质极差,承载力低,不宜作为拟建大桥的桩基持力层；④层含粘性土卵石及其以下各土层〔④层为含粘性土卵石层,⑤～⑨层为圆砾层,⑩层为粘土层,⑾层为圆砾层,⑿层为亚粘土,⒀层圆砾层,⒁层为亚粘土,⒂层含粘性土圆砾,⒃层为粘土,⒄层为含碎石亚粘土,强风化熔结凝灰岩,⒅层为全风化凝灰岩,⒆层为强风化凝灰岩,⒇层为弱风化凝灰岩性质均较好,均可作为拟建大桥的桩基持力层。三、设计方案时应考虑的当地实际建设条件桥位区域水文气象等自然条件较复杂,主要情况如下。<1>河床。江面宽度约1770m,河槽呈U字形,主槽宽度500m左右,近年来主槽有向北略微摆动的趋势,河床底标高在-60~-80m左右,一般水深6~8m,最深处10m,岸线稳定。<2>台风及风况。台风频发、风速较高。1949年后,登陆12级以上的台风13次,最大风力50.4m/s<1975年8月>;历年最大风速为25m/s,平均风速为2.6m/s。<3>桥墩冲刷。据省水利水电技术中心提供的潮流泥沙研究报告,百年一遇洪水主墩处最大局部冲深12m。<4>工程地质。本工程场地位入,地势较为平坦,地貌类型单一,工程地质条件差异不大。但基岩<中风化凝灰岩>埋置较深,主墩处基岩覆盖层最厚120~135m,且同一主墩处基岩面倾斜变化大。<5>潮汐及水位。桥位河口区是典型的非正规半日潮,历史最高潮水位5.67m,最低潮水位-2.72m;桥位处潮差大,最大潮差在6.87m;水流最大流速在2m/s以上。四、主桥方案的选择4.1主通航孔跨径选择本桥桥位航道通航标准按1万吨级海轮采用单孔双向通航,通航净宽405m,净高40m,设计最高通航水位4.83m。考虑到大桥轴线与航道轴线呈一定的夹角以及建桥后桥墩附近存在扰流区,为防止过往船只撞击桥墩,给大桥的正常使用构成安全隐患,在通航净空与桥墩间留有足够的安全距离是非常必要的。因此,主桥主跨定为不小于480m。若采用双孔单向通航则跨径不小于300m。4.2桥型方案的选择在确定了桥位和桥轴线的基础上,如何合理地选择桥型方案,应从工程的安全、适用、经济及美观等方面综合考虑。针对自然条件及建桥技术标准要求,研究满足通航要求、施工条件及作为城市桥梁景观要求的桥型方案。结合目前国外桥梁建设的实际水平,研究并提出了4种主桥桥型方案<其中2&300m是按双孔单向通航考虑>,即:斜拉桥、矮塔斜拉桥、中承式拱桥及悬索桥。对主桥桥型方案说明如下。<1>主跨480m的双塔斜拉桥方案,边跨设置一个辅助墩,跨径布置为60+200+480+200+60=1000m。<2>主跨300m的三塔矮塔斜拉桥方案,跨径布置为160+2&300+160=920m。<3>主跨800m的双塔悬索桥方案,跨径布置为8&40+800+8&40=1440m。<4>主跨300m的中承式拱桥方案,跨径布置为85+2&300+85=770m。方案一,双塔斜拉桥方案,初步设计图纸如下：方案二矮塔斜拉桥方案初步设计图纸如下：方案三和方案四并未详细画出图纸。4.3桥型方案选择中的总体构思在桥梁概念设计阶段,需要综合考虑桥址自然条件、桥梁总体功能定位和技术标准,结合各种桥型和基础的适用性及建设投资的经济,并考虑到景观效应、施工风险和后期养护的便捷等因素,通过反复对比得到较为理想的概念设计方案。考虑到上述主孔通航对跨度的要求,主桥跨度要在300m~500m之间。根据目前国建桥技术发展的水平,在300m~500m之间具有竞争力的桥型有斜拉桥〔PC主梁、结合梁主梁或混合梁主梁、自锚式悬索桥、钢箱/钢桁架拱桥及上述桥型的协作体系等,对各种桥型适用的施工方法也是不尽相同的。一般桥梁整个寿命周期,施工阶段的风险是最大的,这是由于在施工阶段结构体系往往尚未形成,此时结构柔度很大,抵抗异常荷载〔强风、地震、船幢等的能力很差,根据桥址处自然条件可知,桥位处接近入位于台风多发区,设计风速很高,所以,施工过程中抗风安全性需要引起足够的重视,为了最大限度地降低施工风险,所选择桥型的施工方法应该能够尽早形成比较可靠的整体受力的结构体系为宜,施工方法也应该经济上可行,工期短。另外,考虑到桥位处基岩覆盖层很厚〔大于100m,覆盖层土属于软土地基,承载能力极差,所以对于需要基础提供水平力的结构体系〔如地锚式悬索桥、有推力拱桥等是不合适的。跨径在300m~500m之间的斜拉桥目前最适用的施工方法是悬臂浇筑/拼装法,然而在悬臂施工过程中,结构体系的柔度较大,对风荷载的静力及动力响应都比较大,并且对于悬臂浇筑法施工工期受到每个悬臂段的养护时间的控制,工期较长。若采用自锚式悬索桥方案,拱桥的跨度在接近500m时,属于超大跨度拱桥,一般施工和设计难度较大,造价也较高,若采用单孔双向通航布置,可以建设跨度300m左右的飞鸟式拱桥〔采用无推力基础,然而这类拱桥的施工一般采用分段缆索吊装施工拱肋的方法,需要搭建临时塔以临时锚固尚未合拢的主拱,施工过程中结构体系同样存在柔度过大,对风荷载响应过大等问题,而且在接近2km的江面上,架设施工临时塔是很不方便和经济的；若采用下承式组合体系拱桥〔主梁或拉杆承受主拱的拉力,主拱连同主梁同步多点顶推的施工方法〔九堡大桥首创,则不存在上述困难,而且由于采用顶推施工,主梁和基础的施工可以同步进行,可以大大缩短施工工期,因此是可行的,然而九堡大桥的主跨只有210m,对于主跨300m左右的拱桥,该施工方法的适用性需要仔细的论证。若采用矮塔斜拉桥方案,则可以采用结合梁主梁,我们知道对于矮塔斜拉桥,主梁是主要的受力构件,可以采用顶推施工方法,首先将结合梁的钢梁部分顶推到位形成承受一期荷载的结构体系,再在钢梁上浇筑主塔、拉斜拉索、并浇筑混凝土桥面板,这种施工方法一方面在早期形成整体受力的结构体系,可以极提高结构刚度,降低风荷载响应,减小施工风险；另一方面,主梁和基础可以同时施工,缩短了施工工期,所以结合梁主梁的矮塔斜拉桥方案也是可行的,然而,目前工程中常见的矮塔斜拉桥跨度常在200m左右,主梁梁常采用变高度预应力混凝土主梁,跨度在300m左右并采用结合梁作为主梁的矮塔斜拉桥并不常见,所以该方案及其施工方案都需要仔细的论证。综上所述,从降低施工风险和缩短工期的角度,推荐可以采用悬臂浇筑法方案〔双塔斜拉桥。从对航道通航的影响角度来看,悬臂法施工整个施工过程都可以在航道上空分节段完成,对于航道通航的影响最小。而顶推法施工要求顶推过程支撑间距小于100m,所以需要在航道中间设置临时墩,可能需要协调航运部门临时调整航道布置甚至临时封闭航道,所以适合于