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    云南紅河特大橋橋位及橋型方案比選研究
    2023-02-27  

      劉雙喜 北京交科公路勘察設計研究院有限公司

      摘 要:紅河特大橋是云南省紅河州建水(個舊)至元陽高速公路的控制性工程,結合該項目前期研究工作,就該橋橋位的合理性和橋型方案可行性進行了探討。針對橋型方案提出了主跨628m懸索橋、主跨428m斜拉橋,以及主跨330m鋼-預應力砼組合連續剛構三個主橋橋型方案進行技術經濟比選研究,為其他類似橋梁工程提供了參考。

      關鍵詞:橋位;橋型;懸索橋;斜拉橋;連續剛構;

      1工程概況

      紅河州建水(個舊)至元陽高速公路工程是是云南省中長期高速公路網布局(2016~2030年)的重要組成部分,同時也是紅河州南部高速網中的重要組成部分,在國家和區域路網中居重要地位,項目全長124.3km。本項目采用雙向四車道高速公路技術標準建設,路基寬度為25.5m,設計速度采用80公里/小時。紅河特大橋于元陽縣南沙水電站上游跨越紅河水庫,是該項目的控制性工程。

      2建設條件2.1氣象水文

      項目區地處云南高原,屬低緯度高原季風氣候區,受喜山運動與新構造運動的影響,地殼強隆與下降幅度較大,溝谷切割深,地勢高差懸殊,氣候垂直變化大,干雨季分明,總體氣候溫和、雨量充沛。年平均蒸發量為1815.8mm,年平均氣溫15.9℃,極端最低氣溫-4.7℃,極端最高氣溫30.3℃。

      紅河特大橋跨越紅河水庫,水庫正常蓄水位267.0m,校核洪水位272.9m,無通航要求,橋梁跨徑布置及橋面高程不受洪水位控制。

      2.2工程地質

      橋位區域屬構造溶蝕侵蝕中山區,地形起伏大,山體陡峻,沖溝較發育。區段內分布的主要地層為粉質黏土、灰巖、白云灰巖等。區域內存在一條斷裂帶-萬年青斷裂(F29),該斷裂帶屬于紅河斷裂帶,是川滇菱形塊體的南邊界斷裂。該斷裂大致沿紅河展布,向東南延出區外,區內長530km,總體走向北西。

      2.3地震

      項目區域地震動反映譜特征周期為0.45s,地震動峰值加速度值為0.15g,對應地震基本烈度為Ⅶ度。

      3橋位方案比選3.1橋位選擇主要影響因素

      紅河特大橋橋位選擇主要考慮以下因素:

      (1)橋梁跨水庫位置應在兩岸接線主要控制點和走廊帶上下游一定范圍內。若接線距離橋位太遠,展線過長,則比選意義不大。

      (2)橋位所處區域地質復雜,存在溶洞、溶隙、溶槽發育強烈的地質斷裂帶,橋址選擇應盡量避免地質不穩定區域。

      (3)橋位所處區域地形起伏較大,為適應路線在此段落降坡要求,橋面標高不宜過小。

      3.2橋位選擇

      根據路線總體走向,以跨水庫橋梁橋位選擇主要影響因素為基礎,提出K線方案、D3方案與D4方案進行同深度方案比選。

      

      圖1 橋位方案路線平面分布圖 下載原圖

      三個方案橋位區水庫兩岸地形均呈“V”字形地貌,橋梁跨越水庫水面寬度在300~400m之間,橋面距離水面高度在150~205m之間,跨水庫橋梁均需采用大跨徑橋型結構。

      表1 各橋位及接線方案綜合比較表 下載原圖

      

      由表1可知,K線紅河特大橋雖墩高較高,但路線較順直,里程最短,段落總體工程規模最小,造價最低,且K線橋位橋型選擇與地形匹配性較好。另外,K線橋位地質條件及施工條件與其他方案相當。經綜合比較,選定K線方案為跨水庫推薦橋位。

      4主橋橋型方案提出與比選

      根據大橋建設條件,考慮地形地貌、地質情況、美觀、造價、施工難易程度等因素,適合的橋型方案有懸索橋、斜拉橋及剛構橋。

      4.1主跨628m懸索橋方案

      根據大橋跨越“V”型河谷的特點,采用一跨跨越水庫的方案,主橋采用單孔628m懸索橋,兩岸引橋均采用40m預應力混凝土T梁,本方案橋梁全長1004m。

      

      圖2 主跨628m懸索橋方案 下載原圖

      主橋橋塔采用鋼筋混凝土多層門式框架,塔柱為變壁厚矩形單箱單室結構。兩岸錨址區山體穩定,地質條件良好,兩岸錨碇均采用隧道錨型式。主纜采用預制平行鋼絲股法,每根主纜為91股,每股含91根5.1mm鍍鋅高強鋼絲。上部結構加勁梁采用扁平流線型鋼箱梁,正交異性板橋面,梁高3m,全寬30.5m(含風嘴)。

      方案特點:

      (1)主橋一跨跨越水庫,采用單跨雙鉸體系,兩側邊跨設置引橋。

      (2)橋址位于活動斷層附近,懸索橋屬柔性體系橋梁,對于橋梁抗震優勢明顯。

      (3)加勁梁組件在工廠加工,現場拼裝后采用整體纜索吊裝,施工難度較小。

      (4)大橋主跨突出,形態均衡,加勁梁剛勁、輕盈,視覺形象連續流暢,外觀造型剛柔并濟,具備了功能與形式統一的優美形態。

      4.2 (44+120+420+120+44) m斜拉橋方案

      根據兩岸接線線型,考慮合理的邊中跨比,斜拉橋方案橋跨布置為(44+120+420+120+44) m,半漂浮體系。兩岸引橋均采用40m預應力混凝土T梁,本方案橋梁全長1004m。

      

      圖3 斜拉橋橋型方案 下載原圖

      橋塔采用H型索塔,塔高約262m。斜拉索采用空間雙索面扇形布置,采用低松馳高強度環氧涂層鋼絞線索。主梁采用“工”字型鋼縱梁、橫梁、小縱梁通過節點板及高強螺栓連接形成鋼構架,構架上架設預制橋面板,現澆膨脹混凝土濕接縫,與鋼梁上的抗剪栓釘形成整體,組成組合梁體系。

      方案特點:

      (1)主橋一跨跨越水庫,采用半漂浮體系,兩側邊跨設置引橋。

      (2)橋址位于活動斷層附近,斜拉橋屬柔性體系橋梁,對于橋梁抗震優勢明顯。

      (3)橋面板除主塔附近及兩端橫梁頂采用現澆外,其余部分均采用預制拼裝,施工難度較小,但周期較長。

      (4)大橋主跨突出,形態均衡,加勁梁剛勁、輕盈,視覺形象連續流暢,景觀效果突出。

      4.3 (80+150+330+150+80) m鋼-預應力砼組合連續剛構方案

      根據橋址地形條件,考慮合理的邊中跨比及主橋墩高因素,連續剛構橋方案橋跨布置為(80+150+330+150+80) m,兩岸引橋均采用40m預應力混凝土T梁,本方案橋梁全長1018m。

      主橋上部構造采用鋼-預應力砼組合連續剛構方案,330m主跨跨中設置108m長鋼箱梁。主跨箱梁支點梁高16.0m,跨中梁高3.5m。全橋為單箱單室直腹式截面,頂寬12.5m,底寬6.5m。主梁采用三向預應力混凝土結構體系。主墩采用雙肢變截面空心墩,其余橋墩采用薄壁空心墩及矩形墩。

      

      圖4 連續剛構橋橋型方案 下載原圖

      方案特點:

      (1)主橋一跨跨越水庫,采用多跨連續剛構體系,兩側邊跨設置引橋。

      (2)主跨跨中設置108m長鋼箱梁,不但有效降低了自重,增強了連續剛構的跨越能力,降低了施工風險,同時也大力提高了施工速度。

      (3)最大墩高約178m,高空泵送砼難度及風險性較高,施工難度較大。

      (4)大橋選型與周圍地形、環境相吻合,景觀效果較好。

      4.4主橋橋型方案比選

      三個橋型方案綜合比選詳見表2。

      表2 各橋型方案綜合比選表 下載原圖

      

      5結語

      對于地形、地質情況復雜的山區公路大型橋梁,應以“適用、耐久、安全、可靠、經濟”為目標,綜合考慮橋位選擇及橋梁結構選型。

      本文結合該項目前期研究工作,針對紅河特大橋橋位地形、地質復雜的特點,討論了橋位選擇主要影響因素,以及與兩岸接線之間的關系。討論了對于跨越大型“V”型深溝地形橋梁各可選橋型方案的適用性和可行性。該大橋橋位及橋型方案的比選研究可為類似工程建設提供借鑒。

      參考文獻

      [1]范立礎.橋梁工程.北京:人民交通出版社,1996.

      [2]JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規范.

      [3]姜有生.橋梁總體設計.北京:人民交通出版社,2012.

      [4]JTG/T F50-2011,公路橋涵施工技術規范.



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