1一.桥梁初步设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1.《公路工程技术标准》(JTGB01-2003);2.《公路桥涵设计通用规范》(JTG-2004);3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG-2004);4.《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-1985);5.《公路工程可靠度设计统一标准》(GB/T50283-1999);6.《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000);7.《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ026-90);8.《公路工程抗震设计规范》(JTJ005-96);9.《钢结构设计规范》(GBJ17-88).三技术标准根据设计要求,主要技术指标如下:1.设计荷载:一级公路,双向六车道;2.设计车速:80km/h;3.桥面宽度:双幅分离式,每幅桥宽17.5m:0.5m防撞栏+2m人行道+2.5m右路肩+11.25m行车道+0.75m左路肩+0.5m防撞栏,两幅桥之间间距0.5m.4.桥面坡度:纵坡3%,横坡1.5%;25.通航标准:III-(2)级1个航道,双向通航孔,净高H为10m,净宽B为150m,上低宽b为131m,侧高h为6m,通航水位为326.473m;航道等级Ⅲ-(2)6.设计洪水频率:按百年一遇洪水频率,设计水位为337.765m;7.设计基准期:100年。四水文地质概况本桥工程区段为K3+700~K4+400,桥址位于内陆河,环境类别为Ⅰ类(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700m,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[σ0]=1000KPa;微弱风化泥质灰岩,容许应力[σ0]=1200KPa;微风化白云质灰岩,容许应力[σ0]=2000KPa,河槽部分依次是砂砾层,容许应力[σ0]=550KPa,砂卵层,容许应力[σ0]=1200KPa,根据上述地质条件,设置端承桩。五大桥设计方案5.1大桥总体方案构思全面贯彻“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。(2)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。(3)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。(4)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3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,本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。5.2方案一:连续刚构桥5.2.1主桥设计(1)总体布置1.方案构思随着交通运输特别是一级级公路的迅速发展,对行车平顺舒适提出了更高的要求。而悬臂梁桥和T形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0.5~0.692,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1.5~1.8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。由于是III-(2)级航道,通航净宽为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,取主跨为160m。连续刚构桥的边主跨比为:0.5~0.692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T梁)+100+160+100+3×50(预制预应力简支T梁)=700m,这时边主跨比100/160=0.625满足要求。4图1.1连续刚构桥方案总体布置图(单位:cm)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=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E=3.04m。(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:minjjoHHhh式中:minH——桥面最低高程(m);jH——设计水位(m)(设计水位记入壅水、波浪高度等);jh——桥向净空安全值(m);oh——桥梁上部结构建筑高度。minH337.765+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:5minthMoHHHh式中:错误!未找到引用源。——桥面最低高程(m)thH——设计最高通航水位(m)MH——通航净空高度(m)oh——桥梁上部结构建筑高度,包括桥面铺装层高度(m)。minH=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,上部结构建筑高度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)上部结构设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1/16~1/20之间,跨中截面梁高约为支点截面梁高的1/2.5~1/3.5,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厚逐渐过渡至墩顶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。6图1.2连续刚构桥方案主梁横截面图(单位:cm)(3)下部结构设计本桥地形平坦,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。主桥桥墩为双肢薄壁桥墩,主桥设4m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。7图1.3连续刚构桥方案主桥桥墩大样图(单位: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)上部结构设计引桥上部结构采用标准跨径为40m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0.4m的湿接缝,T梁间距为2m,跨中腹板厚度为0.2m,跨中马蹄宽度为0.5m,高度为0.25m,斜坡高度0.15m,支点截面腹板厚度变为0.5m。图1.4连续刚构桥方案引桥主梁截面图(单位:cm)8(3)下部结构设计引桥桥墩采用圆柱式桥墩,桥墩直径为1.5m,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10m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。5.3方案二:独塔双索面斜拉桥5.3.1主桥设计(1)总体布置: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1.5斜拉桥型总体布置图(单位:cm)1.方案构思:9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;其次,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,桥位处基岩埋深较浅,且均匀一致,承载力高,河槽偏于西岸,属于不对称情形,同时河面宽度约400m,在其经济跨径的范围内,另外,桥位处视野开阔,高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R=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E=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:minjjoHHhh式中:minH——桥面最低高程(m);jH——设计水位(m)(设计水位记入壅水、波浪高度等);jh——桥向净空安全值(m);oh——桥梁上部结构建筑高度。minH337.765+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:minthMoHHHh10式中:错误!未找到引用源。——桥面最低高程(m)thH——设计最高通航水位(m)MH——通航净空高度(m)oh——桥梁上部结构建筑高度,包括桥面铺装层高度(m)。minH=326.473+10+2.5+0.1=339.073m(主桥跨中桥面标高)(2)上部结构设计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1.6主梁截面形式(单位:cm)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+17×8m+29m,索横向间距为25.50m。全桥共设2×18对斜拉索。主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。斜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。11(3)下部结构设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36.00m(横桥向)×12.00m(纵桥向)×4.0m(高)。基础由21根直径为Φ2.0m的桩组成,纵向3排,间距4m,横向7排,间距5m,持力层厚度大于三倍桩