三店塘大桥系杆拱桥设计

７８　桥梁结构　城市道桥与防洪　２００８年１０月第１０期　三店塘大桥系杆拱桥设计　骆海锋　（嘉兴中路交通设计有限公司，浙江嘉兴３１４０００）　摘要：该文介绍了三店塘大桥主桥的设计特点，该主桥为跨径８０　ｎｌ的下承式梁拱组合体系钢管混凝土拱桥，采用少支架　的先拱后梁法施工，不影响河道的正常通航。　关键词：系杆拱桥；先拱后梁法施工；桥梁设计　中图分类号：Ｕ４４８．２２＋５　文献标识码：Ｂ文章编号：１００９—７７１６（２００８）１０－００７８—０３　１　工程概况　１．１工程简介　０．１　ｍ～４．２　ｍ之间，综合评价水介质对混凝土结　构无腐蚀性。主墩的持力层位于亚粘土层，硬塑，　容许承载力为２７０　ｋＰａ，力学性能较好。　桥址处地震具震级小、强度弱、频度低的特　点，桥址区无潜伏的断层通过，不存在地震断层效　应的场地条件。　三店塘大桥为申嘉湖高速公路嘉兴段洪溪互　通连接线上的一座桥梁，跨越三店塘，河宽６６　ｍ。　三店塘是交通运输繁忙的Ⅳ级航道，要求桥梁施　工时不影响河道的正常通航。本设计主桥上部结　构采用跨径为８０　ｍ的下承式梁拱组合体系钢管　混凝土拱桥，桥面总宽１７　ｍ，双向四车道。采取先　架设拱肋后浇筑纵梁的施工方法，不影响河道的　正常通航；下部结构采用双柱结构、钻孔灌注桩群　桩基础。　２　技术标准　（１）设计荷载：公路Ⅱ级。　（２）桥面总宽１７　ｍ，其中：行车道１６　ｍ，防撞　护栏２×０．５　ｍ。　１．２地形、气象、水文　本桥所在区域，东部位于钱塘江河口杭州湾　与长江人海口之间、西部位于太湖西侧，在地貌上　属于杭嘉湖平原的两个亚区。桥位处为洼地堆积　区，属于冲积平原区，地势较为平坦，海拔高度一　般１．５～５．５　ｍ。多河塘分布，系典型的水网化平原　区。桥位处为亚热带湿润季风气候区，温暖潮湿多　雨，四季分明，冬夏季长，春秋季短。最热的月份在　七月，平均气温２８．２℃，极端最高温度３８．８℃，最　冷为一月份，平均气温３℃，极端最底气温一９．８　ｃＣ。　桥位所在地区河道年均水位为２．７９　ｍ，正常年均　水位变幅１　ｍ左右，丰年１．５　ｍ左右。地形平坦，　各河道流速较小，除沿江各闸坝开闸时短时间内　水流速度超过１．０　ｍ／ｓ外，一般情况下水流速度较　慢，对河床冲刷较小。　１。３工程地质　桥址位于杭嘉湖平原，地形平坦。从构造体　系来看，本场地及附近地区无大的地层断裂带通　过，区域构造对建桥无不利影响。桥址处地层分　别为亚粘土、淤泥质亚粘土、亚粘土、淤泥质亚　粘土、亚粘土、粉砂、亚粘土等。地下水位埋深在　收稿日期：２００８－．－０６—２５　作者简介：骆海峰（１９７７一），男，安徽无为人，工程师，从事桥　（３）桥面横坡：２．０％。　（４）桥面纵坡：主桥中间设竖曲线Ｒ＝４　５００　ｍ、　Ｔ＝１３５　ｍ、Ｅ＝２．０２５　ｍ，两侧接纵坡３．Ｏ％。　（５）地震基本烈度：６度，按７度设防。　（６）航道等级：ＩＶ级航道。　３　主桥设计　３．１主桥方案设计　考虑景观和形象建筑要求，结合河道的桥梁　通航要求，（净宽６０　ｍ，净高７　ｒｎ），分别设计了两　个主桥桥式方案：（１）变截面预应力混凝土连续　梁结构，孔跨布置为４０　ｍ＋７０　ｍ＋４０　ｍ，见图１；（２）　下承式钢管混凝土系杆拱结构，跨径为８０　ｍ，见　图２、图３。　一　从经济性、工期、景观等几方面进行了综合比　选，最后推荐采用钢管混凝土系杆拱结构。桥型方　案比较见表１。　表１　桥型方案比较表　３．２主桥结构设计　３．２。１上部结构　梁设计工作。　２００８年１０月第１０期　城市道桥与防洪　桥梁结构　７９　图１　变截面连续梁桥方案　（２）拱肋及风撑：拱肋采用钢管混凝土结构，　钢管形状为１．２　ｍ（宽）×２．０　ｍ（高）的矩形，角点　倒Ｒ＝１５　ｅｍ圆角。钢管拱肋由壁厚ｔ＝１６　ｍｍ钢板　瑞　图２主桥立面图　卷制焊接而成，钢管内微膨胀混凝土采用泵送顶　升灌注。拱肋与纵梁在拱脚处固接，两条拱肋之间　净距１７．３　ｍ，拱肋之间设五根风撑，一字型风撑　为Ｄ１２００×１６　ｍｍ圆形截面，内部加劲；Ｋ字型风　撑的斜撑为Ｄ８００×１６圆形截面。风撑钢管内不　灌注混凝土。　（３）纵梁：纵桥向对应于两条拱肋设置１．５　ｍ　（宽）×１　６５　ｍ（高）的矩形预应力混凝土纵梁。纵　梁主要承受水平向拉力及纵向局部弯曲应力。　（４）端横梁：桥梁端部设置二根强大的端横梁　图３主桥横断面图　主桥上部结构为下承式梁拱组合体系钢管混　凝土拱桥，计算跨径Ｌ＝７８　ｍ，计算矢高ｆ＝１５　６　ｍ，　矢跨比为１，５，主桥全长为８０　ｍ。全桥横向布置两　条拱肋，拱肋上设置三根一字型风撑及二根Ｋ字　型风撑。拱肋轴线线形采用二次抛物线，抛物线方　程为Ｙ＝４Ⅸ（Ｌ—ｘ）　（坐标原点为理论起拱点，即　与纵梁形成框架结构，加强拱桥的横向稳定性。端　横梁底宽３．２　ｍ，顶宽为３．６５　ｍ，高度为１．９０５～　２．０６５　ｍ，顶面设置双向２．０％横坡。　（５）中横梁：全桥设置１４根中横梁与端横　梁、纵梁形成空间框架结构，中横梁间距５．０　Ｉｌｌ，　与吊杆间距对应Ｏ中横梁为Ｔ形断面，高度为　１．４８～１．６４　ｍ，顶面设置双向２．Ｏ％横坡，腹板宽　度为７０　ｅｍ。　（６）吊杆：吊杆顺桥向间距５．０　ｍ，与中横梁对　应。吊杆采用ＰＥＳ（ＦＤ）７—８５低应力防腐索体，吊杆　钢丝采用８５　７镀锌平行钢丝，钢丝标准强度为　ｌ　６７０　ＭＰａ。吊杆采用单端张拉，拱肋端为张拉端，　纵梁端为锚固端。吊杆锚具采用ＯＶＭＬＺＭ（ｋ）７—８５　冷铸镦头锚。吊杆在防水罩以上２．０　ｍ范围设置　不锈钢护套管。为提高不锈钢护套管（ＨＤＰＥ）的使　用年限，提高拉索　的耐久性，不锈钢护套管　（ＨＤＰＥ）采用黑色。　拱肋、纵梁轴线与支座中心线交汇点）。上部结构　主要由纵梁、端横梁、中横梁、钢管混凝土拱肋、　吊杆、桥面板、风撑等组成。　（１）桥宽布置：１：５　ｍ（纵梁）＋０．５　ｍ（防撞护栏）　＋１６　ｍ行车道＋Ｏ．５　ｍ（防撞护栏）＋１．５　ｍ（纵梁）。　（７）桥面板：桥面板沿桥梁纵向作为单向板设　计。板厚为２５　ｃｍ，在中横梁腹板两侧８０　ｃｍ范围　加腋，厚度由２５　ｅｍ渐变为４０　ｅｍ。桥面板内配置　纵向预应力钢束，在横梁施工时应注意预留其波　纹管位置。　（８）桥面铺装：桥面铺装层为９　ｃｍ沥青混凝　８０　桥梁结构　城市道桥与防洪　２００８年１０月第１０期　土、６　ｃｍＣ４０钢纤维混凝土并在沥青混凝土下涂　防水层。　３．２．２下部结构　桥墩采用双柱结构、钻孔桩基础。墩柱为２．０　ｍ　（横向）×２．５　ｍ（纵向）的矩形断面；承台为７．０　ｍ　（宽度）×２５．５　ｍ（长度）×２．５　ｍ（厚）；承台下采用　２２根４７．３　ｍ　１００ｃｍ钻孔灌注桩。　支座：主墩采用ＧＰＺ１７５００规格盆式橡胶支　座，设置一个固定支座，其余三个为滑动支座。　３．２．３结构计算　将全桥结构离散为一个空间框架体系，活载　采用公路Ⅱ级车道荷载。主要计算结果：拱肋在使　用荷载下全截面受压，未出现拉应力。拱脚轴力　１９　０００　ｋＮ，剪力４　３００　ｋＮ，弯矩５　４１０　ｋＮ・ｍ。拱顶　轴力１３　６００　ｋＮ，剪力２５３　ｋＮ，弯矩１７４０．ｋＮ・１Ｔｌ　ｏ活　载引起的最大挠度为２．７　ｃｎｌ。成桥状态满跨布载　工况下的稳定系数为８．９。　梁湿接头混凝土，张拉纵梁预应力钢束。拆除拱脚　劲性支架。　・　（９）现浇纵梁后浇段１７　ｃｍ混凝土，将体外束　转为体内束。　（１０）浇筑桥面板混凝土，桥面板混凝土达到　８５％设计强度后，张拉桥面板纵向预应力。　（１１）浇筑桥面铺装和防撞栏杆。　５其它注意事项　（１）施工时拱脚顺桥向水平位移应通过调整　４　施工顺序　（Ｉ）主桥系杆拱桥采用先拱后梁的原则进行　体外束张拉力进行严格控制，其数值不得超过±　１　ｃｍ。体外束张拉力以及拱脚水平位移、拱肋标　高、纵梁标高应进行严格施工控制。体外束采用环　氧喷涂钢绞线由厂家提供专用张拉设备进行预应　力钢束的张拉施工控制。　（２）拱脚节点采用实体段钢筋混凝土结构，由　钢管拱肋、纵梁和端横梁三向组成，断面尺寸较　大。拱脚节点放样时，要求尺寸正确，特别是预埋　钢管的位置与方向，以确保钢管拱肋安装一次就　位及钢管连接。拱脚节点混凝土必须一次性浇筑　施工。在完成下部结构桩基、承台、墩柱施工的基　础之上，在支架上现浇端横梁、拱脚，张拉端横梁　预应力钢束。　（２）在场地上预制中横梁及纵梁节段。　（３）钢管拱在厂内制作，出厂前应对所有焊缝　进行检验，合格后方可运至现场。　（４）钢管拱现场平躺拼装，拱肋搭设临时支　架，拱肋上设２个吊点，翻身竖直浮吊运至桥位。　拱肋安装就位后张拉临时缆风绳稳定拱肋。　（５）安装体外束，体外束两端锚固在拱脚处，　安装拱肋后张拉体外束至５０　ｔ以平衡拱肋对拱脚　处的水平推力，安装风撑后体外束张拉至８０　ｔ以　平衡水平推力。　完成，不得分条分层施工。必须采取合理的措施保　证混凝土密实。　（３）钢管拱肋在场地上拼装完毕后，采用浮吊　整体吊装就位；预制的中横梁与纵梁节段也采用　浮吊吊装。　（４）拱脚钢管焊接时，必须采取有效的降温措　施，保证拱脚混凝土的温度应力最小。　（５）对承台等大体积混凝土施工时产生的混　凝土内部水化热现象，应在承台内部布设冷却管，　甚至对大体积混凝土的材料方面采取措施，以达　到降温的目的。　６　结语　由于很多航道交通运输繁忙，要求桥梁施工　时不影响河道正常通航，而拱桥又有相对造价较　小的优点，所以按采用先拱后梁的施工方法设计　的系杆拱桥在很多桥梁设计方案中有独特的优　点。三店塘大桥全长４４７．２　ｒｎ，于２００７年ｌ２月建　成通车，成为申嘉湖高速公路嘉兴段洪溪互通连　（６）由拱脚对称泵送钢管拱肋微膨胀混凝土，　同时张拉体外束，张拉力以控制拱脚纵向水平位　移不超出１　ｃｍ为准。钢管拱肋内混凝土采用小铁　锤敲打钢管和超声波检验其密实度。　（７）按照设计标高、设计安装顺序逐段吊装中　横梁预制节段，张拉体外束，张拉力以控制拱脚纵　向水平位移不超出１　ｃｍ为准。　（８）调整纵梁节段标高到设计标高后浇筑纵　接线上的一座雄伟的标志性建筑。