公路桥梁桥型方案优选设计分析

公路桥梁桥型方案优选设计分析

摘要：笔者结合多年桥梁设计经验，以某桥梁工程为例，从桥孔布置、上部构造型式、下部构造型式、基础的选择几个方面对该桥梁的桥型进行了优选，在考虑桥梁技术和经济的情况下，最终确定了预应力混凝土连续箱形梁方案。可供相关专业技术人员参考。

关键词：桥梁工程、桥型方案、方案优选

1 工程基本情况

某大桥的桥位处于平原区蜿蜒型河段，其中左岸是河漫滩，已经建有人工的江堤，右岸则为高漫滩，河床坡降小，河床土质为低液限粘土、细砂、中砂。该处河段左岸修有围堤，经建国以来多年的治理，围堤已具备抵御100年一遇洪水的防洪能力。

桥位区属于吉黑褶皱系松辽中断陷中央凹陷，与东南隆起相临。桥址区地层主要为三层：第一层为第四系全新统的冲积层，以粉细砂、中砂为主，厚度20～22m，第二层为上第三系的半成岩内陆湖盆相沉积层，以粉质粘土层及砂层呈互层状产出，厚度25～30m，第三层为白垩系泥岩，埋深46～54m，全风化层3～10m厚，其下为弱风化泥岩。

主要技术指标：

1)荷载标准：汽车—超20级，挂车—120。

2)设计洪水频率：特大桥为1/300。

3)桥面宽度：特大桥采用上、下行分离式断面，单幅桥面宽度为12.70m(0.50＋净-11.75＋0.45)。

4)桥面采用单向横坡2%。

5)护栏防撞等级：特大桥行车道内侧护栏防撞等级为sm级，外侧护栏防撞等级为pl3级。

2 桥型方案总体设计原则

桥型方案的研究是桥梁设计最为关键的环节。桥型方案研究不仅仅是对桥梁方案本身的研究，事实上应首先考虑桥梁总体设计，即桥位处所在区域政治、经济、文化及历史背景，桥位处的自然、人文、景观、地形、地貌、地质、水文、气象条件等因素，提出可供比选的桥型方案。

桥型方案的选择在满足使用功能和经济适用的前提下，力求技术先进，结构新颖，行车舒适安全，同时考虑泄洪、通航、地质、地震条件以及城市交通发展的要求，富有时代气息，考虑和地形、地貌和周围环境景观的协调配合，充分体现现代化桥梁建设新水平。

通过对各比选方案就桥长、跨径组合、结构体系、施工工艺、工程造价、桥梁美学等方面进行综合技术经济分析比较，提出桥型推荐方案。

结合该大桥工程实际，桥型方案构思原则如下：

1）该大桥在满足使用要求的前提下，结构形式的确定以符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求。标准化、系列化、因地制宜、方便施工和养护为原则，注重环保设计，并考虑美观，使其富有时代气息。

2）桥孔划分考虑因素，一般为桥位处地形、地质、水文以及通航要求等，诸如地质条件、水面宽度、水深、流速、河床断面变化及堤防、通航净空等。充分考虑桥孔的合理配置，尽量达到结构受力和理、造型美观。

3）尽量使桥梁上、下部结构工程造价总和最小，全寿命造价最小。

3 方案比较

3.1 方案提出

该大桥为该段的控制性工程，在桥型方案选择上，根据地质、地震、通航、水文等要求，对主桥提出了5个方案桥梁结构型式进行比较。

第一方案：装配式预应力混凝土简支转连续t梁，桥孔布置33×40+（12×50）+6×40，桥长2160m。

第二方案：100m变截面预应力混凝土连续箱梁，桥孔布置32×40+（65+5×100+65）+6×40，桥长2150m。

第三方案：368m双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，桥孔布置30×40+（39.4+160+368+160+39.4）+4×40，桥长2126.8m。

第四方案：107m中承式钢管混凝土拱，桥孔布置34×40+（36.5+5×107+36.5）+4×40，桥长2128m。

第五方案：648m连续钢箱梁悬索桥，桥孔布置26×40+

（230+648+230），桥长2128m。引桥采用跨径40m装配式预应力混凝土简支转连续t梁，联孔长度为4孔一联和5孔一联，简支t梁

现场预制，在桥上现浇连续段接头，完成体系转换，形成连续结构。

结构型式详见表1。

表1 结构型式

项目第一方案第二方案第三方案第四方案第五方案

平桥上部结构型式装配式预应力棍凝土简支转连续t梁预

应力混凝土连续箱形梁双塔双索而预应力混凝土斜拉桥中承式钢管混凝土拱三跨连续钢箱梁悬索桥

上部主桥桥孔布置(孔×m) 12×50 65+5×100+65

160+368+160 36.5+5×107

+36.5 230+648+230

雅达虹岸引桥(m) 33×40 32×40 30×40+39.4 34×40 25×40

炼油厂岸引桥(m) 6×40 6×40 39.4+4×40 4×40

下部主桥主墩结构型式圆柱式墩矩形墩倒 y形塔重力式墩 h形塔

主桥边墩结构型式矩形柱式墩圆柱式墩矩形柱式墩

圆柱式墩

引桥桥墩结构型式圆柱式墩

引桥桥台结构型式肋板式桥台

基础主桥主墩结构型式钻孔灌注桩基础沉井基础

其它墩台结构型式钻孔灌注桩基础

3.2 方案必选

各方案从结构受力、施工养护难易程度、使用舒适性、桥梁美观等方面进行如下的比较。

第一方案：该种结构形式采用较普遍，主梁集中预制，双导梁安装，在桥上完成体系转换，形成连续结构，施工工艺简单，施工工期短，造价低，可以满足使用功能和通航要求，但桥型单调、呆板，孔径小，桥墩多，由于航道在桥位处为弯道，通航条件差。

第二方案：造型简洁、线条明快，结构刚度较大，对固接墩下部的抗震性能要求高，为了满足桥梁的抗震要求，主桥需采用两个固接桥墩，由于桥墩高度不高，因此由于温度变形对主梁及桥墩受力均不利，中孔合拢前需对两侧主梁进行顶压，以降低收缩、徐变、降温与升温的不对称程度。主梁截面采用分离式单箱单室断面，三向预应力结构，主梁采用悬臂浇筑方法施工，设计及施工技术成熟，造价略高。

第三方案：该方案跨径大、主塔高，造型宏伟美观，景观效果好，技术先进，体现时代精神和现代气息，结构采用全飘浮体系，抗震性能大大提高。主塔采用倒y型或a型，拉索为空间双索面，主梁采用双主肋断面，主塔采用爬模施工，主梁采用悬臂浇筑施工，设计、施工及控制复杂、要求高，造价高。

第四方案：该方案桥型新颖，主桥主梁高度小，与桥高配合协调，但结构抗震性能较差，设计及施工工艺复杂，且引道路基需加宽；桥位处地质情况差，沉井基础工程量大，使该方案造价较高。

第五方案：该方案跨径较大，造型宏伟，技术先进，主梁采用