洛塘河双层高架桥

洛塘河双层高架桥
洛塘河双层高架特大桥效果图
武罐高速公路洛塘河双层高架特大桥位于甘肃南部峡谷地区，地处西秦岭山地，高中山地貌，境内山高谷深，沟谷狭窄，地层破碎，地质构造复杂，地震活动频繁且强度大，距离5.12汶川特大地震震源300公里，地震动峰值加速度参数0.2g，生态环境脆弱，以滑坡、泥石流为主的地质灾害极为发育且危害严重，是我省地形条件和地质构造最为复杂的地区。

双层高架桥具有节省空间、线形灵活的特点，可从空间上绕避不良地质，最大可能地保护生态环境，减小桥墩阻水面积，在地形狭窄、地质复杂、河道弯曲、洪水量大、桥墩阻水严重的特定条件下，相对于常规高速公路桥梁具有较大优势，是山区桥梁设计方案的一种必然选择。

根据对国内外双层高架桥梁的调查分析，已建和在建的双层桥梁大都位于城市及近郊，双层桥梁对于减少占用土地、改善路线线形、发挥桥梁最大限度的跨越功能具有十分明显的优势，而在深山峡谷地区、高地震烈度地区的高速公路上，尚未见到双层高架桥梁的相关报道，洛塘河双层高架桥在国内外属首例。

1989年，美国洛马·普里埃塔地震致使旧金山的塞普里斯双层高架桥梁发生严重震害，长度800米的上层公路桥桥面因框架墩柱断裂而塌落在下层桥面上，上层框架完全毁坏。

本项目所在地距离震源汶川300公里，也是我省受灾最重的地区之一，因此在本项目设计中，充分吸取震害经验、
教训的基础上，加强对地震产生机理、地震动特性以及地震作用下各类结构动力响应特性、破坏机理、构件能力的研究，通过加强抗震设防意识，改进相关构造，减少地震破坏损失。

在双层高架桥梁的设计中，上下墩柱作为延性构件设计，上下墩柱抗剪按照能力保护构件设计，上下横梁、节点按照能力保护构件设计，同时还进行了双层高架桥单墩大比例尺寸模型的横向伪推力横向推倒试验，确保结构安全，这也是本项目进行重点研究的一个方面。

双层高架桥较常规桥梁施工工艺要求高、工序多，施工技术复杂。

本项目还进行了运营期间抢险救灾方案及应急处理方案研究，对可能遇到的各种不利因素进行分析，确定各种预防措施及应急处理方案，确保桥梁在运营期间的安全。

洛塘河双层高架桥位于武都区枫相乡，桥址区线路顺洛塘河展布，为V型峡谷，河道弯曲，地形狭窄，岸坡陡峻。

本桥平面纵面均位于连续曲线上，最小平曲线半径350m、最大超高横坡6%、最大纵坡1.96%。

左线桥梁总长1500m、右线桥梁总长1200m，其中双层高架桥梁部分长度960m，其余部分均为分离式桥梁。

左线在上层、右线在下层，两线设计标高之差9.50m。

本桥桥梁高度达30m、左右墩柱高度差别较大，上下层桥梁均采用简支转连续体系，跨径选用30m预应力混凝土组合小箱梁，分离式桥梁部分采用双柱式桥墩，矩形截面，上下叠置部分桥梁双层框架式桥墩（最大墩高27m），两处独柱式桥墩（最大墩高17m），基础为钻孔灌注嵌岩桩基
础；桥台为重力式U型桥台，扩大基础。

工程创新：
1、洛塘河双层高架桥梁结构选型新颖独特，具有原创性，在国内外属首例。

该桥桥位区地形地质条件复杂、滑坡泥石流等地质灾害频发、地震烈度高、河道洪水大，在如此困难条件下，洛塘河双层高架桥从路线布置、桥型比选、跨径选择、框架桥墩选型等方面独具匠心，体现了安全、环保、创新的理念。

2. 双层高架桥桥墩拟静力试验研究技术国内领先。

山区公路双层高架桥通常属于典型的非规则桥梁，山区双层高架桥桥墩高，高阶振型对结构的地震响应及位移延性能力有显著的影响；桥墩在遭受横向地震作用时，受力非常复杂，结构潜在的塑性铰区域可能多达8个，因此其设计超出了现有国内外抗震设计规范的应用范围。

基于以上背景，本研究针对洛塘河双层高架特大桥进行了缩尺模型的拟静力试验，研究了低周反复荷载作用下双层高架桥的破坏形态、特征荷载、位移延性、刚度退化、耗能能力等性能进行了深入分析和讨论，同类型桥梁桥墩拟静力试验研究技术国内领先。

3. 双层高架桥抗震性能研究实属首次。

针对洛塘河双层高架特大桥设计方案，建立了空间动力计算模型，研究了该结构的动力特性，采用反应谱和时程分析方法，分析得到了两个设防水准的地震作用下结构主要构件（含基础）的地震反应，并对结构进行了验算，确定了墩柱的合理配筋。

由于墩
柱截面的初始配筋率较高，在P1概率的地震作用下，墩梁各截面的抗弯承载力富余较大。

同时桥墩与盖梁和基础的能力需求比基本相等，不符合抗震设计的能力保护思想，需要适当降低墩柱的配筋率。

将墩柱的配筋率降至1.05%时，分析发现，在P1概率地震水平下，上下墩柱、盖梁和桩基的所有截面，能力需求比均大于1.0，满足抗震规范的要求。

在P2概率的地震作用下，墩柱截面进入塑性，进行结构的非线性时程分析发现，除墩柱进入塑性外，盖梁和桩基础均保持弹性，满足设计要求。

4. 双层高架桥减隔震研究亦属首次。

针对洛塘河双层高架特大桥设计方案，建立了空间动力计算模型，研究了采用减隔震设计时结构的抗震性能，墩柱和桩基础的内力减震效果显著，特别是横桥向，减隔震后支座位移达0.204m；因此挡块应预留足够间隙，以使减震效果正常发挥。

5.双层高架桥梁运营安全性的考虑
车辆行驶在双层高架桥梁上，下层桥梁行驶车辆容易产生心理压迫、视线阻隔等感觉，因此，双层桥梁长度不宜过大，对在施工及运营过程中，出现的各种紧急情况，应做好应急处理措施。

主要表现在如下几个方面：
⑴.桥梁港湾式紧急停车带
山区高速公路桥隧比例高，运营期间出现紧急情况时，需要一定数量的紧急停车带以供停车救援，因此必须在桥梁上设置港湾式紧急停车带，停车带长度30m，渐变段长度两侧
各15m，停车带加宽宽度2.5m。

双层高架桥上层桥梁可以通过增加相邻三个墩的上盖梁悬臂设置港湾式紧急停车带，下层桥梁若在框架式桥墩内设置停车带会增加框架跨度，一般选择在分离式桥梁部分设置港湾式紧急停车带。

洛塘河双层高架桥梁上下层各设置了两处港湾式紧急停车带。

⑵.防火措施
当下层桥梁遇到火灾等情况时，除了有高速公路交通工程消防设施的配置以外，还应该提高结构自身的防火能力，洛塘河双层高架桥梁是在上层箱梁的底部及侧面、上层盖梁的底部及侧面、墩柱的内层涂刷消防涂料，提高结构防火能力。

⑶.桥墩防撞设施
山区桥梁位于河道和陡坡上的桥墩经常受到山坡滚石的撞击，在桥梁设计中，一般先清除桥位两岸山坡上的孤石、悬石，以免石头滚落到桥面上或者冲撞桥墩；对距离较近山体采用主动柔性防护网进行防护，同时在桥墩底部35m高度范围设置钢筋混凝土防撞套筒，套筒与桥墩之间设置5cm厚橡胶缓冲层，以吸收撞击能量。

技术难点和创新点
拟建项目位于甘肃省东南部，属秦岭山地。

路线受地形、工程地质条件、白龙江及现有G212公路和沿线村镇等众多因素影响，桥隧相连，工程艰巨，技术复杂，主要特点如下： 1、地形条件、地质条件复杂，沿线不良地质分布较广，主要表现有断层、构造大断裂、滑坡、崩塌、泥石流等。

2、路线沿河谷布设走廊狭窄，沿线干扰物众多，路线平面布设困难。

纵面设计受白龙江河洪水位、现有G212公路高程控制。

3、总体方案复杂、桥隧比例大、桥梁结构形式多样。

洛塘河双层高架桥具有节省空间、线形灵活的特点，可从空间上绕避不良地质，最大可能地保护生态环境，减小桥墩阻水面积，在地形狭窄、地质复杂、河道弯曲、洪水量大、桥墩阻水严重的特定条件下，相对于常规高速公路桥梁具有较大优势，是山区桥梁设计方案的一种必然选择。

4、本路段隧道较多，穿过区域地形复杂，岩性多变，受地形条件限制，部分隧道断面无法采用分离，需设置连拱隧道。

5、本项目隧道多，且基本为隧道群，隧道的监控联网、防灾救援等是隧道机电的设计重点。

6、土地资源贫乏，水土流失严重。