桥梁初步设计方案比选.docx

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桥梁初步设计方案比选

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%；

5．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。

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：

式中：

——桥面最低高程（m）；

——设计水位（m）（设计水位记入壅水、波浪高度等）；

——桥向净空安全值（m）；

——桥梁上部结构建筑高度。

337.765+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：

式中：

——桥面最低高程（m）

——设计最高通航水位（m）

——通航净空高度（m）

——桥梁上部结构建筑高度，包括桥面铺装层高度（m）。

=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。

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。

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）

（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：

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：

式中：

——桥面最低高程（m）；

——设计水位（m）（设计水位记入壅水、波浪高度等）；

——桥向净空安全值（m）；

——桥梁上部结构建筑高度。

337.765+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：

式中：

——桥面最低高程（m）

——设计最高通航水位（m）

——通航净空高度（m）

——桥梁上部结构建筑高度，包括桥面铺装层高度（m）。

=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