上承式钢管混凝土拱桥设计与施工.docx

上承式钢管混凝土拱桥设计与施工 0 交通的从来—引言 齐家渡黄河大桥位于风景如画的刘家峡谷水库库库遗址。南连东乡县，北连永靖县。这是213号线的“喉咙”项目。历史上,东乡县和永靖县之间的交通主要依靠桥址上游1 km处的祁家黄河渡口的轮渡来维持。随着国道213线运能的不断提高,祁家黄河渡口已成为制约当地经济发展的“瓶颈”,迫切需要修建一座桥梁,使“天堑变通途”,加速当地经济的发展。 1 桥身份地位及产出的大地构造环境特征 桥址处河流深切基岩约180 m,两岸岸坡陡峭,为典型的“V”形沟谷,岸高约90 m,水库淤积约70 m,岸坡自然坡角约55°~70°,部分地段近于直立。桥梁两端引线位于残留的黄河高阶地前缘区,地表植被稀少,地貌单元为黄河上游峡谷区。地质勘探揭露,桥位处两岸多为第四系上更新统风积新黄土覆盖,厚度15~25 m,南岸残留高阶地上更新统冲击卵石厚约1~3 m。沿公路局部出露第三系上新统红色含砾砂岩。黄河岸坡上出露前震旦系马衔山群变质岩系:岩性为石英片岩,其中见有花岗闪长岩侵入体。桥址处岩石强度较高,但节理、裂隙发育。 2 车道及主要做法 公路等级:二级;设计车速:40 km/h;设计车道:二车道;设计荷载:公路-Ⅰ级; 桥面总宽:12 m,行车道净宽11.0 m,两侧各设0.5 m防撞墙。地震动峰值加速度系数0.15 g。 3 桥梁方案的比较 3.1 拱上结构 采用净跨180 m的上承式钢管混凝土无铰推力拱,矢高36 m,矢跨比1/5,拱卷采用等截面悬链线拱,拱轴系数m=1.543。拱轴方程:y=f·ch[ln(m+m2?1??????√)2x/l?1]/(m?1)[ln(m+m2-1)2x/l-1]/(m-1)。拱上结构采用简支梁柱体系。桥梁跨径组合为:20 m简支梁+净跨180 m拱+20 m简支梁,桥梁全长240.06 m,桥梁立面布置如图1所示。采用缆索吊装千斤顶斜拉扣挂法施工。 3.2 吊索及引桥系统 主桥采用1-200 m简支预应力混凝土加劲梁悬索桥,主缆矢跨比1/9,主缆采用46束61Φ5 mm的高强预制镀锌平行钢丝束,平行钢丝标准强度Rbyyb=1570MPa,上、下游两根承重主缆间距13.0m,通过预埋在混凝土锚锭中的PC钢绞线锚固系统锚固。边吊索采用PES5-109的平行镀锌钢丝,间距10m,中吊索采用PES5-85的平行镀锌钢丝,间距6m,外裹热聚乙烯防护套筒,平行竖直布置。采用扁平板式预应力混凝土加劲梁,梁高0.4~0.6m,底宽12.4m,顶宽12.0m,在吊索处局部加厚加宽,以减少工程量和桥面自重。索塔采用矩形框架结构,挖井基础,重力式锚锭。引桥采用13m简支空心板梁与路基相连。全桥跨径组合为13m简支梁+200m悬索桥+13m简支梁,桥梁全长238.26m。主缆采用预制索股法架设,再以主缆索为悬吊支架,安装吊索,拼装加劲梁。 两方案经技术经济比较,钢管混凝土拱桥方案具有施工难度较小,工程造价较低,养护维修费用适宜,桥型美观,行车舒适,综合指标占优等优势而成为施工图设计采用方案。 4 结构设计 4.1 刘家峡水库岸坡稳定性 桥址处岩石强度较高,但节理、裂隙发育。历史上,该处曾为刘家峡比选坝址—马六沟坝址,考虑岩面与节理面分割的岩体在重力作用下的稳定性,地质工作者运用地质力学原理推算出了岸坡稳定线(图1中的危险线)。因刘家峡水库的建成和运营,目前水库淤积达70 m,这对岸坡的稳定性是一个有利的因素。但考虑到为保证水库正常使用,而进行清淤的因素,为保证安全,拱座采用重力式,仍然埋置在不计淤积影响的塌岸线以外的可靠的基岩上。 4.2 下弦四连塔板下锚杆管之间的连接 钢管混凝土拱卷截面由横哑铃形桁式双肋组成。每个桁肋高3.5 m,宽1.7 m(图2),由4根直径Φ700 mm,壁厚12 mm的16 Mnq钢管组成,内灌C50微膨胀混凝土作为弦杆。上弦和下弦横向两根钢管之间分别用缀板连接,内灌C50微膨胀混凝土形成横向哑铃形(图3);上、下弦之间用直径Φ299×8 mm空钢管作为腹杆,以避免上、下弦杆出现局部失稳的问题。其中直腹杆采用与拱轴线垂直的方式布置,直腹杆间距2.5 m,直腹杆与斜腹杆夹角约为38.2°,直腹杆与斜腹杆规格基本一致,易于加工。在靠近拱脚12.74 m的范围内,将腹杆改为缀板,内填充混凝土形成拱脚实腹段,以增强拱肋的竖向刚度和横向刚度(图4)。为了防止缀板在内灌混凝土的压力下外鼓,沿拱肋中线,上下弦缀板上分别按0.5 m间隔设加劲螺栓,并且在拱脚实腹段沿拱轴线设加劲螺栓。为了减少拱肋制作运输、安装及混凝土灌注阶段的变形、焊接变形,在弦杆内均匀加设钢箍和加劲角钢。 4.3 斜撑k字撑 横向联系的布置形式、位置以及横向联系的刚度,对肋式拱桥的横向稳定性有着举足轻重的作用。在两拱脚