1、增城大桥主桥下部结构设计摘要：桥梁下部结构考虑是否得当，对工程造价、质量、工期及使用影响很大。本文介绍增城大桥（30+100+30）m 中承式无铰钢箱拱桥下部结构设计，以及结构上其他抗水平推力的措施。 关键词：增城大桥 下部结构 设计 水平推力 中图分类号： TU2 文献标识码： A 1 概述 增城大桥为旧桥改造工程，在旧桥原址处重建。新建增城大桥主桥为中承式拱梁组合结构，桥跨组合为（30+100+30）m。由于桥面较宽，为了保证拱圈的横向稳定性，将传统拱圈一分为二为竖直拱和斜靠拱，分别置人行道两侧，共四榀拱肋，斜靠拱肋向内倾 21。 中跨主拱与斜靠拱拱轴线均采用二次抛物线，主拱平面内矢跨比为
2、1/4，矢高 25m；斜靠拱平面内矢跨比为 1/4.9。主拱肋中心距 27m，拱肋采用 1.5m2m 矩形钢箱截面型式；斜靠拱肋截面采用 1.2m2.0m 五边形截面。每组竖直主拱和斜靠拱之间设 8 道横撑，间距 7.5m。 主拱肋设置竖直吊杆，吊杆对应横梁设置，间距 5m，全桥共设 13 对吊杆。 主桥立面布置 气象及水文 增城地处南亚热带，其气候属南亚热带典型的季风海洋气候，温暖、多雨、湿润，夏长冬短，夏季长达半年之久。增城年平均气温 21.9，历年极端最高气温 38.6，极端最低气温-1.9。年平均最高气温31.9，年平均最低气温 11.8。雨量充沛，分布不均，年平均降雨量2004.6
3、毫米，其中 4-9 月降雨量 1657.6 毫米；占全年降雨量的 82.6%。年平均相对湿度 78.7%，最小相对湿度 7%。无霜期长。年平均风速 2.2米/秒，年平均雷暴日数 79.5 天。 按百年一遇洪水位作为设计水位，确定本桥设计水位为 11.754 米。 工程地质 根据桥位处钻探揭露，场地内埋藏地层主要有填筑土层（Qme）杂填土；第四系冲积层（Qal）-1 粗砂、-2 粉质粘土、-3 淤泥质中砂、-5 砾砂及-6 圆砾；第四系残积层（Qel）粉质粘土；下伏基岩为下古生界（Pz1）混合片麻岩-1 全风化混合片麻岩、-2 强风化混合片麻岩岩、-3 中风化混合片麻岩及、-4 微风化混合片麻岩
4、。 通航条件 本桥桥位处航道技术等级为级。其要求双向通航孔净宽不小于 40米，净高不低于 6 米，最高通航水位为 5 年一遇洪水位，即为 8.074 米。2 结构设计 在综合考虑气象、水文、地质、冲刷、船撞、地震、质量、工期、造价等诸多因素的基础上，增城大桥三拱脚采用固结，即本桥为有推力无铰拱结构。这就需要主墩与基础具有较大的抗推刚度，以尽量减少桥墩水平变位在主拱内产生的附加弯矩。 主墩墩身采用分离式圆端形实体墩，墩身尺寸为 13.5m（横桥向）5.0m（顺桥向） 。墩顶与拱脚固接，承台厚 3.0m。基础采用 12 根直径2.0m 的钻孔灌注桩，按嵌岩桩设计。过渡墩墩采用三柱式桥墩，桥墩柱径
5、1.6m，基础为直径 1.8m 的钻孔灌注桩。 为了抵抗桥梁的横向水平力，增加桥墩的整体刚度，主墩两承台之间用宽 4m 的系梁连接，过渡墩除墩顶有系梁连接外，柱顶也增加了一道系梁。 3 计算分析 3.1 荷载及荷载组合 根据公路桥涵设计通用规范和公路桥涵地基与基础设计规范 ，下部结构主要荷载及荷载组合如表 1 所示。 基础计算荷载组合表 1 基本组合 组合 恒载+活载+支座沉降 组合 恒载+活载+支座沉降+温度 组合 恒载+活载+支座沉降+温度+制动力 偶然组合 组合 恒载+活载+船撞 3.2 计算内容 主墩包括墩身、承台和桩基三部分，设计中也分别对三个部位进行计算。 由于主墩承受水平推力，因
6、此首先要计算基础的桩顶反力，确保每根桩基在施工过程的各个阶段及使用过程中始终处于受压状态。如果桩顶出现负反力，就需要采取措施减小下部结构水平推力或是加大桩基间距。 墩身计算：首先要根据最不利受力组合对墩身截面进行配筋设计，然后根据配筋结果验算墩身纵桥向及横桥向的强度及裂缝。 承台桩基内力计算：根据不同的组合类别，分别计算相应的桩顶最大、最小反力以及纵桥向和横桥向的桩身最大弯矩。 承台计算：主要包括撑杆抗压承载力计算、系杆抗拉承载力计算、斜截面抗剪承载力计算、墩身向下冲切承台及和角桩和边桩向上冲切承台的冲切承载力计算以及桩顶处的局部压应力计算。 桩基计算：本工程桩基为嵌岩桩，嵌入微风化混合片麻岩
7、，首先要验算桩基的单桩轴向抗压承载力。然后根据承台桩基内力计算结果分轴力最大、轴力最小、顺桥向（或是横桥向）弯矩最大等几种工况来计算桩身强度及裂缝。 4 主桥其他减小水平力的措施 中承式刚架系杆拱桥主边孔大小跨带来的不平衡推力的问题。由于本桥为刚性系杆（梁）刚性拱，主梁刚度足够大，为了不削弱主梁的作用就没有设置柔性系杆，这样做产生的后果就是主墩的水平推力过大。虽然主墩与基础具有较大的抗推刚度，但是还是需要在总体设计中尽可能的减小水平推力，避免它的长期作用引起地基土的变形。本桥主要有以下几种措施: （1）边跨采用比主跨小的矢跨比。增城大桥的拱肋轴线均采用二次抛物线，主拱矢跨比为 1/4，边拱矢跨
8、比为 1/7.802。 （2）边孔采用比主孔大的恒载集度。中跨主拱肋截面采用矩形钢箱梁的结构型式，截面尺寸为 1.5m2.0m（bh） ；边跨拱肋则采用预应力混凝土结构，尺寸为 3m2.7m（bh）的矩形空心截面。 （3）增加边跨端横梁的压重也是解决主边孔大小跨带来的不平衡推力问题的一种有力手段。本桥在边跨端部设置强大的端横梁作为预应力锚固端，同时可以增强横向的稳定性和平衡水平推力；并在端横梁设置牛腿，将引桥搭在端横梁上，以增加端横梁的压重。 （4）通过主梁的强制合拢来平衡水平力。本桥主纵梁分别在主跨和两侧边跨设置合拢段，通过张拉预应力来实现主梁的强制合拢，同时来减小结构的水平推力。通过在不同
9、的施工阶段不同位置（主跨或边跨）张拉不同数值的预应力，使主墩的水平力在施工过程中及运营阶段都处于一个较小的水平上。 5 结语 在非岩石地基上，基础设计是有推力无铰拱设计的重要内容，而纵向水平力是控制基础设计的主要因素。因此在这类拱桥设计中，一方面要使基础具有较大的抗推刚度，另一方面也要在总体设计中采取措施尽可能的减小水平推力。 参考文献： 1中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）.北京：人民交通出版社，2004 2中华人民共和国行业标准.公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）.北京：人民交通出版社，2007 3陈宝春.钢管混凝土拱桥（第二版）.北京：人民交通出版社，2007 4刘爱乔.（32+108+32）m 中承式无铰拱桥下部结构设计.客运专线铁路桥梁论文专辑.2007
