1、武汉市岱家山大桥方案设计研究摘要：大型城市桥梁是城市现代化的标志之一，随着科技的发展，桥型应具有时代气息，桥梁结构选择要充分体现现代化设计技术水平，使桥梁这一人工构筑物和城市自然环境及人文景观协调、和谐，满足城市景观要求。本工程桥梁结合主河道两岸的实际地形及岸堤的防汛泄洪的需要确定的跨径布置，提出 Y 型墩连续刚构、波形钢腹板混凝土组合梁桥、矮塔斜拉桥及连续箱梁系杆拱组合体系四种桥型设计方案，并分别对这四种桥型方案的上、下部结构形式及各自的优缺点进行了阐述。 关键词：岱家山桥；方案比选；波形钢腹板；连续刚构； 中图分类号：S611 文献标识码： A 0 前言 既有岱家山桥建造于上世纪 60 年
2、代，包括府河右岸的 1 号桥（岱山一桥）和府河左岸的 2 号桥（岱山二桥） 。均为钢筋砼 T 型梁桥，桥梁最大跨径分别为 40.13m 和 22.2m，桥梁设计荷载为汽-13、拖-60，桥面宽仅 9m，双向 2 车道，车行道宽 7m，两侧各 1m 人行道，日均车流量约6000 辆。由于建设年代久远、设计标准偏低，而实际车流量大，桥梁长期超负荷运行，每日 15 吨以上车辆通行近千辆，给桥梁造成较大损害，多次出现桥体裂缝、钢筋外露等结构病害。 根据岱家山一桥、二桥桥梁检测评估报告 ，岱山二桥的技术状况评定等级为三类，属于较差状态；另根据武汉市桥梁维修管理处道路桥梁检测站的岱家山一桥、二桥试验检测报
3、告 ，岱山一桥、二桥安全等级评定为 D 级，属于不合格桥梁。 目前城管部门已在两端设置了限行路障，限制重载车辆超载运行，以保护桥梁通行安全。汉黄路作为城市干道，从保障车辆和行人交通安全的角度考虑，需要按照新的设计标准修建一座大桥。 1 建设概况 1.1 基本资料 武汉市属亚热带大陆性季风气候，冬夏温差大, 夏天平均气温为28.831.4，冬天平均为 2.64.6，年平均降雨量 1204.5mm。 府河是长江下游北岸一级支流。它是由府河（干流）与澴河（支流）在卧龙潭会合后的合称。桥位处府河为府澴河出口河段，位于武汉市汉口东北面，汉口江岸区的谌家矶地区，府澴河在该地区的岱家山以下分南北两支出口。北
4、支为上世纪 70 年代开挖的新河，长约 9.0km，为微弯顺直河道，河槽为复式断面，堤距 500m800m。南支朱家河，全长8.2km，河道呈“S”型弯曲，河槽以单一断面为主，堤距 250300m。50年一遇岱家山洪峰流量 7006m3/s，5 年一遇岱家山洪峰流量 3200m3/s。 桥位场地类别为 II 类，为中软土场地土，持力层分布均匀，属于均匀地基。桥梁工程区域抗震设防烈度为 6 度，抗震设防类别为 B 类，抗震设防措施等级为 7 级。 1.2 设计标准 1、拟建桥梁河段航道技术等级为内河级。桥梁轴线的法线方向与规划开挖后航槽中心线的夹角约为 17，岱家山大桥单向通航孔净宽应不小于 6
5、1m，双向通航孔净宽应不小于 122m 。 2、设计最高通航水位 25.13m，设计最低通航水位 11.30m 3、设计洪水位：百年一遇设计洪水位 27.26m 4、桥梁设计基准期：100 年 5、桥梁设计安全等级：一级 6、桥梁结构所处环境条件类别：类 7、桥梁主要设计荷载 8、恒载：按照桥梁结构实际断面尺寸计取，砼容重按 26kN/m 计 9、活载：设计汽车荷载为公路级，主桥考虑风荷载按规范计算，人群荷载按规范规定进行计算 2 跨府河主桥方案 2.1 临近河段跨河桥梁通航跨径及结构形式 为便于比较及确定最优的桥型方案，现收集临近河段上下游跨河桥梁的通航孔桥跨布置及桥梁结构形式如表 1： 表
6、 1：临近河段跨河桥梁结构形式统计表 2.2 主桥桥跨布置 根据河道现状及通航净空尺度的要求，结合主河道两岸的实际地形及岸堤的防汛泄洪的需要，考虑桥墩宽度及桥梁的结构高度，确定桥跨布置为 80+140+80m 一跨通航，桥墩布设能够使有限通航水域得到利用，满足单孔双向通航净宽的要求，也有利于河道综合整治期间桥梁的安全及航道的维护。 2.3 桥型方案设计 根据现有建桥经验，大型桥梁常用的结构形式有梁、拱、斜拉及悬索体系或这几种体系组合的结构形式。悬索体系的一般用于特大跨径的桥梁结构，本工程不太适合使用。 2.3.1 桥型方案一：主桥跨径布置为 80+140+80m Y 型墩连续刚构 图 1 桥型
7、方案一侧立面效果图 Y 型墩连续刚构方案除保持了连续梁桥结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车等主要优点外，墩梁固接还节省了大型支座的昂贵费用，减少了墩及基础的工程量，改善了结构在水平荷载作用下的受力性能。相对于较常使用的薄壁墩连续刚构而言，Y 型墩连续刚构还有效减小了主跨跨径，从而减小了桥梁结构尺寸，整体上节约了工程造价。 桥型方案一采用跨径布置为 80+140+80m 的 Y 型墩连续刚构，双幅桥设计，主梁采用 C55 混凝土结构，最大墩高为 28.8m。主梁采用直腹板预应力混凝土箱梁，支点处梁高 7m，跨中梁高 3m，箱梁底板及腹板高度呈二次抛物线线变化。桥墩
8、采用分离式桥墩，其中主墩采用矩形截面 Y 型墩，辅墩采用板式花瓶墩，C40 混凝土结构。基础采用钻孔灌注桩基础，单个主墩采用 9 根 1.8m 桩基。 图 2 主桥桥型方案一立面图 桥型方案一桥梁标准断面宽度为 33m，桥面组成为：0.25m（人行栏杆）+3.75m（人行及非机动道）+0.5m（防撞护栏）+0.5m（路缘带）+3.75m（大车道）23. 5m（小车道）+ 0.5m（路缘带）+ 0.5m（中央护栏）+0.5m（路缘带）+23.5m（小车道）+ 3.75m（大车道）+ 0.5m（路缘带）+0.5m（防撞护栏）+3.75m（人行及非机动道）+ 0.25m（人行栏杆） 。 图 2 主桥
9、桥型方案一标准横断面图 2.3.2 桥型方案二：主桥跨径布置为 80+140+80m 波形钢腹板混凝土组合梁桥 图 3 桥型方案二侧立面效果图 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁所具有的、区别于普通混凝土箱梁的独特特征主要表现在采用波形钢腹板、体外预应力束、波形钢腹板与上、下混凝土翼板的抗剪连接件等三个方面。具有提高预应力效率，改善结构性能、提高了材料的使用效率、自重降低，减少工程量、减少现场作业、加快施工进程等特点。 桥型方案二采用跨径布置为 80+140+80m 的波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥，双幅桥设计，组合箱梁顶板及底板均采用 C55 混凝土结构，腹板选用 BCSW1600 型波形钢腹
10、板，材质为 Q345D，钢板波高为22cm。箱梁顶板与腹板采用“TPBL”连接件连接，底板与腹板采用“SPBL+焊钉”连接件连接，波形钢腹板纵向采用双面搭接贴角焊接。主梁采用直腹板波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁，支点处梁高 8m，跨中梁高 3.5m，箱梁底板呈二次抛物线变化。桥墩采用分离式桥墩，其中主墩采用矩形截面空心墩，辅墩采用板式花瓶墩，C40 混凝土结构。基础采用钻孔灌注桩基础，单幅单个主墩采用 6 根 2.0m 桩基。 桥型方案二断面与方案一断面一致。 图 4 主桥桥型方案二立面图 2.3.3 桥型方案三：主桥跨径布置为 80+140+80m 矮塔斜拉桥 图 5 桥型方案三侧立面效果图
11、 根据现有的建桥经验，一般主跨跨径在 100m 以下的中桥采用预应力混凝土连续箱梁结构形式的较多，主跨跨径在 200m 以上的特大桥采用一般斜拉桥形式的较为普遍。而本桥主跨跨径为 140m，考虑到工程的经济性及施工性，本工程主桥提出一种兼有梁桥和斜拉桥优点的矮塔斜拉桥结构方案。 桥型方案三采用三跨双塔双索面斜拉桥，跨径组合为 80+140+80m，单幅桥设计，主梁及桥塔均采用 C55 混凝土结构。桥塔高 40m，顺桥向塔底宽 3.0m，塔顶宽 5.5m，横桥向塔底宽 4.0m，塔顶宽 9.46m，桥塔布置在桥梁断面中间，与箱梁固结。从桥梁正面看，主塔形似倒“A”形结构，造型优美；从桥梁侧面看，
12、主塔上宽下窄，两个主塔形似两支奥运火炬，寓意着桥梁两岸的武汉及黄陂两个地区的经济蓬勃发展。主梁采用斜腹板变截面预应力混凝土连续箱梁，支点处梁高 4.8m，跨中梁高 2.5m，箱梁底板及腹板高度呈二次抛物线变化。主墩采用板式花瓶墩，C40 混凝土结构，与主梁的斜腹板造型遥相呼应，整体景观效果较好。基础采用钻孔灌注桩基础，单个主墩采用 9 根 1.8m 桩基。 图 6 主桥桥型方案三立面图 桥型方案三桥梁标准断面宽度为 37.5m，桥面组成为：0.25m（人行栏杆）+3.75m（人行及非机动道）+0.5m（防撞护栏）+0.5m（路缘带）+3.75m（大车道）23. 5m（小车道）+ 0.5m（路缘
13、带）+0.5m（防撞护栏）+ 4m（塔索区）+0.5m（防撞护栏）+0.5m（路缘带）+23.5m（小车道）+ 3.75m（大车道）+ 0.5m（路缘带）+0.5m（防撞护栏）+3.75m（人行及非机动道）+ 0.25m（人行栏杆） 。 图 7 主桥桥型方案三标准横断面图 2.3.4 桥型方案四：主桥跨径布置为 80+140+80m 连续箱梁系杆拱组合体系 由于本桥较宽，采用传统的的下承式系杆拱桥将两片拱肋设置在桥梁两边。横梁跨度将很大，需要很大截面尺寸并布设很多预应力才能保证横梁的结构安全，并且桥梁整体景观效果欠佳。桥型方案四取梁桥和下承式系杆拱桥两者的优点，提出一种连续箱梁系杆拱组合体系的
14、结构方案，大大改善了结构体系的受力性能，并对拱圈进行装饰，增加了桥梁的整体景观效果。 图 8 桥型方案四侧立面效果图 桥型方案四为中跨 140m 的下承式钢管混凝土拱与变截面连续梁组合体系，跨径组合为 80+140+80m，单幅桥设计。采用单片拱肋，主拱圈采用直径为 1.8m 的钢管混凝土拱，布置在桥梁断面中间，矢跨比为 1:5，拱轴系数为 1.134。主拱圈两侧各设一直径为 0.8m 的钢管装饰拱，主拱圈与装饰拱之间用拉杆相连。从桥梁侧面看主拱圈与装饰拱宛如一片茶香四溢的茶叶覆盖在桥面上。主梁采用斜腹板变截面预应力混凝土连续梁，C55 混凝土结构，桥墩处梁高 6.8m，跨中梁高 3.0m，箱
15、梁底板呈二次抛物线变化。主墩采用板式花瓶墩，C40 混凝土结构，与主梁的斜腹板造型遥相呼应，整体景观效果较好。基础采用钻孔灌注桩基础，单个主墩采用 9 根 1.8m 桩基。 图 9 主桥桥型方案四立面图 本桥型方案相比单纯的预应力混凝土连续箱梁能减小桥梁的结构高度，拱圈经过装饰后桥梁景观效果较好，但是桥梁构造、力学性能及施工工艺均较复杂。 本桥型方案桥梁标准断面宽度为 37.5m，桥面组成为：0.25m（人行栏杆）+3.75m（人行及非机动道）+0.5m（防撞护栏）+0.5m（路缘带）+3.75m（大车道）23. 5m（小车道）+ 0.5m（路缘带）+0.5m（防撞护栏）+ 4m（拱圈及吊索区
16、）+0.5m（防撞护栏）+0.5m（路缘带）+23.5m（小车道）+ 3.75m（大车道）+ 0.5m（路缘带）+0.5m（防撞护栏）+3.75m（人行及非机动道）+ 0.25m（人行栏杆） 。 图 10 主桥桥型方案四标准横断面图 3 桥型方案比选 桥型方案一（80+140+80m Y 型墩连续刚构） 、桥型方案二（80+140+80m 波形钢腹板混凝土组合梁桥） 、桥型方案三（80+140+80m矮塔斜拉桥）及桥型方案四（80+140+80m 连续箱梁系杆拱组合体系）综合比较如表 2 所示： 从上表综合方案比选，从桥梁的经济性、实用性、安全性及通航条件、桥梁构造、施工工艺、施工工期、后期养护、桥型结构创新及桥梁景观等多方面进行综合比较，将桥型方案二波形钢腹板混凝土组合梁桥作为推荐方案。 4 结语 为改善桥梁结构的受力性能，本次桥梁方案设计时提出两种新颖的桥梁结构方案。 1、桥型方案二波形钢腹板预应力砼组合箱梁。与常规的变截
