卡杨专用公路三滩沟大桥设计

卡杨专用公路三滩沟大桥设计

陈骥

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州310014

摘要：三滩沟大桥是卡杨交通专用公路上的一座大桥。桥位处两岸为陡坡地貌，冲沟深切呈"V"字形，最大相对高差约120m。由于两岸地形不对称，对本桥跨径布置及桥型选择影响较大，针对本桥的特殊地形地质条件，跨径采用78+120+68m高低墩不对称连续刚构。本文对该桥的总体设计、结构设计以及施工方案进行了介绍。

关键词：高低墩；大跨；不对称连续刚构；总体设计；四川

1工程概况

三滩沟大桥是卡杨交通专用公路上的一座大桥，距离专用公路起点约3km。设计采用78+120+68m不对称连续刚构方案，桥墩为薄壁空心墩，灌注桩基础；桥台为重力桥台，扩大基础。

桥位处两岸为陡坡地貌，植被不发育，冲沟深切，呈"V"字形，沟底为第四系覆盖。冲沟两壁岩性以三叠系上统侏倭组的绢云母板岩、砂质板岩为主，弱风化，总体稳定，但局部存在不稳定块体。两岸地表弱风化岩出露，强卸荷，节理发育。工程区属川西高原气候区，主要受高空西风环流和西南季风影响，干、湿分明。工程区多年平均气温为17.2°C。工程区位于川滇菱形块体北部，区域构造相对较稳定。工程区的地震基本烈度为Ⅶ度，50年超越概率10%的地震动峰值加速度为102.0gal。

2技术标准

（1）道路等级：三级；

（2）设计荷载：汽-40；验算荷载：挂-200；

（3）桥面宽度：净-8+2×0.5m，全宽9m；

（4）设计水位：1880m（锦屏水库正常蓄水位）；

（5）地震基本烈度：Ⅶ度；

（6）桥面纵坡：2.98％；桥面横坡：2％。

3总体设计

3.1桥型布置

桥位处呈"V"字形深切冲沟，一侧陡峭、一侧稍缓，若采用上承式拱桥，跨径达160m，施工难度大，施工风险高。为降低施工难度，施工图设计时采用66+120+66高低墩连续刚构方案；1号墩墩高102m，落于沟底边侧，2号墩墩高25m，位于边坡较缓处，高低墩比例4.08：1。根据施工图审查意见，为避开较为发育的J1和J2，结合优化后的路线平面，边跨适当加长至78m，桥跨布置调整为78+120+66m，桥梁全长270.72m，箱梁采用单箱单室截面，桥梁总体布置详见图1。

3.2上部结构

箱梁采用单箱单室直腹板截面，顶宽9.0m，底宽5.0m，两侧悬臂各宽2m。箱梁根部梁高7.5m（高跨比1：16），端部梁高2.7m（高跨比1：44.4），其间梁高按二次抛物线变化。箱梁跨中处腹板厚0.6m，支点处变厚至0.8m。箱梁顶板厚0.28m，底板厚由端部的0.3m按二次抛物线变化至根部的1.0m。箱梁横断面详见图2。

箱梁0、1号块合计长10米，在墩顶及托架上现浇施工。主墩上“T”构箱梁分为15对梁段利用挂篮对称悬臂浇注，从悬臂根部到跨中的梁段长度分别为为4×3m、4×3.5m、7×4.0m，悬臂累计总长54米，悬臂浇注梁段最大重量为1343kN。锦屏二级电站侧边跨现浇直线段长17m，杨房沟电站侧边跨现浇直线段5m，均在落地支架上浇注。边跨、中跨合龙段均长2m，在合龙吊架上完成合龙。

3.3下部结构

下部墩身采用钢筋混凝土单箱薄壁空心墩。1号墩采用变截面，墩顶尺寸为6.0m×6.0m（纵向×横向），墩底为7.5m×6.0m（纵向×横向），变化横坡1：136。薄壁墩间距25m设置一道横隔板，横隔板厚0.6m。2号墩采用方形等截面，截面尺寸为6.0m×6.0m。

桥墩承台尺寸为10.5m×9.6m×4.0m（长×宽×厚），各墩基础均采用4Φ2.5m钻孔灌注桩基础，按嵌岩桩设计。

桥台采用圬工重力式桥台，刚性扩大基础。

4计算要点

4.1总体计算模型

主桥静力采用大型通用有限元软件Midas/Civil进行计算分析，对主梁、桥墩及桩基础采用杆系单元模拟，进行空间受力分析，其中桩基采用“m”法进行地基弹簧模拟。全桥单元数量202个，节点数量217个，计算模型见图3。

图3总体计算模型

4.2主要计算参数

（1）结构永久作用包括混凝土箱梁自重、混凝土收缩徐变、预应力以及不均匀沉降。混凝土容重按26kN/m3取值，基础不均匀沉降按1cm进行计算。

（2）可变作用主要包括汽车荷载、温度作用、风荷载等。

汽车荷载，按汽-40进行计算，并考虑偏载系数、冲击系数的影响。验算荷载采用挂-200，不考虑偏载系数、冲击系数的影响。

温度作用。体系温度按20度考虑，整体升温25度、降温25度；温度梯度规范相应条款进行取值。

风荷载。设计基本风速取VI0¬＝25.7m/s。

（3）偶然作用。地震作用，50年超越概率10%的地震动峰值加速度为102.0gal。

4.3主要计算成果

结构按持久状况承载能力计算状态、持久状况正常使用极限状态以及持久状况和短暂状况构件的应力进行计算。计算过程中按最不利组合的原则进行设计，主要计算成果如下。

（1）箱梁跨中截面最大弯矩112428kN*m，截面抗弯承载力116858kN*m，满足规范要求。

（2）箱梁持久状况正常使用极限状态下，墩顶处箱梁上缘正截面最小压应力为1.06MPa，跨中下缘正截面最小压应力为0.42MPa，箱梁斜截面最大主拉应力为-0.73MPa，最大主压应力为17.2MPa，均满足规范要求。

（3）箱梁短暂状况下，箱梁最大压应力12.6MPa，最大拉应力-0.25MPa，均满足规范要求。

（4）预拱度的设置。预拱度采用余弦曲线公式y＝fc（1-cos2πx/L）/2进行分配，其中fc为预拱度，中跨取80mm、边跨取50mm；L为相对应的跨径。

（5）高墩稳定性分析。本桥桥墩最高102m，对高墩整体屈曲稳定性以及局部稳定性进行分析，计算结构显示稳定性系数较大，安全度较高。

5施工要点

本桥采用悬臂浇筑施工，施工阶段主梁处于悬臂状态，合龙前悬臂达到最大。本桥主要施工过程如下：下部结构施工完成后，在墩旁托架上施工0号块，2号～16号梁段在挂篮上对称悬臂浇注施工；并按照先中跨后边跨的顺序依次合龙；最后进行桥面系以及附属结构的施工。

6结语

本桥建成通车后至今，桥梁总体运营状况良好，桥梁竣工后实际线形与设计线形吻合度较好，可为西部山区高墩大跨的桥梁设计与施工提供借鉴与参考。

参考文献：

[1]JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规范[S]．

[2]JTGD62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范．

作者简介：

陈骥（1982－），男，工程师，2005年毕业于浙江大学土木工程专业，工学学士，从事桥梁工程设计。