白山大桥预应力混凝土斜拉桥设计图纸85+85独塔斜拉

发表于 2013-12-8 13:17:30

1．主要技术标准
本桥技术标准按二级公路和城市主干道综合考虑拟定为：
1）道路等级：二级公路，城市主干道Ⅱ
2）设计行车速度：40km/h
2）设计荷载等级：城-A级，人群荷载按《城市桥梁设计荷载标准》计算
3）设计洪水频率：50年一遇
4）桥面宽度：
人行道：净宽2.0米（每侧）
行车道：15.5米（双幅），15.0米（单幅设中间双黄线）
匝道：7.0米（净宽）
护栏：0.25米
5）坡度：纵坡≤3.5%（机动车道），≤3%（机动车和非机动车）
横坡 1.5%（直线段）
6）平曲线半径：≥35米
7）竖曲线半径：凹曲线R≥5000米
凸曲线R≥3000米
8）地震烈度:Ⅵ度
1. 平面布置
桥轴线沿启明路轴线直线布置，与浑江交角为3°。北岸引桥跨过防洪堤接启明路，南岸引桥跨防洪堤和滨江街后与南岸互通式立交相接。南岸立交主线以半径为70米和35米的复合型曲线落地后与红旗街相接。匝道分别接南北向的靖宇路（上桥）和东西向的红旗路（下桥）。

2. 纵断面布置
控制白山大桥纵断面设计的主要条件为跨越滨江路、靖宇路与红旗街交叉口的桥下净空。
主桥竖曲线最高点设在主桥跨中位置，高程为+478.12米，竖曲线半径8500米，主桥全部位于竖曲线上。北岸引桥纵坡为1.0%，引道以0.3%的纵坡与启明路顺接，北岸桥台填土高度为3.7米；南岸引桥在跨越滨江街和地面交叉口处纵坡为1.0%，跨越地面交叉口后纵坡为3.5%，匝道部分纵坡为3.0%，南岸桥台填土高度为3.7米。

3. 横断面布置
桥面宽度根据规划要求，考虑双向四车道。
双索面桥型行车道单幅布置净宽15米，两侧设有人行道，净宽均为2.0米，总宽24.8米，中央分隔带采用双黄线，宽0.5米。
单索面桥型行车道双幅布置净宽15.5米，两侧设有人行道，净宽均为2.0米，总宽23.3米,中央分隔带即斜索保护区，宽2.8米。
直线部分设 1.5%双向横坡，曲线部分按规范要求设置超高。

五．桥型方案
1. 设计原则
桥型方案在满足使用功能的前提下，结构应力求适用、安全、经济、美观、新颖，充分体现当今先进的建桥新技术、新水平，富有时代风貌；同时桥型方案应经济合理适度，施工方便可行，结构安全耐久。
 充分满足使用功能：桥跨结构选用整体性好、伸缩缝少的连续结构，提高行车舒适度，体现以人为本的原则。
 孔跨布置应考虑泄洪和环保要求。
 因本桥位于市区，施工对环境和周围居民的生活均产生较大的影响，应选择合理的桥型方案，为控制工期提供保障。同时还应注意美观要求需具备优美造型与周围的景色协调。
 随着白山市经济增长，大桥设计时应具有一定的前瞻性。

2. 主桥设计
（1）跨度选择
桥址处江面宽约170米，从泄洪和环保的角度考虑跨度不能太小。若一跨过江对泄洪的影响最小，但这样大的主跨在两岸还需较大的边跨与之相匹配，不仅经济性差，而且不易与南岸互通式立交相接。桥址处河床平坦，水深较浅，基础施工比较简单，经比较，在河床中设一个桥墩比较合适，既将跨度减小到了100米以下，又对泄洪影响很小，水中基础施工也很简单。考虑两种跨度布置作比较，一种是对称布置南北两跨，选用85+85米，另一种是不对称布置，选用105+65米。

（2）桥型选择
跨度100米左右的可供选择的桥型较多，如连续梁桥，拱桥，斜拉桥等。本桥由于跨度较小，地质条件较好，具有支架施工的条件，为降低造价和减小后期防腐工作量，选用混凝土主梁较合适。预应力混凝土连续梁桥施工简单，造价经济，但是支点处梁高较高，按本设计中的立面线型布置，梁底距水面仅1米。其造型一般，不能体现出时代风貌，又与上游通江桥桥型类似，所以不宜选用。拱桥造形较为美观，也适于本桥跨度，但离本桥最近的上游的浑江大桥和下游的彩虹桥均是拱桥，若本桥还选用拱桥则桥型雷同，无法显示出城市建筑的多样性，给人以千篇一律的感觉。
预应力混凝土斜拉桥也比较适合于本桥的跨度，而且是白山市当前所没有的桥型，新颖美观，技术含量高，时代性强。特别是高耸的桥塔位于“营白”公路进入市中心的必经之路上，将给进出白山市的人们留下深刻印象，同时也为G201国道沿线增加了一道风景。白山大桥的建成可以作为白山市的标志性建筑。
为此，在桥型方案设计中围绕预应力混凝土斜拉桥的各种类型进行比较。

（3）方案介绍
本次方案设计阶段共拟定四个主桥桥型方案进行比较。

方案A：两跨单索面部分斜拉桥，跨度为85+85米。
方案一：两跨单索面斜拉桥，跨度为85+85米。
主梁采用单箱三室截面，梁高2.0m。主塔截面采用“H”形截面混凝土塔柱。斜索竖琴型布置，索倾角均为30°，墩柱采用纵向4 米，横向6米的椭圆截面。

方案二：两跨单索面部分斜拉桥，跨度为85+85米。
主梁采用单箱三室截面，梁高2.5米。斜索采用扇形布置，梁上间距5米。上塔柱采用纵向3.0米，横向1.7米的矩形截面。部分斜拉桥的斜索在塔柱上的锚固区较矮，从景观上考虑，上塔柱高度定为27.3米，锚固区以上仅起装饰作用。墩柱采用纵向3米，横向6米的椭圆截面。

方案三：两跨双索面斜拉桥，跨度为85+85米。
主梁采用边主梁，梁高2.0m。斜索采用竖琴布置，索倾角均为30°，在梁上间距8m。塔柱采用 “门”形砼塔柱，塔柱顶部设一道横梁。墩柱为两根直径4.4m的圆柱。

方案四：两跨单索面斜拉桥，跨度为65+105米。北侧跨度105m，南侧跨度65m。
主梁采用单箱三室截面，梁高为2.0米，索在梁上间距南侧为4.7米，北侧为7.5米；主塔截面采用“H”形砼塔柱，墩柱采用纵向4米，横向6米的椭圆截面。
方案布置一览表
项目跨度塔型式梁型式索型式
方案一 85+85m 混凝土独柱单箱三室竖琴型单索面
方案二 85+85m 混凝土独柱单箱三室扇型单索面
方案三 85+85m 混凝土“门“型边主梁竖琴型双索面
方案四 105+65m 混凝土独柱单箱三室竖琴型单索面

各方案支承条件均为塔梁墩固接，边墩处设活动支座。本桥为独塔斜拉桥，塔梁墩固接不会因温度变化使主塔受附加水平力，而且不需在主塔处设置大吨位支座，节省了造价。
根据桥址处的地质状况，主桥基础选用钻孔桩，持力层在微风化-未风化泥岩层。

（4）方案比较
 单双索面比较
单索面结构主梁采用抗扭刚度较大的箱型截面，而箱型截面构造较复杂；而双索面主梁可以采用边主梁形式，施工简单。单索面斜索锚固于主梁中心线处，仅需在桥中央留出保护斜索的隔离带，与双索面相比，可以采用较小的梁宽，同时在美学上可避免双索面给人两侧斜索交错零乱的视觉，特别是在小跨度斜拉桥中，双索面斜拉桥塔高与梁宽相比，差距不大，主塔气势较弱。
项目梁宽美观施工
单索面 22.5~23.3m 较好较复杂
双索面 24.8m 较差较简单

 斜拉桥与部分斜拉桥比较
一般部分斜拉桥与斜拉桥相比，梁高较高，塔柱附近须采用变截面梁高，塔柱较矮，斜索用量少，预应力束用量较多，施工不需要采用牵索挂篮，造价较低。但对本桥而言，跨度较小，部分斜拉桥主梁高度仅为2.5米，而斜拉桥由于主梁横向和构造要求，主梁高度为2米，两者梁高相差较小；且两种桥型均采用支架现浇法施工。所以，两种桥型在造价上相差较小。在美观上部分斜拉桥梁高塔矮，给人以稳定感，但不如斜拉桥轻巧挺拔。
项目塔高梁高美观施工难度
部分斜拉桥矮梁高较高，截面类型多较差较复杂
斜拉桥高梁高较小，截面类型少较好较简单

 索面比较
本桥斜拉索布置有扇形和竖琴形两种索面形状。从受力角度来讲，竖琴形索面各斜索与水平面的平均交角较大，斜索垂直分力对梁的支承效果较大，而对主梁产生的轴力较小。从经济上看扇形索面工程量稍低。从美观上看竖琴形索面塔高较高，各斜索相互平行，排列整齐，与对称的跨度布置较匹配；扇形索面柱塔较矮，斜索上密下疏，节奏感较强。

 跨度布置比较
对称布置两等跨由于没有背索，不能有效地约束塔顶变位，从而刚度较低，弯矩较大。但本桥的总跨度为170m，采用不等跨布置虽然可用背索约束塔顶变位，但减小了边跨跨度则必然增大了主跨跨度，同样降低了全桥的整体刚度，并提高了造价。从总体景观上考虑，白山市城区偏向南岸，北岸目前为开阔地，桥型采用不对称的孔跨布置比较合适；但从白山市长远发展角度来看，北岸为规划的高新技术发展区，不久北岸也会高楼林立，与南岸的建筑布置相对平衡，桥型采用对称的孔跨布置比较合适。从景观的多样性出发，本桥选用了斜拉桥形式；同时，还应考虑本桥在景观上与其他建筑的统一性。上、下游的拱桥在跨度上具有对称性，平面上关于本桥也具有对称性，所以在本桥立面上也采用对称跨度可增强浑江上下游几座桥的统一性。
综上所述，各方案优缺点详见下表：
项目造价（建安费）工期施工难度景观效果
方案一 1383.8万元较短较简单好
方案二 1295.1万元较短较复杂较好
方案三 1596.5万元短最简单较差
方案四 1473.3万元长较简单较好

根据综合比较，推荐采用方案一。方案一在造价上仅高于方案二88.7万元，但其主塔主梁均施工简单，便于工期控制，同时又有很好的景观效果。

3. 引桥及匝道
全桥立面线型主要由引桥桥下净空控制，设计中尽可能的降低梁高，才能整体降低全桥高度，从而缩短桥长，减小征地范围，控制总造价。两岸地质条件均较好，基础施工简单，所以南北引桥均选用小跨度钢筋混凝土连续板梁，梁高仅0.6m，不仅使引桥长度较短，而且行车条件好，也便于在与主桥和匝道相接处采用变宽形式。
北引桥桥宽20m，分两联，第一联跨度为4X13m，第二联跨度为3X13m，由引道接启明路。南引桥分三联，第一联为变宽段，跨度为2X16+13m，北侧与主桥主梁等宽，南侧分别与第二联和东、西匝道相接；第二、三联跨度均为4X13m，桥宽16米。东、西匝道分别接靖宇路和红旗路，跨度与南引桥的第二、三联相同，桥宽均为10m。南北引桥均采用三个墩柱，匝道均采用两个墩柱，柱顶设横梁。基础均采用整体扩大基础，持力层现定在稍密卵石层。

4. 附属结构
 桥面铺装
沥青混凝土路面行车舒适，但结构层多，施工复杂，使用期限短，运营期养护费用高，抗滑性差，而且白山市最冷月的平均气温低达-15.5°C，沥青易脆裂，所以不宜采用沥青路面。
混凝土路面结构简单，施工方便，使用期长，运营养护费用低，抗滑性好，所以本桥推荐采用混凝土路面。
 护栏与栏杆
人行道和行车道之间设波形护栏。人行道外侧设钢制栏杆。斜拉索防护采用Cm-PL2-R型组合式护栏。
 电气照明
本桥按分散照明设计。桥面道路照明为双侧对称式布置，灯杆位于桥面防撞栏杆处，灯间距为30米，高度为12米。桥面照明的平均照度不低于20Lx。
另外，本桥可根据需要进行景观照明设计。

六．施工方式
1．施工方案
桥址区水较浅，地质条件较好，主桥施工适宜采用支架法施工，施工安全简单。
主桥采用支架法施工，优点是施工工期短，主桥线型控制较好。缺点是所需支架较多，施工过程中会受到洪水影响，所以要合理安排工期，尽量在枯水季节完成主梁的施工。施工时先在支架上浇注主梁，然后张拉预应力束，再安装斜索并按要求张拉索力；斜索张拉后根据要求拆除指定位置处的支架，使施工过程中主梁受力明确。同时，施工过程中要采取必要的措施保证主梁能在水平方向自由变位。
引桥施工亦采用支架法施工，一联整体浇筑，整体落架。

2．计划工期
计划工期为16个月，由主桥施工工期控制。其中三通一平等进场准备工作30天，主塔基础施工60天，主塔施工45天，主梁浇注及挂索施工120天，桥面附属结构安装60天，冬歇100天。南北引桥施工与主桥同时进行，按计划工期决定工作面数量。

七．问题与建议
由于本桥根据规划，北岸接启明路，通向“营白”公路，南岸分别接靖宇路和红旗路，所以南引桥设计成曲线互通式立交，并在东、西两侧增加两条匝道。根据现在红旗路的主要功能来看，属于生活性主干道，车流量较小，且距浑江大街约240m，建议将红旗街上白山大桥车辆经由惠民路上浑江大街到靖宇路上桥，南引桥直接接靖宇路（见南岸立交比较方案）。南岸立交桥比较方案在靖宇路的落地点距浑江大街和靖宇路的交叉口仅100米，若能作好附近地面道路的交通组织，确保过桥车流畅通，将会在不影响本桥的主要交通功能的前提下，减小工程量，也减少拆迁范围，从而降低工程总造价。