桥梁初步设计的方案比选

一．桥梁初步设计一工程概略本册设计为猛河大桥初步设计，猛河位于湖南省境内。

大桥的建设对推进该地域的经济发展拥有十分重要的意义。

本桥设计综合考虑该地域地形、地貌、通航、河床特色、泄洪要求，在知足使用要求的前提下，力争结构经济安全，施工方便。

二设计规范1．《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）；2．《公路桥涵设计通用规范》（ JTG-2004）；3．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG-2004）；4．《公路桥涵地基与基础设计规范》（ JTJ024-1985）；5．《公路工程靠谱度设计一致标准》（ GB/T50283-1999）；6．《公路桥涵施工技术规范》（ JTJ041-2000）；7．《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 026-90 ）；8．《公路工程抗震设计规范》（ JTJ 005-96 ）；9．《钢结构设计规范》（ GBJ17-88）.三技术标准依据设计要求，主要技术指标以下：1．设计荷载：一级公路，双向六车道；2．设计车速： 80km/h；3．桥面宽度：双幅分别式，每幅桥宽：0.5m 防撞栏 +2m人行道右路肩行车道 +0.75m 左路肩防撞栏，两幅桥之间间距0.5m.4．桥面坡度 :纵坡3%，横坡1.5%；5．通航标准： III-(2)级1个航道,双向通航孔，净高H为10m，净宽B为150m，上低宽 b 为 131m，侧高 h 为 6m,通航水位为；航道等级Ⅲ - （ 2）6．设计洪水频次 :按百年一遇洪水频次,设计水位为；7．设计基准期： 100 年。

四水文地质概略本桥工程区段为 K3+700～K4+400，桥址位于内地河，环境类型为Ⅰ类（暖和或严寒地域的大气环境、与无侵害性的水或土接触的环境），桥位与河流两岸顺直。

两堤间距约700m，桥址河床断面属宽滩式河床断面。

地质勘探结果表示，桥位区地质状况一般，河滩地点挨次是低液限粘土，允许应力 [ σ0]=250 KPa ；弱风化泥质灰岩，允许应力[ σ0]=1000 KPa；轻微风化泥质灰岩，允许应力 [ σ 0]=1200 KPa；细风化白云质灰岩，允许应力[ σ0]= 2000 KPa ，河槽部分挨次是砂砾层，允许应力 [ σ0]=550 KPa，砂卵层，允许应力 [ σ0]=1200 KPa，依据上述地质条件，设置端承桩。

五大桥设计方案大桥整体方案构想全面贯彻“安全、适用、经济、雅观”的技术目标。

（1）造价要求。

所选桥型力争技术先进 , 结构独到有别于邻近已建桥梁 , 同时知足工程数目省、造价低、投资少、经济合理的原则。

（2）施工要求。

所选桥型应知足有成熟施工经验、所需施工设备少、工艺简单的要求 , 以减小施工难度、加速施工进度、节俭投资本额、保证施工质量。

（3）通航要求。

为减少船舶撞墩的机率 , 保证桥梁的安全 , 适合增大和合理部署通航孔跨径 , 而且抵挡船舶撞击拥有足够的安全 , 同时所选桥应保证在施工时不可以影响船只通行。

（4）景观要求。

桥梁作为一种功能性的结构物，同时也是一种美学的艺术。

所以在知足桥梁适用功能和桥下通航要求的前提下，力争桥梁造型雅观，使大桥与四周环境相协调。

并应最大限度地减少施工对河水及四周环境的污染。

鉴于以上原则再联合地质实质状况以及中国现有的常有桥型，本次设计选用了四种桥型：连续刚构桥，独塔双索面斜拉桥，三跨连续下承式钢管混凝土拱桥，自锚式混凝土悬索桥。

最后综合各样因素，选用连续刚构桥作为介绍方案。

5.2 方案一：连续刚构桥主桥设计（ 1）整体部署1．方案构想跟着交通运输特别是一级级公路的快速发展，对行车平顺舒坦提出了更高的要求。

而悬臂梁桥和 T形刚构桥因为形变比较大的原由均难知足这个要求，超静定结构的连续钢构桥以其结构刚度大、变形小、伸缩缝少和行车安稳舒坦等突出长处而获得快速发展。

与连续梁桥对比，连续刚构桥在墩顶处由恒载产生的弯矩要小，所以在特大跨连续梁系统桥中，一般考虑采纳连续刚构桥。

变截面连续刚构桥立面多采纳不等跨部署，边主跨比一般为 0.5 ～ 0.692 ，梁底曲线可采纳二次抛物线、折线和介于折线与二次抛物线之间的 1.5 ～1.8 次抛物线，此中抛物线的变化规律应与连续梁的弯矩变化规律靠近。

本桥河床较为平展，基岩埋深较浅，能够使用较大跨径以知足通航和泄洪要求。

由于是 III-(2) 级航道，通航净宽为 150m，设一个通航孔，考虑到桥墩部署、地质、地形和通航充裕等条件，取主跨为 160m。

连续刚构桥的边主跨比为： 0.5 ～0.692 之间，本桥考虑取两桥台之间长度为 700m。

因为桥位地质条件好，而引桥的标准跨为一般 30m、40m 或50m,，故跨径部署为：2×50+40+50（预制预应力简支 T梁）+100+160+100+3×50（预制预应力简支 T梁）=700m，这时边主跨比 100/160=0.625 知足要求。

图连续刚构桥方案整体部署图（单位:cm）2．桥面标高确立：（1）竖曲线设计：依据《公路工程技术规范》高速公路竖曲线半径一般取值为 4500m、最小值为 3000m，但考虑到防止桥台高度过低，在桥梁竖曲线和纵坡知足规范的前提下，本方案竖曲线半径采纳 R＝3000m。

竖曲线基本因素为：竖曲线长度 L=270m、切线长 T＝135m、竖曲线外距。

（2）桥面标高：本桥桥面标高依据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两头引道标高的需要，并联合桥型跨径等综合考虑。

①按设计水位计算桥面标高，计算公式以下：式中：HH min——桥面最低高程（ m）；j——设计水位（ m）（设计水位记入壅水、波涛高度等）；h j——桥向净空安全值（m）；h o——桥梁上部结构建筑高度。

Hmin=342.365m(主桥跨中桥面标高 ) ② 按通航水位计算桥面标高：式中：Hmin——桥面最低高程（ m）Hth——设计最高通航水位（m）HM——通航净空高度（m）Vho——桥梁上部结构建筑高度，包含桥面铺装层高度（m）。

Hmin（主桥跨中桥面标高）③ 按路堤通车处计算桥面标高：路堤通车处通车净空，上部结构建筑高度，设计跨中桥面标高为：43.352+3+4.5=49.852 m 。

综合上述标高，本方案标高取为（跨中桥面标高），由路堤通车处跨线标高确定。

（ 2）上部结构设计主桥上部结构采纳变截面箱梁， C50混凝土，桥梁宽度，箱梁顶板宽度取 17.5`.0m ，底板宽取。

依据《桥梁工程》往常梁性刚柔桥，支点处箱梁截面的高跨比在 1/16 ～1/20 之间，跨中截面梁高约为支点截面梁高的 1/2.5 ～ 1/3.5 ，故本桥支点处梁高取，高跨比为 1/20 ，跨中梁高取 4m，跨中截面梁高为支点梁高 1/3 ，高跨比为 1/60 。

箱梁顶板厚取 30cm，腹板及底板采纳变截面，腹板厚度由墩跨中 40cm厚渐渐过渡至墩顶60cm厚 , 底板厚度由墩跨中35cm厚渐渐过渡至墩顶 80cm厚。

梁高、底板厚度按二次抛物线变化，以知足受力及桥梁线形上的需要，腹板厚度按直线变化。

本桥方案因为桥面宽度的要求，考虑采纳单箱单室断面，单箱单室断面结构简单，受力明确，施工方便。

图连续刚构桥方案主梁横截面图（单位:cm ）（ 3）下部结构设计本桥地形平展，通航孔部署范围较广，由钻探资料，本桥主要地层第一层为沙砾层、第二层为砂卵层，采纳端承桩，入岩深度大于三倍桩直径，所以主桥基础采纳端承桩基础。

主桥桥墩为双肢薄壁桥墩，主桥设4m厚钢筋混凝土承台。

主桥基础采纳钻孔灌输桩，选择在枯水季节钻孔施工，主墩每墩桩数为24根，桩端入持力层厚度亦大于桩直径 3倍。

图连续刚构桥方案主桥桥墩大样图（单位:cm）引桥设计（ 1）桥跨部署2×50+40+50m（预制预应力简支 T梁）+主跨部分 +3×50m。

（ 2）上部结构设计引桥上部结构采纳标准跨径为40m的预应力简支T梁，梁高为2m，预制宽度为2m，主梁吊装就位后浇筑的湿接缝，T梁间距为2m，跨中腹板厚度为，跨中马蹄宽度为，高度为，斜坡高度，支点截面腹板厚度变成。

图 1.4 连续刚构桥方案引桥主梁截面图（单位:cm）（3）下部结构设计引桥桥墩采纳圆柱式桥墩，桥墩直径为，每一横截面共设有四个桥墩，每一个桥墩下边设置 1.0 m 直径的圆柱桩，中心距为 2.5 倍桩径，圆柱桩之间设置横系梁。

（ 4）桥台设计本方案中，桥下地基优秀，桥台接线处填土高度大概为10m左右，采纳结构简单，费用较低的重力时桥台是比较合理的选择。

详细桥台的尺寸请参照有关图纸。

5.3 方案二：独塔双索面斜拉桥主桥设计（ 1）整体部署 :8×40m预应力混凝土简支 T梁＋ 160m＋ 180m（双塔双索面斜拉桥）＋50m+30m预应力混凝土简支 T梁＝ 750m。

图斜拉桥型整体部署图（单位：cm）1．方案构想：独塔斜拉桥在河床地质、地形条件较好时，经济性比较好，能够省去一个桥塔，无索区比双塔斜拉桥长，拉索用量少；其次，其活载最大挠度发生在拉索区，对受力有益，受缩短徐变及温度梯度的影响较小；再次，其结构部署灵巧，施工也比较方便，可采纳悬臂浇筑、转体施工等方法。

鉴于这些长处，并联合当地的地质条件，桥位处基岩埋深较浅，且平均一致，承载力高，河槽偏于西岸，属于不对称情况，同时河面宽度约 400m，在其经济跨径的范围内，此外，桥位处视线宽阔，高耸的桥塔进一步增添了大桥宏伟的气概，所以独塔斜拉桥是一个很拥有竞争力的方案。

2．桥面标高确立：（ 1）竖曲线设计：依据《公路工程技术规范》高速公路竖曲线半径一般取值为 10000m、最小值为 6500m，但考虑到防止桥台高度过高，在桥梁竖曲线和纵坡知足规范的前提下，本方案竖曲线半径采纳 R＝10000m。

竖曲线基本因素为：竖曲线长度 L=400m、切线长 T＝200m、竖曲线外距 E=2m。

（( 2）桥面标高：本桥桥面标高依据设计水位、桥下通航（通车）净空、桥两头引道标高的需要，并联合桥型跨径等综合考虑。

① 按设计水位计算桥面标高，计算公式以下：式中：HH min——桥面最低高程（ m）；j——设计水位（ m）（设计水位记入壅水、波涛高度等）；h j——桥向净空安全值（m）；h o——桥梁上部结构建筑高度。

Hmin=341.865m(主桥跨中桥面标高 ) ② 按通航水位计算桥面标高：式中：Hmin——桥面最低高程（ m）Hth——设计最高通航水位（m）HM——通航净空高度（m）Vho——桥梁上部结构建筑高度，包含桥面铺装层高度（m）。

Hmin =326.473+10+2.5+0.1=339.073m （主桥跨中桥面标高）（ 2）上部结构设计1.主塔：桥面以上主塔顺桥向宽 7m，桥面以下至承台渐渐过渡到 10m。