桥梁方案比选

方案评选 1.1桥位基本概况 1.1.1 水文地质 一、地质描述：本桥属高速公路桥，桥址覆盖层为块石土，厚1.5m~3m，下伏基岩为砂岩。 二、 水文情况：通航水位为765.1m,设计洪水频率1/100。

1.1.2 地形地貌

图0清水河大桥地质图 1.2方案简介 本设计的步骤为：根据设计任务要求，依据现行公路桥梁设计规范，综合考虑桥位的地质、地形条件，经初选后提出了预应力混凝土连续刚构、上承式混凝土拱桥、预应力连续梁桥三个比选桥型。按“实用、经济、安全、美观”的桥梁设计原则，比较三个方案的优缺点。比选后把预应力混凝土连续刚构桥作为推荐设计方案，进行了结构细部尺寸拟定、静活载内力计算、配筋设计及控制截面强度、应力验算，活载变形验算等。经分析比较及验算表明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。 在方案比较中主要有以下三项任务：一是拟定桥梁图式，二是编制方案，三是技术经济比较和最优方案的选定。编制设计方案，通常是从桥梁分孔和拟定桥梁图式开始。对一般的大跨度桥梁，依据以往的设计经验，主跨与边跨的比值有一个范围，再由此选定可能实现的桥型图式，一般选几个(通常2~4个)构思好、各具优点、但一时还难以断定孰优孰差的图式，作为进一步详细研究而进行比较的方案。对每一图式可在跨度、高度、矢度等方面大致按比例画在同样大小的桥址断面图上。编制方案中，主要指标包括：主要材料(普通钢筋、预应力钢筋、混凝土)用量、劳动力数量、全桥总造价(分上下部结构列出)、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、特种机具。其目的在于为每个桥式提供全面的技术经济指标，以便相互比较，科学的从中选定最佳方案。在编制方案中要拟定结构主要尺寸，并计算主要工程量。有了工程量，采取相应的材料和劳动力定额以扩大单价，就可以确定全桥造价。并且在每个方案中绘制出河床断面及地质分层的立面图和横断面图。 设计方案的评价和比较要全面考虑上述各项指标，综合分析每一方案的有缺点，最后选定一个最佳的推荐方案。按桥梁的设计原则、造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的应是优秀方案。但当技术因素或是使用性质候特殊要求时就另当别论，注重考虑设计的侧重点。技术高，造价必然会高，各个因素是相互制约的。所以在比较时必须从任务书提出的要求以及地形资料和施工条件，找出所面临的问题的关键所在，分清主次。 在方案比较中，除了绘制方案比较图外，还应编写方案比较说明书。其中应阐明编制方案的主要原则，拟定方案的理由，方案比较的综合评述，对于推荐方案的详细说明等。有关拟定结构主要尺寸所作的各种计算资料，以及为估算三材指标和造价等所依据的文件名称，均以附件的形式载入。在对本桥的设计中，选定三种桥式名分别是：预应力混凝土连续刚构桥，上承式混凝土拱桥，预应力混凝土连续梁桥。

1.3 设计资料 1、道路等级：高速公路 2、设计荷载：公路—Ⅰ级 3、桥面布置：双向四车道（分离式）2x11.00m（行车道）+4x0.5m（防撞护栏）+0.5（分隔带）=24.5m 4、桥下净空：满足泄洪要求及通航要求。 5、冲刷深度：一般冲刷线低于河床0.5m，最大冲刷线低于河床1m 6、气温：当地月平均最高温度为33℃，月平均最低温度为0℃。 7、桥面横坡：1.5% 8、不考虑地震影响

1.4方案比选

方案一：预应力混凝土连续刚构桥，总跨径：199.0m（52m+96m+52m），桥型布置如下图所示：

图1预应力混凝土连续刚构桥布置示意图 方案构成：主桥上部结构采用（52m+95m+52m）预应力混凝土变截面连续箱梁，箱梁截面按照1.8次抛物线变化，主梁截面采用双幅单箱单室箱梁结构；下部结构为双薄壁实心桥墩，钻孔灌注桩群桩基础。 1.横截面尺寸拟定 跨中截面：箱梁高2.5m；顶板宽12m；底板宽6.4m；顶板厚40cm；底板厚32cm；腹板厚50cm；桥面设1.5%单向横坡； 支点截面：箱梁高6.0m;；顶板宽12m；底板宽6.4m；顶板厚40cm；底板厚120cm；腹板厚75cm；桥面设1.5%单向横坡； 图2 跨中及支点截面示意图 2.基础 主桥桥墩采用双薄壁实心桥墩，横桥向宽6.4m，单薄壁厚1.2m。承台采用12m×12m×4m钢筋混凝土结构，基础为群桩基础，桩基础为嵌岩桩，桩径1.7m。

方案二：上承式混凝土拱桥，主跨104.6m，矢高23.8m。总跨径：199.0m，桥型布置如下图所示：

图3混凝土拱桥布置示意图 方案构成：主拱圈为钢筋混凝土，箱型截面，拱圈高度为1.85m，主拱圈采用拼装式，拱上建筑桥面系采用双幅整体式桥面。 1.横截面尺寸拟定：单个拱肋高1.85m，宽2.0m。 2.下部结构：基础采用群桩基础，右拱脚采用竖桩和斜桩共同承力。 3.桥面设1.5%单向横坡。 4.主梁施工：主梁采用缆索吊装施工。 方案三：预应力混凝土连续梁桥，总跨径：199.0m（52m+96m+52m），桥型布置如下图所示： 图4 预应力混凝土连续梁桥布置示意图 方案构成：主桥上部结构采用（52m+95m+52m）预应力混凝土变截面连续箱梁，箱梁截面按照1.8次抛物线变化，主梁截面采用双幅单箱单室箱梁结构；下部结构为双薄壁实心桥墩，钻孔灌注桩群桩基础。 1.横截面尺寸拟定 跨中截面：箱梁高2.5m；顶板宽12m；底板宽6.4m；顶板厚40cm；底板厚32cm；腹板厚50cm；桥面设1.5%单向横坡； 支点截面：箱梁高6.0m;；顶板宽12m；底板宽6.4m；顶板厚40cm；底板厚120cm；腹板厚75cm；桥面设1.5%单向横坡； 2.基础 主桥桥墩采用矩形空心桥墩，横桥向宽6.4m，顺桥向宽5.0m，壁厚1.0m。承台采用12m×12m×4m钢筋混凝土结构，基础为群桩基础，桩基础为嵌岩桩，桩径1.7m。 2桥型方案比较 方案序号 方案一 方案二 方案三 主桥形式 连续刚构桥 混凝土拱桥 预应力简支梁桥

桥跨布置 52m+95m+52m 199m 52m+95m+52m

支点截面梁高(m) 8m 2.5m 2.7m 中跨跨中梁高(m) 2.7m 2.5m 2.7m

受力特点 超静定结构，顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大，受力性能好。高墩的柔度形成摆动式支承体系来适应由预加力、荷载、混凝土收缩徐变和温度变化所产生的位移。 拱桥最大的优点就是将桥面系传来的压力转化为轴向压力拱桥主拱圈主要承压，在竖线荷载作用下，支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力

超静定结构，顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大，受力性能好。支座可以适应由预加力、荷载、混凝土收缩徐变和温度变化所产生的位移。

荷载施工期 较短 较长 较短

施工难易性 可采用悬臂挂篮浇注施工方法，该方法技术成熟，可在数个桥墩上同时施工，且施工机械简单，施工较简单。

主拱圈可采用支架施工，缆索吊装施工，劲性骨架施工，转体施工，悬臂施工。施工时拱肋不产生太大的弯矩，因此无须使用预应力钢束等材料进行加固。 可通过设置临时固结采用可采用悬臂挂篮浇注施工，施工完成后拆除临时固结，进行结构体系转换。

养护条件 养护简单 养护简单 养护简单 造价 较低 较高 较低 方案优缺点 主墩无支座。施工体系转化方便，伸缩缝少，行车舒适。 顺向抗弯刚度和横向抗扭刚度大，受力性能好。 顺桥向抗推刚度小；对温度、混凝土收缩徐变及地震影响均有利。 上部结构连接长度有一定的限制，长度再增加时应改用连续刚构和连续梁组合体系。 主墩的抗撞击能力较弱。 拱桥在竖线荷载作用下，两端支 撑处产生水平推力，使拱产生轴向压力，大大的减小了跨中弯矩，使主拱圈的材料强度得到充分发挥跨越能力增大。 可以就地取材，方便施工。但支撑拱的支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力，要求有良好的地基。 主墩设置支座，悬臂浇注之前，墩梁须设置临时固结，施工完成后拆除临时固结，进行结构体系转换成桥。其他特点和连续刚构桥类似。

总评 较优 一般 较优 1.实用性方面：连续梁桥和连续刚构桥行车平顺，通畅，安全，可满足交通运输要求，施工技术成熟，易保证工程质量，桥下净空大，可满足泄洪要求。上承式混凝土拱桥属有推力体系，对地基要求较高，造价高，混凝土收缩产生较大位移。 2. 经济性方面：经济性是桥型比选的一个主要标准。连续刚构桥和连续梁桥的造价均低于拱桥，所以连续刚构桥和连续梁桥的经济性要优于拱桥。 3. 安全方面：连续刚构桥的经济和受力较合理的跨径，有利于连续刚构采用高而柔性的桥墩，高墩的柔度形成摆动式支承体系来适应由预加力、荷载、混凝土收缩徐变和温度变化所产生的位移，可以改善连续刚构由于超静定而产生的 附加内力和弯矩。 4.美观方面：连续刚构的桥墩固结给人一种安全感，且连续刚构上部线条平顺，无间断，下部线条变化均匀，视觉效益好。 5.工期方面：从施工来看，采用的悬臂施工方法能在多个桥墩同时进行，或不干扰，大大缩短了施工工期。

经以上比选，连续刚构桥和连续梁桥均为较适合桥型，故再次进行以下几方面比较： 连续梁桥 1、 全桥伸缩缝仅两道，行车舒适型好； 2、 在墩顶设滑动支座情况下上部结构的连续长度可以做的很长； 3、 墩顶设滑动支座时，温度、混凝土收缩徐变在上下部结构产生较小的超净定内力； 4、 有较好的的抗震性能。 1、 施工时要墩梁临时固结； 2、 主墩有支座； 3、 顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度小，难以适应特大跨径桥梁对悬臂施工和横向抗风要求。

连续刚构桥 1、 施工无体系转换； 2、 主墩无支座； 3、 全桥伸缩缝仅设两道，行车舒适性好； 4、 顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度很大，能满足特大跨径桥梁的受力要求； 5、 因顺桥向抗推刚度小，故能有效地减小温度混凝土收缩徐变和地震的影响。

1、 上部结构连续长度，在条件适宜情况下可以做到1200~1500m，再长则要改用连续刚构和连续梁组合体系； 2、 主墩的直接抗撞能力弱。

考虑到该桥桥下通航要求，主墩受直接撞击的概率较小，连续梁桥施工墩梁临时固结的设置和拆除等工序要繁琐与连续刚构桥，另外，考虑连续刚构桥运营期无对支座的养护和更换，加之美学角度的考虑，连续刚构桥整体性和视觉效果要优于连续桥、且此种工况符合高墩薄壁的要求适于修建连续刚构桥。 联系桥址实际情况的同时对各种方案进行了综合比较，最后确定方案一连续刚构桥为推荐方案。