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2008-08-11 17:54 【大 中 小】【打印】【我要糾錯(cuò)】
摘 要:金湖大橋位于金湖縣城的淮河入江水道,水文復(fù)雜,下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大。本文針對(duì)初步設(shè)計(jì)中必須解決的水文計(jì)算、合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)橋型等重大技術(shù)問題進(jìn)行了探討和研究,并提出了具體的實(shí)施方案。
關(guān)鍵詞:橋梁 設(shè)計(jì) 技術(shù) 研究
金湖大橋位于金湖縣城的淮河入江水道,治理淮河時(shí),將原三河改造南泄高郵湖,整個(gè)淮河流域16萬(wàn)km2的洪水經(jīng)此流入長(zhǎng)江,屬季節(jié)性行洪河道。鹽金國(guó)防公路穿過此處進(jìn)入太行山脈,該河是我省除長(zhǎng)江以外的第二大水系,設(shè)計(jì)流量15000m3/s,主河槽寬3100m,是典型的排洪河流。改造后的水流在橋址處,幾乎與大堤成80°交角,因此水文復(fù)雜,下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大,初步設(shè)計(jì)必須解決水文計(jì)算、合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及經(jīng)濟(jì)橋型等重大技術(shù)問題。
1、復(fù)雜的水文計(jì)算
我省水系有兩類河流,一是渠化河流,主要是通航和灌溉,它受上下水閘的嚴(yán)格控制和調(diào)節(jié),河床穩(wěn)定,水流緩慢,水位變化小,特別是兩岸已有永久性加固河堤,故而這類河流的橋長(zhǎng)不直接取決于流量的大小,橋高與水位的關(guān)系也不大,滿足通航凈空即可,基礎(chǔ)的深度則略去沖刷的影響,設(shè)計(jì)時(shí)一般不作水文計(jì)算;另一類是泄洪河流,特別是瞬時(shí)洪峰流量大、速度快、沖刷嚴(yán)重,橋梁的長(zhǎng)度、高度、基礎(chǔ)的深度等均由水文條件決定。金湖大橋淮河入江水道正是后者,水文計(jì)算是總體設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。
由橋址處15000m3/s流量時(shí)的速度等高線分布圖可以看出,入江水道東堤是洪峰的迎峰面,洪峰撞擊東大堤后,折向西大堤,東堤下的東偏泓水流紊亂,流速等高線密集,水頭落差大,流速變化快,渦流現(xiàn)象十分顯著。最大流速達(dá)1.8m/s,而上下游不遠(yuǎn)處流速不足1.0m/s,顯然該區(qū)域應(yīng)引起足夠的重視,屬最危險(xiǎn)區(qū)。
橋跨必須加大,必須避免由于橋梁跨度不足而進(jìn)一步增大流速的現(xiàn)象。由東偏泓向西,大橋與漫水路斜交35°左右,該路與東偏泓水閘都高于河底,從而提高了上游的水位,增加了水深(用于灌溉),因而洪峰經(jīng)過時(shí),提高了落差,增大了流速,故漫水公路下游的沖刷就不可忽視,該區(qū)域流速達(dá)1.3~1.5m/s,影響范圍沿橋長(zhǎng)約500m左右。第三個(gè)區(qū)域是西大堤段,洪峰流速已降低至1.0~1.2m/s,屬正常水流區(qū)。由此可知:
�、夙毞秩齻€(gè)區(qū)域分別計(jì)算流量、流速與沖刷;
�、谥骱硬蹣蚩绲牟贾每稍O(shè)計(jì)為40+3×70+40m為連續(xù)結(jié)構(gòu),因水深超過4m,推薦采用斜拉桁架連續(xù)梁;
�、墼诓粔嚎s過水?dāng)嗝娴那疤嵯�,單跨�?0m較好,這樣主河槽的橋長(zhǎng)約3150m.第Ⅰ區(qū)域是東偏泓區(qū),長(zhǎng)約480m,過水面積3011m2,最大流速1.75m/s,平均流速1.54m/s,設(shè)計(jì)最高洪峰時(shí),通過區(qū)域的流量為4643m3/s,橋長(zhǎng)僅占全橋的15.6%,而流量卻占總流量的31%.
也就是說,東偏泓1/6.5的橋長(zhǎng),須通過近1/3的流量。最能表達(dá)這一特性的水文參數(shù)是單寬流量qc,該區(qū)域的平均單寬流量高達(dá)9.67m3/s,與其相對(duì)應(yīng)的單孔橋跨應(yīng)在60~100m之間,本橋設(shè)計(jì)為70m跨徑,滿足要求�! 「鶕�(jù)《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》在主流深泓線上不宜布設(shè)橋墩的規(guī)定,該段有兩條水深超過8.5m的深泓線(設(shè)計(jì)水位時(shí)),且相距199.1m,故主河槽必須布設(shè)三跨70m主跨,方能跨越該深泓線,因此主橋中的主跨布置為40+3×70+40m斜拉桁架連續(xù)梁是適宜的。
第Ⅱ區(qū)域,可稱為漫水公路區(qū)域(橋與漫水路交叉區(qū)),這段橋長(zhǎng)約1200m,最大流速1.5m/s,平均流速1.35m/s,流量7035m3/s,占總流量的46.9%,平均單寬流量為5.86m3/s,與其對(duì)應(yīng)的單孔跨度20~40m,本橋采用30m預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T梁。
第Ⅲ區(qū)域?yàn)槠溆?420m的橋跨區(qū),流速1.165m3/s,流量3322m3/s,占全部流量的22.1%,平均單寬流量為2.34m3/s,與其相對(duì)應(yīng)的單孔跨度約20m,為不壓縮水流,本橋仍用30mT梁,同Ⅱ區(qū)域。
這樣,位于兩大堤之間的主橋即為2×20+89×30+40+3×70+40+3×20+3×10m,西大堤以外的引橋?yàn)?孔20m簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力空心板,全橋總長(zhǎng)3293.38m.橋梁基礎(chǔ)埋置深度的確定,須進(jìn)行沖刷計(jì)算,由于三個(gè)區(qū)域的流速、跨度、下部結(jié)構(gòu)均不同,故也應(yīng)分別計(jì)算。沖刷計(jì)算有兩部分內(nèi)容,一是一般沖刷,二是局部沖刷。我國(guó)常用的是鐵三院的推薦公式,地質(zhì)鉆探資料表明,河床是粘性土,因此按“公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范”的規(guī)定,一般沖刷公式為:式中:hp—為一般沖刷后的水深(沖止時(shí)的水深);hmax—橋下河槽最大水深(原始斷面);hc—橋下河槽平均水深(原始斷面);A—單寬流量集中系數(shù),其中:B為平攤時(shí)河槽水面寬度,H為河槽平均水深;Q2—河槽部分通過的設(shè)計(jì)流量m3/s,最高洪水位時(shí)Q2=OP,QP=15000m3/s;μ—橋墩水流側(cè)向壓縮系數(shù),μ=0.99;B′C—橋下河槽部分橋孔過水凈寬,m,IL—粘性土液性指數(shù)。局部沖刷公式為:hb=ξB10.6IC1.25V式中:hb—局部沖刷深度;Kξ—墩形系數(shù);B1—橋墩計(jì)算寬度;IC—粘性土液性指數(shù);V—一般沖刷后墩前行近流速。式中:E—與汛期含沙量有關(guān)的系數(shù);d—河床泥沙平均粒徑�?傮w設(shè)計(jì)中樁底高程的確定,實(shí)際是樁長(zhǎng)的確定。
2、取消習(xí)慣的承臺(tái)結(jié)構(gòu)
上述計(jì)算表明,沖刷深度幾乎約占整個(gè)樁長(zhǎng)的15%~20%,因此必須在下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),盡可能減少?zèng)_刷的影響。由于水流與橋的縱軸線斜交12°左右,要克服這一影響勢(shì)必采用園形基礎(chǔ)和墩身,并避免系梁與承臺(tái)的使用。特別是后者,不僅工程量大、投資多,而且施工困難,壓縮河床斷面,提高流速,加大沖刷深度。
新的結(jié)構(gòu)是單排樁系梁上移與蓋梁合拼,形成一個(gè)整體。其優(yōu)點(diǎn)為:
�、偈芰γ鞔_,結(jié)構(gòu)合理,新的蓋梁同時(shí)兼有承臺(tái)的剛度;
�、谑┕し奖�,周期縮短;
③減少混凝土、鋼筋數(shù)量,降低工程造價(jià),節(jié)省投資;
�、懿粔嚎s河床斷面,有利泄洪。
由計(jì)算結(jié)果可知,采用新結(jié)構(gòu)形式,可減少工程數(shù)量,縮短施工周期,降低工程造價(jià),避免水中施工,僅此項(xiàng)就能節(jié)約投資500萬(wàn)元。
3、空心板與普通T梁的經(jīng)濟(jì)選擇
20mT梁和20m空心板,常規(guī)都認(rèn)為前者較后者經(jīng)濟(jì)。但經(jīng)過多次比較后發(fā)現(xiàn),結(jié)論完全相反,而且20m空心板梁高僅0.95m,較T梁低0.55m.采用20m空心板降低橋梁的建筑高度,在中小橋效果并不顯著,但對(duì)于特大橋梁來說節(jié)約工程量顯著。由表2可知,雖說空心板較T梁砼體積較大、又使用預(yù)應(yīng)力筋,但是普通鋼筋將節(jié)省56.1%,更可以工廠化生產(chǎn),定額低、效率高,橋型美觀。因此空心板較T梁總造價(jià)約低10%,本橋引橋的方案當(dāng)選空心板更優(yōu)。如果東接線采用分離式交叉時(shí),對(duì)梁高的要求將較嚴(yán),空心板就有更好的適應(yīng)性。
4、結(jié)束語(yǔ)
�。�1)本文根據(jù)水文資料將金湖大橋設(shè)計(jì)劃分為三個(gè)區(qū)域,通過水文計(jì)算,得出的沖刷深度和模型試驗(yàn)結(jié)果基本一致,說明區(qū)域的劃分及計(jì)算公式的選用是合理可行的。
�。�2)橋梁下部采用的結(jié)構(gòu)型式,為橋梁設(shè)計(jì)提供了可以利用的結(jié)構(gòu)型式。
(3)通過預(yù)應(yīng)力空心板和普通T梁的經(jīng)濟(jì)性比較,為橋梁設(shè)計(jì)提供了比較經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)型式。
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