慈利澧水大桥是湖南省常德至张家界高速公路上跨越澧水的一座特大桥,该桥位于慈利县城,大桥建成后,将大大改善常德经慈利至张家界的交通,对改善我省投资环境、促进旅游和经济发展将具有十分重要的意义。
大桥总宽29.5 m,由两幅分离式桥组成,每幅桥宽14.5 m,航道等级Ⅵ级,设计洪水频率1/300,载重等级汽-超20,挂-120,人群3.5 kN/m 。本桥的特点是同时设有纵坡和竖曲线、平曲线,纵坡为0.5%及-2%,竖曲线半径为26400m和16000m,平曲线半径为-1200m,横桥向设2%双向横坡和4%的超高。
1.桥型选择
本桥位于慈利县城关电站下游700m 处,桥位处河流中央有一江心洲即琵琶洲,洲长约为2000m,桥位处洲宽800m,地势较低。桥位附近处河段基本顺直,两岸及江心洲均设有防洪堤,该处两个河床断面呈“U”形,河底坡降相对较小,水流与桥轴线基本正交,水流较平稳,东岸为主河道,水面宽275m,西岸水面宽210m,施工水深5m。河东岸和河西岸均为一级阶地,东岸满布房屋,海拔高程为92.00m;西岸满布农田,海拔高程为90.00m。根据桥位处自然条件以及水文、地质、通航的技术要求, 同时考虑经济效益及环境影响等因素,选择了经济指标较好、施工工艺成熟的东岸引桥为4×30m预应力砼先简支后连续T梁,主桥为40m+4×50m+40m预应力砼顶推连续梁,西岸引桥为34×30m预应力砼先简支后连续T梁,桥梁全长1427.88m (见图1)。
2.结构设计
2.1 上部结构
50m顶推预应力砼连续等截面箱梁,单幅桥为单箱单室箱形截面,预制平台设在东岸,全桥共分为13个节段预制顶推,第1、13段梁长为1250 cm,第2、12段梁长为1500cm,其余梁段均为2500 cm,箱梁仅在支座处设置80cm 厚横隔板。箱梁标准截面:顶板宽1450cm,底板宽800 cm,顶板悬臂长325cm,箱梁中心线高度350cm,底板厚26cm,腹板厚45cm, 顶板厚28cm (见图2)。
箱梁采用三向预应力,纵向束为7φ15.24mm 钢绞线,控制应力0.75R
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y,张拉控制力为1368 kN,配YM15-7、YMP15-7、YJ15-7型锚具,单端张拉和两端张拉;竖向为φ32mm 精轧螺纹钢筋,配YGM锚具,控制应力0.9R
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y,张拉控制力为543kN;箱梁顶板横向预应力束为2φ15.24 mm 钢绞线,单端交错张拉,配YMB一2扁锚,锚固端采用轧花锚,纵向间距为35cm,控制应力0.75R
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y,张拉控制力为390kN。
东岸引桥为4×30m一联预应力砼先简支后连续T梁,西岸引桥为两联9×30m和两联8×30m预应力砼先简支后连续T 梁。结构型式为先简支安装预制T梁,然后通过现浇连续段和桥面现浇层砼,形成组合截面的连续体系。单幅桥由7片T 梁组成,标准中梁宽2.1m,标准边梁宽2.0m。T梁中心线梁高200cm,翼缘做成横坡,梁内预应力束采用6φ15.24mm、7φ15.24 mm 和9φ15.24 mm 钢绞线,控制应力0.75R,张拉控制力分别为1173kN、1368kN和1760kN,配YMI5—7和YM15-9锚具。因西岸引桥3O孔T梁在R =-1200m的缓和曲线和圆曲线上,进行结构设计时有如下特点:
1)调整梁长。在缓和曲线和圆曲线上,每片T梁长度都不一致,最大的差值产生在圆曲线上,最外边缘的T梁比最内边缘的T梁长69cm,为了使施工简化,采取了T梁预制长不变,支座中心线之间距离不变,通过调整中跨现浇连续段和边跨封锚端长度来调整每片T 梁长度。
2)调整横坡。圆曲线上设置了4%的超高,缓和曲线设置为超高渐变段,本桥是保证设计标高不变,通过调整盖梁横坡来满足桥面横坡的变化,但需注意支座垫石顶面必须保持水平。
3)调整梁宽。因曲线和弦之间有偏差,最大偏差为9cm,而T梁是直线形,所以在曲线段内将左幅内边梁和右幅外边梁加宽9cm。
2.2 下部结构
桥台设计采用肋板式桥台,单幅基础为4根φ150cm 钻孔灌注桩。主桥顶推连续箱梁5-9号桥墩均设计为双柱式墩,墩顶、桩基顶设置系梁,单幅基础为2φ250 cm 钻孔灌注桩,墩柱为2φ200 cm 圆柱墩,4、10号桥墩均为过渡墩,桩基顶设置系梁,墩顶设置盖梁,单幅基础为2φ250 cm 钻孔灌注桩,墩柱为2φ200 cm 圆柱墩。引桥预应力砼先简支后连续T梁1-3号、11-43号桥墩均设计为双柱式墩, 桩基顶设置系梁,单幅基础为2φ200 cm 钻孔灌注桩,墩柱为2φ160 cm 圆柱墩。0-3号、11-34号和41-44号桥墩、台桩基设计为摩擦桩,4-10号和35-40号桥墩桩基设计为嵌岩桩。主桥支座设计采用GPZ系列盆式橡胶支座,引桥支座设计采用圆板式橡胶支座。
3.结构计算
主桥纵向计算采用桥梁综合程序计算。顶推箱梁全长280m,共分112个杆件,59个受力阶段,1-55阶段顶推就位,56阶段张拉后期束,57阶段进行强迫位移,58阶段施工二期恒载,59阶段运营。顶推梁前端钢导梁设计按长3 500 cm,自重90t。箱梁为C50。,纵向通束、临时束、后期短束均采用7φ15.24钢绞线,R
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y=1860MPa,钢导梁与第一段梁连接钢筋采用32粗钢筋,R
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y750 MPa。计算结果为:箱梁顶板布28束先期束,6束后期束;底板布20束先期束,中跨布16束后期束,边跨布8束后期束,临时束为8束,接头粗钢筋为80根。
4.结束语
本桥是我省高速公路第一座引桥处于弯道上的特大桥。全桥上下部结构配合协调,线条流畅,简洁明快,大桥建成后,将是常德至张家界高速公路的一大美景,也将为慈利县城增加一个亮点。
参考文献:
【1】 姚玲森,桥梁工程[M],北京 人民交通出版社 1985。