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宜昌長江公路大橋工程設(shè)計與技術(shù)特點(diǎn)

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摘要: 宜昌長江公路大橋是滬蓉國道在宜昌跨越長江的工程,主橋采用主跨960m鋼懸索橋。本文重點(diǎn)介紹該橋的建設(shè)條件、主要設(shè)計構(gòu)造以及設(shè)計、施工、科研的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞: 道路橋梁

一、橋位概況

宜昌長江公路大橋是滬蓉國道主干線在宜昌長江河段跨越長江經(jīng)湖北省西段進(jìn)入重慶市的特大型一級公路橋梁,是國家"九五"重點(diǎn)建設(shè)工程。橋址位于宜昌市虎牙灘,距城區(qū)約15km,上游距葛洲壩22km、三峽大壩40km,下游距枝城長江大橋約45km.

二、主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

1.公路等級:一級公路。

2.荷載等級:汽-超20,掛-120;人群:3.5kN/平方米。

3.大橋設(shè)計時速: 80km/h. 4.大橋橋面寬度:鋼箱梁全寬30m,按四車道布置,兩側(cè)風(fēng)嘴上各設(shè)一人行道,橋面凈寬26m. 5.接線路基寬:24.5m,四車道。

6.地震烈度:基本烈度為6度,按7度設(shè)防。

7.溫度:橋位區(qū)域極端最低溫度一14.6℃,極端最高溫度43.9℃,年平均氣溫16.5℃。

8.風(fēng)況:設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速為29m/s,成橋顫振檢驗(yàn)風(fēng)速為44m/s.

三、工程設(shè)計

1.主橋總體布置懸索橋主跨跨度為960m,主梁簡支在兩側(cè)橋塔橫梁或交界墩承臺上。主橋南岸通過三孔30m簡支梁橋同南岸互通工程相接,北岸通過跨度為16,20,25(m)空心板組合的引橋跨318國道、接北岸接線工程。主橋橋梁全長1206m.

2.懸索橋主要設(shè)計參數(shù)結(jié)構(gòu)型式:單跨雙絞懸索橋;

主纜跨徑( m): 246.255+960+246.255,主纜矢跨比: 1/10;

主纜直徑(mm):655(索夾外,空隙率20%),647(索夾內(nèi),空隙率18%);

主纜中心距(m):24.4 吊索直徑(mm):45;

吊索間距(m):12.06(邊吊索距橋塔中心15.69);

橋塔高度(m):北塔112.415(承臺頂面以上),南塔142.227(承臺頂面以上);

加勁梁全寬(m): 30.00 加勁梁中心高(m):3.0. 3.結(jié)構(gòu)設(shè)計

(l)橋塔結(jié)構(gòu)由于南北兩岸地勢條件及地質(zhì)情況不盡相同,南北兩橋塔結(jié)構(gòu)上略有區(qū)別:南塔承臺以上塔高142.227m,有三道橫梁,行車道主梁及南岸引橋支承在下橫梁上;北塔承臺以上塔高112.415m,設(shè)上、中兩道橫梁,行車道主梁及北引橋支承在交界墩上。南北兩塔均采用分離式承臺,每一承臺長19.1m、寬 9.1m、高7m,其下設(shè)8根直徑2.5m的樁基礎(chǔ)。北塔上游塔柱下樁基長18.6m;下游塔柱下樁基長14.6m.南岸橋塔16根樁基長度均為27m.兩塔身塔柱均為空心矩形箱結(jié)構(gòu)。塔頂順橋向6m寬,并按1:100的坡度分別加寬至塔腳8.40m (北塔)、8.84m(南塔)。塔頂橫橋向等寬5m.塔柱壁厚度按上、中、下三道橫梁分為三種,壁厚分別為0.7m、0.8m、1.0m.為有效地擴(kuò)散塔頂主鞍傳遞的巨大壓力,塔頂設(shè)有12.8高漸變段。塔冠設(shè)有3.4m高實(shí)體段。上橫梁高5.4m、寬5.08m;中橫梁高7.5m、寬6.08m,壁厚均為0.8m.南岸下橫梁高6.8m,寬7.19m,壁厚為1.0m.為改善橋塔外觀效果,在塔柱的四角及外側(cè)中央設(shè)有0.3m * 0.5m,3m * 0.15m的凹槽。

塔柱豎向主筋采用φ32,間距15cm.水平箍筋采用φ16,除橋塔根部變化段間距15cm外,其余均為20cm.同時在間距20cm的水平箍筋之間設(shè)置了兩根φ6.5防裂分布箍筋。橫梁主筋采用φ25,間距15cm;箍筋采用φ16,間距15cm.在各道橫梁上設(shè)有根數(shù)不等的鋼絞線預(yù)應(yīng)力束。

塔身及橫梁為50號混凝土,承臺為30號混凝土,樁基為25號混凝土。全橋橋塔50號混凝土10554立方米,30號混凝土4867立方米,25號混凝土4768立方米。

(2)加勁梁加勁行車道主梁為類似魚鰭形扁平鋼箱梁結(jié)構(gòu)。主梁結(jié)構(gòu)全寬為30.0m,中心梁高3m,高寬比為1:10.頂板寬度為22m,設(shè)2%的雙向橫坡。上斜腹板水平寬度為1.2m.懸臂人行道寬度為2.8m,設(shè)1.5%的向內(nèi)單向橫坡。

橋面為正交異性板,頂板及上斜腹板厚12mm,行車道U形加勁肋中心間距0.59m,板厚6mm.底板及下斜腹板板厚10mm.底板、斜腹板球扁鋼加勁肋中心間距一般為0.4m,球扁鋼規(guī)格為16a.加勁梁橫隔板間距4.02m,無吊索處板厚為10mm,有吊桿處板厚為12mm.為有效改善橋面板在汽車荷載作用下的變形及受力狀況,在每兩道橫梁之間沒有一道矮加勁肋。矮肋高0.45m,板厚16mm.人行道頂板板厚12mm,其下橫向設(shè)有間距為 2.01m一道、板厚12mm的橫肋板。頂板縱向設(shè)有球扁鋼加勁肋,間距0.3m.加勁梁上的錨箱是鋼箱梁重要的傳力結(jié)構(gòu),本設(shè)計進(jìn)行了特殊設(shè)計處理。錨箱主要由三塊承力板、一塊承錨板組成。三塊承力板門距為50cm,中間一塊板厚32mm,另兩塊板厚20mm.三塊承力板均穿過加勁梁斜腹板,其中間一塊與橫隔板相連接。承力錨板厚 50mm,其上設(shè)有多道板厚20mm的加勁板。

為適應(yīng)加勁梁端部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜受力的需要,對長7.33m的端節(jié)段進(jìn)行了特殊加強(qiáng)設(shè)計。端 節(jié)段節(jié)段設(shè)有6道橫隔板,橫隔板板厚為16mm或20mm,并結(jié)合支座系統(tǒng)連接的需要進(jìn)行局部加勁處理。

加勁梁鋼材材質(zhì)為Q345-E,結(jié)構(gòu)鋼材共用10390t.加勁梁頂板上鋪設(shè)7cm厚改性瀝青混凝土鋪裝層,人行道上鋪設(shè)3cm厚的瀝青砂。

(3)錨碇南北錨碇所處的地質(zhì)情況不盡相同。北錨碇基坑基巖在高程54.8m以下整體性較好,無明顯的夾層及破碎帶,基巖為泥鈣質(zhì)膠結(jié)礫巖;高程54.8m以上基巖破碎,且多為紅色粉砂巖。南岸整個巖體整體性差,基巖破碎,有多條夾層及斷層,巖體以泥鈣質(zhì)為主,夾有粉砂巖或紅砂巖的礫巖。南北基巖均為強(qiáng)度較低的軟質(zhì)巖。故南北兩錨碇均設(shè)計為重力式鋼筋混凝土錨碇。

為保證錨碇上方行車道的寬度,錨碇采用埋置式,利用其上方回填路基上壓重,以減少錨碇混凝土的數(shù)量。錨碇結(jié)構(gòu)最大長度為65m、寬39m,前緣高42m,后部高22.8m.每一錨碇混凝土為42584立方米,錨固體及前支承墻為40號混凝土,其他各部分均采用25號混凝土。

本錨碇為少筋結(jié)構(gòu),僅在錨碇內(nèi)外表面設(shè)置直徑22cm間距20cm的分布鋼筋網(wǎng)。為防止大體積混凝土產(chǎn)生有害的裂紋,在錨碇內(nèi)外表面及每一施工層面上設(shè)置了規(guī)格為BQ3030(間距 75 * 150)的金屬擴(kuò)張網(wǎng)。

后錨室在錨固體系張拉完成以后用低標(biāo)號混凝土回填密封,前錨室設(shè)有通風(fēng)除潮設(shè)備。在錨碇支承墻前緣,結(jié)合保護(hù)路面以下主纜的需要,設(shè)有地下展覽室。

(4)主纜及吊索主纜為預(yù)制平行鋼絲束,每根為104束127φ5.1平行鍍鋅鋼絲集結(jié)成束、定型包扎帶綁扎、兩端嵌固熱鑄錨頭而成。鋼絲為強(qiáng)度1600MPa普通松弛鍍鋅鋼絲。為方便施工,在熱鑄錨上設(shè)有與錨固體系連接為一體的連接器。

主纜防護(hù)層由防護(hù)油漆、φ4軟質(zhì)鍍鋅鋼絲、表面防銹膩?zhàn)訕?gòu)成。

吊索為中心配合繩芯(CFRC)鋼絲繩,單根鋼絲繩直徑45mm.每側(cè)每一個吊點(diǎn)有4根吊索。主纜鋼絲共6670t,吊索鋼絲繩約195t.

(5)主索鞍及散索鞍主索鞍和散索鞍由鞍頭、鞍體、底座組成。鞍頭、鞍體分開澆鑄、焊結(jié)成一體的鑄焊組合結(jié)構(gòu)。為方便加工、運(yùn)輸、主鞍吊裝施工,主鞍分左右兩半制造,吊裝就位后用高強(qiáng)螺栓聯(lián)接為一體。主鞍鞍體與底座之間,主鞍施工期間設(shè)有聚四氟乙稀滑板。散索鞍鞍體采用擺式結(jié)構(gòu),以適應(yīng)施工期間及成橋后的微量位移。主鞍最大吊裝重量為32t,散鞍最大吊裝重量為43t.為使主纜在鞍內(nèi)能保證相對固定、不滑動,在鞍槽內(nèi)設(shè)有豎向鍍鋅隔板,并在主纜調(diào)股到位后頂部用鋅質(zhì)填塊填平、壓緊。主索鞍及散索鞍鞍體鑄鋼材質(zhì)采用ZG275-485H,底座鑄鋼材質(zhì)采用ZG230-450,槽蓋等材質(zhì)采用Q235-A.

(6)錨固體系錨碇內(nèi)錨固系統(tǒng)是由64根預(yù)應(yīng)力錨固體系組成,其中單錨24個,雙錨40個。單錨采用16根公稱直徑15.24mm的低松弛高強(qiáng)鋼絲錨固,雙錨采用五根公稱直徑15.24mm的低松弛高強(qiáng)鋼絲錨固。在錨碇結(jié)構(gòu)中,設(shè)有型鋼骨架以便錨固預(yù)應(yīng)力管道的精確定位施工。前錨面設(shè)有錨固連接器與主纜相連接。

(7)主橋伸縮縫為適應(yīng)主跨加勁梁在活載作用下的大變形,加勁梁兩端各設(shè)一道最大伸縮量為1360mm的大位移伸縮縫。

(8)支座為傳遞主梁端節(jié)段受力、約束主梁端節(jié)段的變形、保證梁端伸縮縫正常工作,在主梁每一端節(jié)段設(shè)有兩個豎向支座、兩個梁側(cè)輔助支撐、兩個風(fēng)支座。豎向支座能適應(yīng)加勁梁在溫度及荷載作用下的縱向位移及面內(nèi)梁端轉(zhuǎn)動,能承受一定的豎向拉壓反力。風(fēng)支座主要承受橫向風(fēng)載。梁側(cè)輔助支撐主要用于控制由于風(fēng)載或活載偏載作用下的梁端扭轉(zhuǎn),能適應(yīng)梁端縱向位移及轉(zhuǎn)動,承受結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)傾覆拉力,不能承受壓力。支座系統(tǒng)均為材質(zhì)要求較高的鑄焊結(jié)構(gòu)。

四、設(shè)計、施工及科研的技術(shù)特點(diǎn)1.設(shè)計與施工的技術(shù)特點(diǎn)

(1)加勁梁采用魚鰭式斷面,并在兩道橫隔板之間增設(shè)了一道矮肋,改善了加勁梁受力及氣動性能,同時減少了鋼材用量。

(2)對加勁梁母材及焊材的S,P等有害的雜質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的控制,為提高加勁梁焊接質(zhì)量創(chuàng)造了條件,使焊接工藝控制達(dá)到了較高的水平。

(3)橋塔采用大塊整體鋼模板(9m高)進(jìn)行施工,極大地提高了工效和結(jié)構(gòu)表面的平整度;采用鋼管支承進(jìn)行橋塔橫梁施工,消除了支架非彈性變形,同時提高了工效。

(4)橋塔塔上設(shè)有直徑6.5mm的防裂分布鋼筋,成功地克服了橋塔在施工過程中易出現(xiàn)收縮裂紋的通病。

(5)錨碇基坑的開挖廣泛采用預(yù)裂爆破和光面爆破技術(shù),使錨碇高(高88m)、陡(邊坡率0.75~0.8)的基坑開挖成功,并保證了高陡邊坡的穩(wěn)定。

(6)采用埋置式錨碇,既確保了工程結(jié)構(gòu)的安全可靠,又極大地減少了錨碇混凝土數(shù)量,并為成功解決錨碇大體積混凝土開裂問題創(chuàng)造了有利的條件。

(7)采用綜合的降低大體積混凝土水化熱和防止混凝土開裂的技術(shù),使得澆注兩錨碇10萬多方混凝土均未發(fā)現(xiàn)一條裂紋,錨碇大體積混凝土澆注的質(zhì)量得到了突破性的提高。具體的措施為:調(diào)整混凝土的設(shè)計齡期為60d,降低水泥用量;采用低熱微膨脹水泥;對大體積混凝土進(jìn)行分塊分層澆注,并在每層混凝土中加一層防裂金屬擴(kuò)張網(wǎng);采用循環(huán)水,對大體積混凝土進(jìn)行降溫等。

(8)國內(nèi)第一次采用強(qiáng)度高、彈性模量高且穩(wěn)定的中心配合繩芯(CFRC)鋼絲繩作為吊索鋼絲繩;同時,吊索錨頭設(shè)計為可適當(dāng)調(diào)節(jié)的錨杯,克服了吊索不能調(diào)節(jié)長度的缺點(diǎn)。

(9)采用構(gòu)造簡單、受力明確、造價經(jīng)濟(jì)的滑轉(zhuǎn)支座系統(tǒng),滿足結(jié)構(gòu)受力及變形需要。

(10)橋面鋪裝采用7cm厚的雙層SAM結(jié)構(gòu),人行道采用彩色瀝青砂結(jié)構(gòu)鋪設(shè)。

(11)在施工貓道的設(shè)計施工中,采取增加適當(dāng)數(shù)量的貓道橫向天橋的道數(shù)而不設(shè)風(fēng)纜的辦法,來提高貓道的抗風(fēng)穩(wěn)定性。這樣既保證貓道施工過程中的安全,又簡化了設(shè)計與施工,有利于縮短工期和降低造價。

2. 科研試驗(yàn)宜昌長江公路大橋關(guān)鍵技術(shù)研究是交通部"九五"行業(yè)聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目。在部、省有關(guān)主管部門領(lǐng)導(dǎo)的支持下,該科研項(xiàng)目進(jìn)展順利,全面開展了有關(guān)科研試驗(yàn)工作,取得了一些成果,并成功地指導(dǎo)宜昌大橋的建設(shè)工作。

(1)基巖原位測試 進(jìn)行了大型的現(xiàn)場基巖原位測試,獲取巖石與巖石、混凝土與巖石之間抗剪、抗滑等力學(xué)參數(shù),為錨碇、橋塔等的設(shè)計提供依據(jù)。參加研究的單位:長委三峽勘察研究院、長江科學(xué)研究院。

(2)風(fēng)洞試驗(yàn) 進(jìn)行了懸索橋全橋及節(jié)段模型試驗(yàn),驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力,并以此結(jié)論指導(dǎo)主梁吊裝施工;進(jìn)行了貓道節(jié)段模型試驗(yàn),研究有效提高貓道抗風(fēng)穩(wěn)定性的措施,并以此成果指導(dǎo)了獵道設(shè)計。參加研究的單位:同濟(jì)大學(xué)、西南交通大學(xué)。

(3)仿真分析 廣泛采用計算機(jī)仿真計算技術(shù),對主梁、錨碇、橋塔等結(jié)構(gòu)關(guān)鍵受力部位進(jìn)行分析,驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和可靠性。參加研究的單位:西南交通大學(xué)。

(4)主橋橋面鋪裝模擬試驗(yàn)根據(jù)大橋結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)造、荷載條件、氣候條件等,進(jìn)行模擬直道、環(huán)道試驗(yàn),以選擇最優(yōu)的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)方案。參加研究的單位:重慶公路科研所、長沙交通學(xué)院。

(5)錨碇大體積混凝土防裂技術(shù)的研究 對錨碇合理的結(jié)構(gòu)形式及分層、分塊進(jìn)行研究;對錨碇混凝土配合比進(jìn)行研究;對錨碇建筑材料選用的研究;對錨碇施工及水化熱控制技術(shù)的研究。參加研究的單位:武漢港灣設(shè)計研究院。

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發(fā)布:2007-11-13 18:08    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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