金水溝大橋橋型方案比選研究

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1、金水溝大橋橋型方案比選研究第一章緒論1.1問題引出隨著我國公路交通事業(yè)的迅猛發(fā)展，高等級公路開始進(jìn)入西北黃土深、寬溝地區(qū)，跨越深寬溝橋梁越來越多。在陜西的陜北地區(qū)，路線所經(jīng)地段大部分為U形、V形或桁架拱、90m箱肋單波拱等，適用于溝頂比較窄、溝呈V字地形。針對該種地形，由于高等級公路對路線指標(biāo)的要求、工程造價(jià)與路線環(huán)境的配合、施工工藝等日趨提高，許多合理、經(jīng)濟(jì)、美觀的橋梁結(jié)構(gòu)形式也不斷被引進(jìn)和發(fā)展。高墩大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋由于其得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于黃土溝壑地形。高墩、大跨橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，橋型方案的比選有

2、相當(dāng)?shù)碾y度和復(fù)雜性，而橋型方案是否合理，直接影響整條路線的工程造價(jià)及使用功能。在設(shè)計(jì)中必須根據(jù)已有的水文、地形、地質(zhì)、施工技術(shù)、筑路材料運(yùn)輸、施工便道、工程造價(jià)等資料，按照安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的設(shè)計(jì)原則，作出多種橋型方案進(jìn)行反復(fù)比較，選出最佳方案[1]~[18]。108國道合陽過境段，位于陜西省渭南市，是國道108的重要組成部分，是以過境交通為主兼顧區(qū)域交通的國道主干線，是渭南市北部一條主要的政治、經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈，是渭南市路網(wǎng)的重要組成部分，在關(guān)中東部干線公路網(wǎng)中占據(jù)著重要位置。本項(xiàng)目是對渭南市高速公路井字形主

3、骨架的有力補(bǔ)充，是完善市境內(nèi)道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重要線路，是西禹高速與西潼高速的聯(lián)絡(luò)線，是關(guān)中地區(qū)經(jīng)渭南市通往陜北乃至山西、華北、西南等地區(qū)的一條重要通道。對進(jìn)一步優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高干線公路的服務(wù)水平有著重要作用[22]。金水溝大橋是108國道合陽過境段上一座控制性橋梁。路線在合陽縣城北側(cè)約3.5Km處跨越金水溝，金水溝溝深較深，溝底較平緩，在此寬約120～150m，地面高程641～646m。該橋距離合陽縣城較近，除了滿足一級公路的使用功能，還要考慮橋梁景觀，使建成后的金水溝大橋?yàn)楹详柨h再添一景。1.2預(yù)應(yīng)力混凝土連

4、續(xù)剛構(gòu)橋發(fā)展概況近年來，各國修建預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋很多，隨著世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展，預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)⒌玫礁彀l(fā)展。其一大優(yōu)點(diǎn)是省去了大噸位的支座，施工更為方便。1964年原聯(lián)邦德國建成了主跨為208m的本道夫橋，不僅再一次成功地顯示出懸臂施工方法的優(yōu)越性，而且在結(jié)構(gòu)上又有新的創(chuàng)新，薄型的主墩與上部連續(xù)梁固結(jié)，形成了帶鉸的連續(xù)--剛構(gòu)體系[18]。隨著交通的迅速發(fā)展，對行車平順舒適的要求越來越高，多伸縮縫的T型剛構(gòu)已不能很好地滿足要求，于是大跨徑連續(xù)剛構(gòu)--連續(xù)體系應(yīng)運(yùn)而生，并且得到了很大的發(fā)展。1985年澳大利亞建成的

5、主跨為260m的門道橋?qū)⑦B續(xù)剛構(gòu)--連續(xù)體系的優(yōu)點(diǎn)充分表現(xiàn)了出來。1998年挪威建成了世界第一stolma橋(主跨301米)和世界第二拉夫特橋(主跨298米)，將預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋跨徑發(fā)展到頂點(diǎn)。我國從1988年開始引進(jìn)連續(xù)剛構(gòu)橋，同年建成我國第一座跨徑為180m的廣州洛溪大橋，其突出的優(yōu)點(diǎn)使其開始在全國推廣，而1997年，主跨為270m的虎門大橋輔航道橋的建成將其跨越能力體現(xiàn)到極致，使其進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期[19][20]。預(yù)應(yīng)力混凝土(PC)連續(xù)剛構(gòu)橋以其施工簡便、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、受力合理、行車舒適等獨(dú)特優(yōu)勢在近年來

6、得到了迅速發(fā)展，在主跨100~300m范圍內(nèi)幾乎成為首選橋型[21]。連續(xù)剛構(gòu)的跨徑范圍在60~300m，與墩高(柔度)有一定的關(guān)系[26]。目前也有跨徑超過300m的連續(xù)剛構(gòu)橋，如重慶長江大橋復(fù)線橋采用鋼-混凝土混合連續(xù)剛構(gòu)與連續(xù)梁組合體系，借助獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念與創(chuàng)新的設(shè)計(jì)、建造技術(shù)，將世界上連續(xù)剛構(gòu)橋跨徑由位于挪威的斯托爾馬橋(Stolmasundet)的301m提升到330m[23][24]。第二章橋梁設(shè)計(jì)基本資料2.1橋址區(qū)自然地理概況國道108合陽過境一級公路地貌單元主要為渭北黃土臺塬地貌。地勢總體北

7、高南低，地形較平緩。黃土臺塬，地勢較高，塬面微斜，海拔400-700m左右，間有河溝切割，塬面基本完整?，F(xiàn)將該類地貌特征描述如下：黃土臺塬地貌塬面寬廣，地面高程介于390~794m。塬面發(fā)育一些壟崗和洼地，地面坡狀起伏，坡度0.5~2°。臺塬上部地層為上至中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土夾數(shù)層古土壤，其下分布下更新統(tǒng)沖積老粘土夾礫石層，局部出露上第三系粘土巖，下伏中、古生界巖層。黃土溝壑溝谷呈U型，溝底較平緩，寬約120~150m，地面高程641~646m。兩側(cè)谷坡較陡峭，地面坡度31~44°，靠近下部斜坡地

8、形較平緩，坡度約11~15°，斜坡處滑坡、崩塌等不良地質(zhì)較發(fā)育。溝谷中出露地層主要為第四系上至中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土夾數(shù)層古土壤，溝底分布下更新統(tǒng)沖積老粘土夾礫石層，下伏中、古生界巖層。金水溝大橋?yàn)閲?08合陽過境一級公路上唯一的一座大橋，也是全線的控制性工程。橋址位于渭南市合陽縣王村鎮(zhèn)堯頭村附近，路線大致正交跨過金水溝，在此選擇橋梁方案通過。橋址區(qū)地貌單元屬于黃土塬•溝壑區(qū)地貌，溝谷