高墩大跨预应力混凝土桥桥式方案及合龙顺序选择

陈　列1,2,徐公望2

(1.西南交通大学,四川成都610031;2.铁道第二勘察设计院,四川成都610031)

摘　要:复杂山区铁路大跨度预应力混凝土桥选用连续梁桥式还是连续刚构桥式,是方案设

计时需考虑的首要问题。结合渝怀铁路具有代表性的几座桥梁设计,对桥式方案的比选,以及中跨与边跨合理的合龙顺序进行论述。

关键词:长跨桥;预应力混凝土桥;高墩;桥式方案;方案比选中图分类号:U442.54

文献标识码:A

Selection of Structural Types and Closure Sequences for Long 2Span and High 2Rise Pier PC B ridge

CH EN L ie

1,2

,XU Gong 2wa ng

2

(1.Southwest Jiaotong University ,Chengdu 610031,China ;2.The 2nd Survey

and Design Institute of China Railways ,Chengdu 610031,China )

Abstract :It is always t he p rimary concern in t he concept ual design to select t he continuous girder bridge or t he continuous rigid 2frame bridge for a long 2span and high 2rise pier p restressed concrete (PC )railway bridge in t he complicated mountainous region.Wit h reference to t he design of several typical bridges on Chongqing 2Huaihua Railway ,t his paper describes and discusses t he compariso ns and selection of t he struct ural types and t he reasonable closure sequences for bot h side and main spans of t he type of t he bridge.

K ey w ords :long 2span bridge ;prest ressed concrete bridge ;high 2rise pier ;bridge type scheme ;scheme comparison and selection 收稿日期:2004-08-23作者简介:陈　列(1962-),男,教授级高工,1983年毕业于郑州工学院工民建专业,工学学士,1988年毕业于西南交通大学桥梁、隧道及结构工程专业,工学硕士,现为西南交通大学博士研究生。

1　概　述

渝怀铁路跨越嘉陵江和3次跨越乌江均采用大跨度预应力混凝土连续刚构桥,是综合考虑该4座大桥所处地形、地质、水文、通航、结构受力、施工、养护维修等条件后确定的[1]。考虑通航等因素,井口嘉陵江特大桥、涪陵乌江大桥、黄草乌江大桥和下塘口乌江特大桥主跨分别为144,128,168,128m ,其中井口嘉陵江特大桥、黄草乌江大桥和下塘口乌江特大桥的主桥考虑预留复线条件按双线桥设计[2]。本文就上述桥梁连续梁与连续刚构方案的比选,以及连续刚构桥先合龙边跨后合龙中跨与先合龙中跨

后合龙边跨2种合龙顺序的选择原则进行论述,供今后大跨度预应力混凝土桥设计时参考。2　桥式方案选择

限于篇幅,桥式方案选择以井口嘉陵江特大桥和黄草乌江大桥为例,在确定采用预应力混凝土结构的前提下,对主桥结构分别采用连续梁方案与连续刚构方案时,其受力性能,结构的安全性、可靠性,施工和运营养护的方便性等方面进行论述。2.1　井口嘉陵江特大桥

井口嘉陵江特大桥位于重庆市沙坪坝区井口

3

3高墩大跨预应力混凝土桥桥式方案及合龙顺序选择　　陈　列,徐公望

镇,铁路横跨嘉陵江,与河道基本正交,桥高105m 。

嘉陵江为通航河流,通航等级为Ⅲ级。桥渡区河段处于三峡水库变动回水区,河道显微弯曲,河床及两岸较开阔,属丘陵河谷地貌,河道水深流急,主墩基础最大施工水深达31m 。基岩为砂岩和泥岩夹砂岩。

连续刚构桥式方案,桥跨布置为4×24m 简支梁+6×32m 简支梁+(84+144+84)m 预应力混凝土连续刚构+8×32m 简支梁+1×24m 简支梁,最大墩高76m 。主桥梁体为单箱单室箱形截面,混凝土等级C50,设置纵、横和竖向预应力。箱梁顶板宽11m ,底板宽7m 。跨中及边跨梁端梁高5.2m ,主墩顶梁高10m ,其间梁底按圆曲线变化。梁体施工采用悬臂灌筑法,在主墩顶灌12m 长0号节段后,采用挂篮对称悬臂灌筑3～4m 长1～17号节段,先合龙中跨,形成稳定的П形结构后,延伸灌筑2个4m 长节段,在边墩顶搭设墩旁托架灌筑墩顶3m 长节段后,再合龙边跨。主墩通航水位以下采用圆端形空心截面,为与梁顺接,墩顶6m 段采用矩形空心截面,圆端形与矩形截面之间过渡段高27m ,过渡段截面为不连续的变半径圆曲线。主墩

基础为钻孔桩,双壁钢围堰施工。

连续梁桥式方案,桥跨布置为4×24m 简支梁+6×32m 简支梁+(84+144+84)m 连续梁+8×32m 简支梁+1×24m 简支梁,最大墩高75.2m 。主桥梁体为单箱单室箱形截面,混凝土等级C50,设置纵、横和竖向预应力。箱梁顶板宽11m ,

底板宽7.2m 。跨中及边跨梁端梁高6.2m ,主墩顶梁高11m ,其间梁底按圆曲线变化。主墩支座按70000kN 球型或圆柱面支座设计。梁体施工采用悬臂灌筑法,先在主墩顶设临时支座,灌筑13m 长0号节段,再采用挂篮对称悬臂灌筑3～4m 长1～17号节段,由于连续梁悬臂灌筑时稳定性和整体性

较连续刚构差,采用在边墩附近搭设支架灌筑边跨余下的11.75m 长节段,先合龙边跨,后合龙中跨。主墩为圆端形空心墩,基础采用钻孔桩,双壁钢围堰施工。

连续刚构方案梁部线形流畅,轻巧美观,结构刚度大,设计理论和施工技术成熟,梁部圬工较连续梁方案省,节省设计、制造、运输、安装、养护困难的特大吨位支座,变形更和缓、养护简便。由于桥墩较高,虽然墩梁固结,梁部温度、收缩徐变及预应力张拉在桥墩和基础中产生一定的附加内力,但其值可控制在较为合理的范围。圆端形空心墩与梁的衔接构造、受力较复杂,施工难度有所增加。

连续梁方案梁部线形流畅,轻巧美观,设计理论和施工技术成熟,受力明确,传力简洁,温度、收缩徐变对下部结构影响较小。结构刚度较连续刚构方案略差,临时支座设置及体系转换增加施工难度及工期,虽然70000kN 吨位支座从设计、制造、运输、安装上看难度不大,但支座造价较高,难以更换。因此,考虑安全可靠、选用成熟技术、经济性和方便养护维修等综合因素,选用预应力混凝土连续刚构桥式(图1)

。

图1　井口嘉陵江大桥示意

2.2　黄草乌江大桥

黄草乌江大桥位于重庆市武隆县黄草乡,受铁路两端地质情况和地形条件控制,铁路成50°夹角斜跨乌江,桥高75m 。桥渡区属中低山峡谷地貌,地形起伏大,河岸陡峻,基岩为灰岩和页岩夹砂岩。乌江为通航河流,通航等级现为Ⅴ级,规划为Ⅳ级。由于河床乱石堆积和基岩石盘及突嘴等交错分布,水流顶冲时形成折射流并互相碰撞,水流紊乱,流速急,加之乌江水位暴涨暴落,铁路与河流交角较小,桥墩挑流作用明显。考虑通航等因素,经研究论证

确定主桥桥跨为168m ,并要求桥墩设计考虑减小对水流的挑流作用,保证通航安全。

连续刚构桥式方案,桥跨布置为1×24m 简支梁+(96+168+96)m 连续刚构,最大墩高50m ,见图2。主桥梁体为单箱单室箱形截面,混凝土等级C50,设置纵向、横向和竖向预应力。箱梁顶板宽11m ,底板宽8.2m 。跨中及边跨梁端梁高6m ,主墩顶梁高11.5m ,其间梁底按圆曲线变化。梁体施工采用悬臂灌筑法,在墩顶灌筑12m 长0号节段,采用挂篮对称悬臂灌筑3～4m 长1～21号节段,搭

43桥梁建设　　2005年第1期

设支架灌筑边跨11.75m 梁段,合龙边跨,再合龙中跨。由于桥轴线与水流方向斜交50°,通航水位以下主墩截面采用圆形空心截面,为与梁顺接,墩顶6m 段采用矩形空心截面,圆形与矩形截面之间过渡段高12m ,过渡段截面为不连续的变半径圆曲线。主墩基础分别为钻孔桩和挖井基础

。

图2　黄草乌江大桥示意

连续梁桥式方案,桥跨布置为1×24m 简支梁

+(96+168+96)m 连续梁,最大墩高48.5m 。主桥梁体为单箱单室箱形截面,混凝土等级C50,设置纵向、横向和竖向预应力。箱梁顶板宽11m ,底板宽8.4m 。跨中及边跨梁端梁高6.9m ,主墩顶梁高12m ,其间梁底按圆曲线变化。主墩支座按90000kN 球型或圆柱面支座设计。梁体施工采用悬臂灌筑法,在墩顶设临时支座,灌筑12m 长0号节段,采用挂篮对称悬臂灌筑3～4m 长1～21号节段,搭设支架灌筑边跨11.75m 梁段,合龙边跨,再合龙中跨。主墩采用圆形空心墩,钻孔桩和挖井基础。

连续刚构方案梁部线形流畅,轻巧美观,结构刚度大,设计理论和施工技术成熟,梁部圬工较连续梁方案省,节省设计、制造、运输、安装、养护困难的特大吨位支座,变形更和缓、养护简便。墩高约50m ,相对于168m 主跨,桥墩较矮,墩梁固结使桥墩和基础中产生很大的附加内力,为减小阻水和挑流作用桥墩采用圆形空心墩,虽然与梁连接构造和受力复杂,附加内力大,但有较为成熟的技术可供参考。

连续梁方案梁部线形流畅,轻巧美观,设计理论和施工技术成熟,受力明确,传力简洁,温度、收缩徐变对下部结构影响较小,结构刚度较连续刚构方案略差。桥墩可做成圆形,利于水流,但体系转换增加施工困难,尤其是90000kN 特大吨位支座,直径2.5m 左右,重220kN 左右,无论是设计、制造、还是运输、安装都有相当的难度,也是连续梁方案能否成立的关键,需专门立项进行特大吨位支座的研究,另外支座造价较高,难以更换。因此,考虑安全可靠、选用成熟技术、经济性和方便养护维修等综合因素,选用预应力混凝土连续刚构桥式。

3　合龙顺序选择

预应力混凝土连续刚构桥因墩梁固结,具有足够的稳定性,合龙顺序的选择主要是根据大桥地形、交通、水文、地质、边跨和中跨的比例、受力和稳定性等条件确定。一般情况下,合龙次序选择先边跨后中跨合龙与先中跨后边跨合龙对结构受力无实质影响。但应注意合龙顺序选择时采用延伸灌筑边跨梁段带来的结构受力不合理和增加预应力钢绞线数量的问题;另外当边墩较高时,搭设边墩旁高的灌梁支架,不仅支架的沉降和稳定性不易保证,而且临时工程量大,费用高。

渝怀铁路跨越嘉陵江和三跨乌江桥均采用连续刚构桥式,合龙顺序除了黄草乌江大桥采用先合龙边跨,再合龙中跨外,其余3座大桥均采用先中跨合龙,再合龙边跨。

井口嘉陵江特大桥[3]主桥边墩高近70m ,位于水位变化段,主桥桥跨布置为(84+144+84)m ,对称悬臂灌筑段长71m ,边跨余有13m 长梁段,无法在墩顶通过设置托架或搭设边墩旁高的支架灌筑边跨余下梁段,设计采用在悬臂灌筑完成T 形结构后,先合龙中跨,形成稳定的П形结构后,延伸灌筑2个4m 长节段,在11、14号墩顶搭设支架灌筑墩顶梁段,灌筑墩顶3m 长节段后,灌筑边跨合龙段合龙边跨形成连续刚构体系。

黄草乌江大桥主桥桥跨布置为(96+168+96)m ,对称悬臂灌筑段长83m ,边跨也余有13m 长梁

段,但该桥1号边墩高仅10m 多,4号台仅6m 多,易于搭设支架灌筑余下梁段,特别是4号台前桥下有319国道通过,采用挂篮悬臂灌筑将侵占道路净空,故设计采用悬臂灌筑完成T 形结构后,用在1号墩和4号台附近地面搭设支架灌筑边跨23～25号梁段,先合龙边跨,再合龙中跨形成连续刚构体系。

涪陵乌江大桥[4]主桥桥跨布置为(66+128+66)m (4号墩～7号台),对称悬臂灌筑段长63m ,虽然边墩较高,但边跨仅余3m 长梁段,无需搭设边墩旁高的支架。可采用直接在墩顶通过设置托架灌筑边跨余下梁段,先合龙边跨,再合龙中跨的施工顺序。由于该桥不需延伸灌筑边跨梁段,不存在因此引起的受力不合理和增加预应力钢绞线数量等问题。也可采用先合龙中跨后边跨合龙的施工顺序。故对该桥而言,两种施工顺序均可采用。设计中采用悬臂灌筑完成T 形结构后,先合龙中跨,形成П

(下转第51页)

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3高墩大跨预应力混凝土桥桥式方案及合龙顺序选择　　陈　列,徐公望

内净面积约为700.57m2,布设导管20根。导管的作用半径按5m计,每根导管封底所需的首批混凝土为27m3。在平台上设置容积约为30m3储料仓。储料仓与导管之间的混凝土通道为溜槽,采用厚1.5mm钢板制作。

3.3　封底混凝土灌注

在各项准备工作就绪并进行试运行后,开始灌注。混凝土的灌注采用“推进法”,并遵循以下原则:①由边到中,由上游向下游推进;②专人检测,时刻报告;③同时灌注最多4根管。

3.4　混凝土顶面的控制

　　封底混凝土顶面高程按-6.0m控制,允许偏差在0～-10cm。为了精确控制,每10m2左右布置1个测点,所测结果绘制在灌注测点高程图上,以指导导管下料。混凝土浇注临近终了时,全面测出混凝土面高程,重点检测导管作用半径相交处、护筒周边、吊箱内侧周边等部位,根据结果对高程偏低的测点附近导管增加灌注量,力求封底混凝土顶面平整。

4　结　语

自浮钢吊箱沉放成功的关键在于首节钢吊箱的整体吊装沉放以及控制涨落潮对钢吊箱的影响。其他工艺与钢围堰类似。在钢吊箱封底时,除了将底板与钢护筒之间的缝隙堵好以外,还要特别注意保持钢吊箱内外的水位相等,这样可以防止水压力对封底混凝土的不利影响。例如:当涨潮时,壁体外的水会从钢吊箱底板与钢护筒之间的缝隙处进入钢吊箱,从而将封底混凝土冲开,导致封底失败。解决这个问题的最好办法是在钢吊箱的壁体上设置连通管来平衡壁体内外的水头。

(上接第35页)

形结构,在4号墩、7号台处直接灌筑墩顶梁段形成连续刚构体系。

下塘口乌江特大桥主桥桥跨布置为(72+128+ 72)m(6～9号墩),桥高65m,情况与井口嘉陵江特大桥相似,采用先合龙中跨后边跨合龙的施工顺序,即悬臂灌筑完成T形结构后,采用先合龙中跨,形成П形结构,再对称延伸灌筑1个节段,在6、9号墩顶搭设支架灌筑墩顶梁段后,灌筑边跨合龙段,形成连续刚构体系。参　考　文　献:

[1]　陈　列.渝怀铁路大跨度预应力混凝土桥设计[J].铁

道标准设计,2003,(增刊):31-33.

[2]　陈　列.渝怀铁路大跨度混凝土桥梁建造技术提升到

新的高度[A].2003年中国交通土建工程学术暨建设成果论文集[C].成都:四川科学技术出版社,2003.

395-398.

[3]　曾昭强.重庆井口嘉陵特大桥设计[J].桥梁建设,

2002,(3):41-43.

[4]　郭建勋,许志艳.渝怀铁路涪陵乌江大桥施工设计

[J].四川铁道,2002,(2):1-3.

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润扬大桥斜拉桥13号、14号主墩钢吊箱施工　　孙立军,劳同铿下载本文