浅析特大桥桥位设计

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1、浅析特大 桥 桥位设计 郭赵元 21710131 （东南大学 交通学院 ； 江苏 南京 211189） 摘 要： 大型跨江海桥梁的桥 位 设计涉及到桥梁建设规模及桥梁本身安全 两 个方面 , 桥梁桥位的选择 , 对桥梁的建设和运营至关重要 。本 文中以红水河特大桥为例， 通过对有关桥梁涉水项目的分析与研究 ,阐述了可研阶段桥位的比选重点， 并 依据国家相关行业标准 ，简要分析 总结了 大型跨江海桥梁 桥位 设计的 主要方法 和内容。 关键词： 桥位勘测设计； 红水河特大桥 ； 经验总结 Some Analysis on Super Bridge Sites-design GUO Zhao-yu

2、an 21710131 (Southeast University Transportation School; Jiangsu Nanjing 211189) Abstract: The large-scale cross-the big river bridge sites design involves two aspects to the bridge construction scale and bridges safety, bridge sites selection, construction and operation of the bridge is essential.

3、This article take Red River Bridge as an example, on the bridge the wading projects analysis and research on the feasibility study stage than the election of the bridge sites focused briefly analyzed in accordance with the relevant national industry standard, give some analysis on super bridge sites

4、-design. Key Words: Bridge sites survey and design; the Hongshui River Super Bridge; Lessons Learned 桥位的选择 , 是桥梁设计中的重要环节 , 尤其在工程设计的 前期阶段 , 选出正确合理的跨河位置 , 确定好桥位线路 , 是工程实 施的基础。对技术复杂、修筑困难的特大桥 , 控 制线路方案的重 大桥梁 , 水文复杂地区及其他影响面较广的桥梁 , 桥位选线应引 起足够重视。沿线的桥涵布置 , 除应满足排泄洪水、确保铁路安 全运营要求外 , 还应配合农田排灌和其他水利设施的需要 , 以及 城乡水

5、陆交通的发展规划等。因此 , 桥位布置应根据水文、地形、 地质等自然条件 , 因地制宜地加以确定。 1 桥位 设 计的 重要性 选择理想的桥位、合理的孔跨与墩位布设 , 确定 合适的桥高、桥长及埋置深度是 桥位 （ 桥渡 ） 设计关 键所在 , 桥位 设计的好坏 , 可直接影响到桥梁 的安全运营。下面介绍有关工程实例 , 来说明桥位 设计对大型桥梁工程的影响重要性。 1） 湖北境内的黄石长江大桥 , 由于大桥选址 在水运繁忙且弯曲河段 , 不良的水流特点和地理位 置 , 加上驾引人员应变能力较差 , 造成碰撞事故频 发。说明桥位 选择与墩位布设不合理。 2） 荆江大桥横跨沙市三八滩 , 原设计

6、的左、右 两大通航桥孔 （ 左孔跨度 500 m, 右孔跨度 300 m） ， 在 1998 年大水后 , 经历了冲刷淤长冲刷的交替 发展过程 , 使该段河势发生较大变化 , 通航条件恶 化 , 导致左、右两大通航桥孔均不能通航 , 现航道被 迫改槽至荆州大桥非通航设计的 8 号、 9 号孔通航 ,造成非通航桥孔通航的被动局面。说明对工程河段 的演变趋势进行探讨等方面不够深入 , 孔跨布置不 合理。 3） 桥位 冲刷是造成 桥位 水害、威胁行车安全 的最大因素。 1995 年统计了 155 座 桥位 遭受过122 次的水害中 , 基础埋深不足的就有 42 次 ; 其他各种 导致水害的原因 ,

7、如桥位选择不当、设计流量偏小 等 , 也都以冲刷的形式将 桥位 破坏。其深层2 次的原 因 , 则为对河流演变及河流冲刷的性质认识不足。 在苏通长江公路大桥设计复核中 , 依据河床演变资 料 , 提出将桥轴线下移 300 m, 南塔墩南移 100 m,以避开徐六径深槽延伸对南塔墩的影响 , 其主要考 虑河床演变对桥墩埋深的影响。 2 桥位 设计的 内容及要求 2.1 桥位 设计的基本内容 特 大型 桥梁水文研究的 主体是 （ 桥渡 ） 桥位 设计 , 桥位 设计的任务是 : 确定桥梁跨越水域的位置 （ 即桥位选择 ） 、孔跨布置、墩位布设、桥梁长度、基础 埋置深度以及行近路堤设计和导流防护建筑

8、物的布 设等 , 桥位 设计涉及到桥梁建设规模及桥梁本身安 全 2 个方面。工程实践中 , 大型桥梁水文研究依托 有关涉水专题研究 , 而涉水专题研究项目的设立主 要考虑以下 2 个方面 : 一是项目审批涉及到的研究 专题 , 作为河道管理部门对该工程批复建设的依据。 二是 桥位 设计中所涉及到的关键技术参数 , 以控制 桥梁建设规模及确保桥梁本身安全 , 为大桥设 计提 供科学依据。大型桥梁涉水项目研究路线见图 1。 图 1 大型桥梁涉水项目研究路线 2.2 桥位 设计 的一般要求 1） 桥位 系包括桥涵建筑物、导流建筑物以及桥涵附近路堤在 内的一个整体。应根据不同河段的特点 , 结合地形、

9、地质地貌及 水文等自然条件进行。 2） 应选择河滩较窄、河槽宽的地点跨越 ,并避免在有河汊、岛屿、沙洲、老河道、急弯、河流汇合口附近以及 易形成流冰或流木阻塞的地点通过。 3） 桥梁应尽可能与洪水的 主流流向正交 , 且宜选在河 槽与河谷方向一致的河段。如不一 致 , 在通航的河流上 , 当河槽流量占全河流量的 70%以上时 , 则以 河槽流向为准 ; 当河槽流量占全河流量的 30%以下时 , 则以河滩 流向为准。 4） 水利化地区、水库地区以及通航河流上的 桥位 , 应 避开水闸、引水或分水口门等水利工程 , 充分了解地方规划 , 全面 考虑。 5） 桥位宜选在地基土质较好 , 适宜于建造墩

10、台路基的地 段 , 应避免通过岸坡滑坍、泥沼、冻土、盐渍土、岩溶发育、移动沙 丘及其他地质不良地段。在地震区的桥位 , 应根据铁路工程的抗 震规范进行。 6） 技术复杂、修复困难或重要特大桥的桥位 , 在已 定线路大方向的前提下 , 应根据河流形态、地质特点、通航条件、 地面设施、施工布局以及与地方工业、农业发展的关系 , 在较大的 范围内作全面比选确定。当方案比选结果相仿时 , 应优先采用水 文及地质条件较好的桥位。 3 红水河特大桥桥位 设计 3.1 基本设计资料 1） 工程地质 项目所在红水河沿岸为峡谷地貌 ,相对高差200300m,支沟纵横 、 工程地质条件 较 为 复 杂 。河 谷

11、呈 V 形 ,两 岸 横 坡 30 40； 地表基岩裸露 ,为钙质泥岩夹薄层灰岩 ;贵州岸岩层略为顺向且有卸荷裂隙发育 ,桥轴线宜远离冲沟布置 ,广西岸则为逆向坡 ;表 层强风化层 510m。 2） 地震安全 项目区总体上构造轻微 ,断裂较少、褶皱平缓、地块稳定。区域地震动峰值加速度为 0.05g,地震动反应谱特征周期为 0.35s, 桥梁设计按相关规定设防。 3） 库区水位 项目区域属珠江流域红水河水系 ,其间的龙滩水电站属国家特大型水电工程 , 分两期设计 ,目前建成的一期坝顶高程 382m,正 常蓄水位 375 m。 二期规划坝顶高程 406.5 m, 正常蓄水位 400 m。 测时水位

12、约 350 m、 水深约 90m。 从长远计 ,桥位设计时按蓄水位 400m 控制 ,墩台设计的控制高程则按目前蓄水位 375 m 设计 。 4） 航道码头 项目所在的龙滩库区通航标准为内河 IV 级航道 ,桥下通航净空 2要求为 :净宽 120m,净高 8m。桥梁设计荷载标准为公路 I 级 。 另外 ,桥位周边有3 羊里港及规划的罗妥港 ,项目建设应与港区相协调 。 3.2 桥位方案比选 在明确银川至龙邦公路黔桂交界处总体走向的基础上 ,围绕红水河特大桥桥位选择进行了方案比选工作 。 其桥位选择原则为 ： 选取库面较窄 、 岸坡平顺 、 地质稳定 、 泥沙沉积较小河段跨越 , 桥轴线尽可能与

13、河道正交 ;同时结合通航要求避开河道险滩 、 急弯 、 汇流口以及水工设施 、 港口作业区和船舶锚地 ,选择在通航较为稳定 、 顺直且具有足够通航水深的河段上布置 。 经反复筛选 、 优化 ,结合路线总体方案主要提出了峨坝桥位和坝泥桥位方案进行比选 ,简述如下 ： 1） 峨坝桥位方案。 起于罗甸上罗妥 ,经峨村、峨坝 ,由坝泥上游2km 处以跨径 190m+480 m+190m 斜拉桥跨越红水河 (龙滩电站 ),跨河进入广西境 接上 乐 业至 百色高速公路 ,路段长 11.935km。计有桥梁 4 295m/13 座 ,隧道 3 320 m/5 座 ,桥隧比 63.80%。 2） 坝泥桥位方案

14、。 起于罗甸上罗妥 ,沿库区边缘经罗妥乡、罗翁 ,于坝泥上游约 800 m 处以 210m+500m+210m 的斜拉桥跨红水河 ， 跨 河 进入广西境接上乐业至百色高速公路 ,路段长 11.770km。 计有桥梁 4 355m/12 座 ,隧道 3 445 m/6 座 ,桥隧比 66.27%。 3） 桥位方案比较 两 桥位方案地质条件相当 ,里程及桥隧工程也相差不大 ,省界跨越红水河的桥型 、 跨径也基本相当 ,但坝泥桥位方案的桥梁中多 2 座连续刚构 ,且库区蓄水使坝泥桥位方案有 6 座桥的桥墩位于水下 ,其中广西境百楼 1 号连续刚构桥主墩更是低于设计水位约 40m,施工难度极大 。 此

15、外 ,坝泥桥位方案还与规划建设的罗妥港 (500t 级码头 )选址略有干扰 。 而峨坝桥位方案投资相对较省 ,利于施工 ,对港口无干扰 。 经综合论证比选 ,推荐采用峨坝桥位方案 。 4 特大 桥桥位设计 方法 小结 4.1 特大桥 桥位设计 关键 步骤 1） 河床演变分析 河床演变分析主要介绍建设项目所在河段的历史演变过程与特点 , 分析其近期河床的冲淤特性和河势变化情况 , 明确河床演变的主要特点、规律和原因 , 结合水利规划实施安排 , 对河道的演变趋势进行预估。河势演变在桥渡 ( 桥位 ) 设计中 , 作为基础资料 , 指导定、动床河工模型试验 , 为项目审批所涉及到的研究项目 ( 防

16、洪影响评价、通航论证及安全评估 ) 提供依据。同时通过拟选桥址河段河床演变分析 , 以及定、动床河工模型试验 , 从保持河势稳定 ( 特别是工程后滩槽的稳定 ) , 尽量减少工程对防洪、泄洪影响的专业角度 , 结合通航论证 , 提出 桥位 设计的初步建议。为桥梁的选址、孔跨布置、基础埋深提供科学依据 ; 提出更加经济合理的桥型方案 , 从而达到节约工程投资的目的。 2） 防洪影响评价 根据相关 行业 标准 , 大型涉水建筑必须进行防洪影响评价 , 以及建设大型涉水建筑物对河道影响的专题研究。水利部建管司就涉水工程防洪影响评价报告的编写和研究内容公布了河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则 （ 试行 ） 。 根据该导则的精神 , 作为河道管理部门对该工程批复建设的依据。研究内容包括 : (1) 现场河道地形、水文、泥沙、地质测量勘探工作 ； (2) 河床