重庆菜园坝长江大桥设计理念.doc

r重庆菜园坝长江大桥设计关键技术剖析 NK ;n v F8ulkcD 摘 要： 文章着重介绍重庆菜园坝长江大桥主桥设计在各种外在影响因素下的设计构思，以全新的设计理念，提出一种把场地条件、功能需求、材料特性、结构受力、景观需求自然融合的刚构、钢桁梁、系杆拱组合结构的创新体系，并介绍其主要关键技术。 Vk:93OH21 关键词： 公轨两用；刚构；钢桁梁；系杆拱；组合结构 #w=lq)9 kq-) ,y 1 工程概况 noj0F:mj 重庆菜园坝长江大桥工程是1996年国务院批准的重庆市总体规划中拟在“十五”期间修建的一座特大型城市桥梁，是重庆市“半小时主城”控制工程。工程地处重庆市主城区中心地带，北接渝中区两路口中山三路和重庆火车站广场前的菜园坝各条道路，南接南岸区苏家坝的海铜路，并通过引道、隧道连接南岸腹心高新区大石路立交。大桥工程由主桥、南北引桥、菜园坝立交、苏家坝立交、南城隧道等几部分组成，路线全长4000米，大桥总投资约20亿。其中800米长的刚构、钢桁梁、钢箱系杆拱组合结构主桥是大桥工程的重要组成部分，是一座公、轨两用的特大桥梁，主桥通行荷载为六车道公路交通和双线轨道交通，另在桥面两侧各设有2.5米宽人行道。 x?FJ8k 大桥主桥主要设计技术标准： *n!J=yS 行车速度：公路车辆V=60km/h；轨道交通V=75km/h w32y3 桥面宽度：桥面净宽B=2.5+12.25+1.0+12.25+2.5=30. 5m 7mFL* 轨道交通下层通行，净宽B=8.6m !5N.B|N t 设计荷载：城市A级；跨座式单轨列车352t；人群2.4kN/m2 7|H$ / 替换词语烈度：基本烈度度，按度设防 E*lxVua 设计基准年限：100年 R2X3s: 2 方案设计的影响因素 V.2_i* 菜园坝大桥地处重庆市区繁华地段，需衔接的路线接口多，且与石板坡长江大桥和鹅公岩长江大桥相邻，所选桥型除满足通航及交通运输功能外，还应要求结构新颖、外型美观，同时也应与城市环境相协调，能够与路网总体规划相衔接，能够适应今后的轨道交通过江需求。 #LNED)Vg 2.1 通航净空的影响 !Z69sKR= 菜园坝长江大桥桥孔通航等级按国家天然河道级标准设计。大桥所处河段航道弯曲、分汊，洪枯水位落差20余米，水流向变化大，并与石板坡长江大桥相距较近，通航条件不理想，桥跨及桥墩位置的确定至关重要。桥位河床深泓区靠近南岸河岸，北岸大部分为河滩，枯水季节的水面宽在南岸的300米范围内，而中、洪水季节，江面宽阔。根据枯、中、洪水位航迹线及水流流向调查资料，上行船只靠南岸岸边行走，下行船只则在离南岸280350米区域行走，并且上下行船只在菜园坝大桥与石板坡大桥之间交叉行走。因此，在通航净宽方面，大桥的跨径不宜太小，墩位不应布在航迹线附近，以防船只碰撞桥墩。根据桥位通航净空论证，大桥主跨不宜小于400米。 d d;T-wa 在通航净高方面，主桥桥面设计高程从135.0米以0.59纵坡向南延伸，而河床呈宽平的“”型断面，河滩区高程约163米，常年水位变化约在162182米范围，设计通航水位（20年一遇）为189.33米，桥下通航净高富裕。 Q VHsn 2.2 轨道交通三号线的影响 Ir|t 轨道交通三号线南起二塘，北接龙头寺火车站，是重庆主城区南北向的轨道交通干线，双线通行。根据大桥工程可行性研究从运营安全性、施工难易性、工程投资、大桥景观、线路走向与高程等方面进行的综合研究结果，轨道交通将以菜园坝长江大桥为过江载体，两个工程共建，且公路交通上层通行、轨道交通下层通行，形成公轨两用的特大跨径桥梁工程。 B7%U_F|m 2.3 景观的影响 00m/fT6 菜园坝长江大桥下游约1.2公里处有石板坡长江大桥，为主跨174米的T型刚构桥；上游约3公里处有鹅公岩长江大桥，为主跨600米的钢箱梁悬索桥。另外重庆市区内长江、嘉陵江两江上还有双塔斜拉桥、独塔斜拉桥、连续刚构桥、钢桁架连续梁桥等桥型。新建大桥在力求采用新桥型、新结构、新材料的基础上，必须体现良好的景观效果，要能适应周边环境，要与上下游两桥相协调，要能体现现代城市风貌，成为城市标志性建筑。另外在任何水位涨落状况下，大桥能表现完美的景观效果。 =d?dII: 3 方案设计 i6N,&jFU 3.1 设计构思 C7?/%7 根据通航净空的描述以及大桥为公轨两用且轨道交通下层通行的特点，方案设计中确定了大桥主跨为420米，主梁结构为透空的钢桁架结构，使轨道交通的乘客过江时有开阔的视野和明亮的光线。由此基本的使用功能和桥位的基本通航条件，进行方案的总体构思。 C%sE x: Qcii)s$js Sx!BDSu &w_Fjk c:g./* |)G 3）支架上分节段浇筑预应力混凝土Y型刚构，张拉刚构悬臂预应力钢束，刚构支架脱架直至形 pHJ3nHLQ 成Y型刚构； JO 拉中跨段系杆索，拆除部分扣索； ,WBiTD 8）调整边跨及中跨系杆索张力，拆除全部扣索，拆除施工塔，完成桥面系工程。 /fW /Mu ,) 图3. 大桥施工典型过程示意 0=EcQwh 4 主要关键技术 s?S+WL 4.1 空间的Y型刚构体系 :Ay+MnKOYp3% CxOob1 图4. 钢桁梁整体节段工厂组拼 图5. 钢桁梁整体节段吊运 %oa-WmWm 4.4 钢绞线系杆索的应用 !1 H# 6 钢绞线作为斜拉桥的斜拉索已有比较多的应用，但作为系杆在特大跨度系杆拱桥中实际应用还不多见，主要原因是钢绞线作为系杆应用的一些技术要求、钢绞线如何在工地穿束组成系杆、系杆拱施工过程需反复调节结构内力使系杆需多次张拉、系杆的锚固、系杆的防腐及系杆的换索工艺等诸多方面并未进行系统的研究和比较，使得钢绞线系杆在拱桥中的应用迟迟不能付诸实践。重庆菜园坝长江大桥由于构造需要及施工流程的特点，从系杆的可实施性、可操作性、可更换性考虑，首次采用了钢绞线系杆索，实现了大桥重要结构的可视、可检、可调、可换，以确保大桥的耐久性。 3/e.38m| 根据构造设计需要，中跨系杆位置在钢桁主梁正交异性桥面板下方并穿过横梁，需在横梁上开孔，开孔越大，对横梁削弱越厉害。同时，边、中跨系杆是通过刚构前悬臂的系杆锚固键交叉锚固的，锚固键为钢筋混凝土结构，纵向长14m，锚固键也需要预留供系杆穿过的孔道，其断面为3.63.3m，预留10个孔道，孔道越大，对锚固键削弱越厉害。平行钢丝系杆通常是工厂内的热挤PE成品索，锚头及索体尺寸已固定；而钢绞线系杆可采用单根绞线张拉工艺，锚头分设在两张拉端，不需穿过横梁和锚固键，预留孔只需满足索体通过即可。在系杆索安装方面，按照施工流程，需在主拱及中跨主桁梁合拢后才能安装、张拉中跨系杆，系杆需穿过每道横梁，横梁间距为4m，320m中跨范围共有80道横梁。平行钢丝系杆作为成品索，在主梁已经合拢的状况下，其安装过程需要大型的吊装设备、多台卷扬机、大量辅助人工才能完成，安装困难、工程施工费用高。这些原因，决定了在菜园坝大桥上采用钢绞线系杆更具优越性。 9FYUo 5 科研项目的验证 n QZwC 由于重庆菜园坝长江大桥结构先进，科技含量极高，有很多构造设计均超越了国内、外桥梁建设的已成经验，因此，随着大