泸沽至黄联关高速公路漫水湾大桥拓宽方案研究.pdf

2013年1期 西南公路X IN A N G O N G LU 泸沽至黄联关高速公路漫水湾大桥拓宽方案研究 钟蕾 李维 王胜军 四川省 交通运输厅公路规 划勘察设计研 究院成都610041 摘要 漫水湾大桥位于泸沽至黄联关高速公路上 是为跨越安宁河而设置的一座最大跨径为54m 支T 梁 在介绍结合工程结构特点提 出的多种加宽方案基础上进行比选论证 为类似工程设计提供参考 关键词 桥梁工程 加宽拼接 设计 方案比选 中图分类号 U445 6 文献标识码 A O 引言 泸 沽至黄联关高速公路 自建成通车 以来 已经十 年有余 随着国民经济的迅速发展 交通量的不断增 大 泸沽至黄联关高速公路已经远远不能满足经济发 展的要求 漫水湾大桥位于泸沽至黄联关高速公路 上 是为跨越安宁河而设置的一座3 X 30 66 3 X 54m 先 简支后桥面连续T梁 由于受当时的经济水平和设计 思 想 的制 约 漫水 湾 大桥 已经 不满足 当前设计 规范 受力要求和未来交通发展的需要 与所在路段的路 基工程一起 亟需进行拓宽改造 1工 程概 况 漫水 湾 大桥位 于泸沽 至黄联 关高 速公路 上 原 桥为跨越安宁河而设 桥长274 51m 于2000年正式 通车 设计速度80km h 桥梁全宽19 5m 双向四车 道 其中行车道2 3 75m 路缘带2 X 0 5m 无紧急 停车带 原桥共分两联 3 30 66 3 54m 上部结 构为先简支后结构连续T梁 下部结构为整幅三柱 墩 第一联为桩基础 第二联为扩 大基础 起点岸桥 台为桩柱式台 止点岸桥台为重力式台 扩大基础 原桥设计荷载等级 汽车一 超20级 挂车一 120 地震 基本烈度 为Ix度 1 1通行 能力分析 该桥所在的泸沽至黄联关高速公路属于北京至 昆明高速 四川境 的组成部分 除了雅安至泸沽 段在建外 其余路段均已建成通车 而从技术标准 来看 该桥所在的泸沽至黄联关高速公路于2000年 2 建成通车 设计时速80km h 双向四车道 路基较 窄 仅为19 5m 无紧急停靠带 而该路段大货较 多 一旦货车出现故障 就会产生拥堵 极易造成 交通事故 具有严重的安全隐患 并且至2012年 京昆高速 四川境 将全线贯通 因此 该路段即 将成为京昆高速 四川境 的交通瓶颈 因此 该 路段的拓宽改造工程十分必要 也十分迫切 泸沽 至黄联关高速路基宽度拟从19 5m 拓宽至24 5m 即 左右幅各增加一条2 5m 宽临时停车道 本项 目实 施后 京 昆高速 四JIl 境 的交通瓶颈将得以消 除 该路段的服务水平将极大提高 道路的通畅性 得到保证 1 2 扩建 设计标 准 桥 梁扩建 加宽部 分设计 荷 载等级 为公 路一级 桥面横坡 正常路段为双向横坡2 超高路段同路 基超高横坡 地震动峰值加速度为0 40g 桥梁横 向 宽度 扩展后桥梁标准横断面整幅宽24 5m 横断面 组成 双向2 3 75m 行车道 左右两侧各2 75m 1 时 停车道 中央分隔带 1 5m 两侧各设宽0 5m 左侧路 缘带 外侧防撞护栏及路缘带宽2 0 75m 其中防 撞护栏宽2 0 5m 见图1 24 50 箧 五 I 层 1 n 堕 田 田 阳 I 田 田 阳 图1桥 粱标准横断面示意 图 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 钟蕾 李维 王胜军 泸沽至黄联关高速公路漫水湾大桥拓宽方案研究 2桥梁加宽设计原则 1 加宽拼接桥梁应注意桥路配合 当桥梁位 于平 曲线上时 左右加宽桥须按相应曲率布置 若 位于纵坡处 加宽桥则应与旧桥纵坡拟合一致 2 加宽拼接的桥梁 原则上采用与旧桥相同 的结构形式 如果难以满足原有桥下通行净空的要 求 上部结构横桥向可考虑采用变高度设计或采用 特殊上部构造设计 3 加宽拼接桥梁下部结构基础形式因考虑到 减小对旧桥基础的影响 原则上采用桩基础 当地 基条件允许时 也可采用与 旧桥相同的基础形式 但应考虑减小对 旧桥基础的影响和减小新桥基础沉 降的措施 4 加宽拼接方式原则上采用上部构造连接 下部构造不连接 5 新旧桥的基础沉降差异问题 需通过控制 桩底沉 渣厚度 适 当加大 桩长 拼接前 新桥堆 载预 压等方式解决 3桥梁加宽方案选择 原桥上部结构验算结果见表1 通过检测和验算表 明 原躁 上部结构 当考虑6crn砼铺装参与结构受力 时 中梁能满足 公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规 范 JTG I 62 2004 要求 因此旧桥上部结构尽量利 用 避免拆除新建带来的投资增加 降低建设成本 表1 漫水湾大桥原桥上部结构验算结果 按85规范验算 桥 面加铺 l Oem 沥青层 不考虑桥面 桥面加铺 l Oem沥青 层 考虑桥面 桥 名 上部结构形式 铺装参与受力 按2004规范验算 铺装参与受力 按2004规范验算 正常使用 承载能力 正常使用 承载能力 正常使用 承载能力 极限状态 极 限状态 极 限状态 极限状态 极 限状 态 极限状态 30 66m T梁 中梁 满足 满足 不满足 满足 满足 满足 30 66m T梁边 梁 满足 满足 不满 足 满足 不满 足 满足 漫水湾大桥 54m T梁中梁 满足 满足 不满 足 满足 满足 满足 54m T梁边梁 满足 满足 不满 足 满足 不满足 满足 原桥下部结构验算结果见表2 通过验算截面 原桥下部构件能满足 公路钢筋砼及预应力砼桥涵 设计规范 JTG D 62 2004 要求 但不能满足公路桥 梁抗震设计细则 JTC rB02 0 1 2008 要求 表2漫水湾大桥原桥下部结构验算结果 原 构 件 是 否 满 足 原 构 件 是 否 满 足 桥 面 加 铺 l Oom 沥 桥 面 加 铺 l Oem 沥 桥 面 加 铺 10em 沥 公路钢筋砼及预 公路桥梁抗震设 青层后原构件是否 青层后原构件是否 青层同时调整阻尼 下部构件 应力砼桥涵设计规 满足 公路钢筋砼 满足 公路桥梁抗 比为0 15后原构件 范 JTJ023 85 要 计细则 JYg rB02 及预应力砼桥涵设 震 设 计 细 则 是否满足 公路桥 备 注 梁抗震设计细则 计 规 范 JTGD 62 fJT G TB 02 01 JTG T B02 01 求 01 2008 要求 2004 要求 2008 要求 2008 要求 抗震验算时不能满 足 3 盖梁 满足 不满足 满足 不满足 不满足 横 向地震力 的要求 抗震验算时不能满 足 4 5 墩盖梁 满足 不满足 不满足 不满 足 不满足 横 向地震力 的要求 抗震验算 时不能满 足 系梁 满足 不满足 满足 不满 足 不满足 横向地震力的要求 加阻尼器对墩柱抗弯 墩柱抗弯 满足 不满足 满足 不满足 满足 能起 较好 的效果 原墩柱箍筋间距不满 墩柱抗剪 满足 不满足 满足 不满足 不满足 足抗震规 范构造要 求 由于桥址地形特殊 起点岸地形较平坦 但止 点岸接路基为高陡挖方段 右高左低 右侧高陡挖 方 边坡高度超过30m 已做特殊路基防护处理 采 用了预应力锚索处治 左侧挖方边坡高约6m 无 特殊防护 只是一般削坡处理 如果桥梁采用两侧 对称加宽方法 则必然对止点岸右侧高边坡稳定产 生严重影响 右侧高边坡特殊路基防护要部分拆 除 因地制宜 桥梁拓宽方案只能从左侧拓宽入 5 3 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 西南公路 手思考 鉴于本项 目为改扩建工程 根据经济合 理 安全适用 能满足工期要求 对 旧桥干扰小的 原则 对加宽方案进行 比选 方案一 单侧加宽方案 如图2所示 充分利用 原桥 将原桥边梁从绞缝处切除 连同防撞护栏及 水泥砼铺装一并废除 加宽部分T梁及边梁采用新设 计图进行预制 加宽部分桥面铺装中砼铺装部分采 用与原桥等厚度的15cm 厚水泥砼铺装 施工加宽部 分C40混凝土铺装层时 与之结合的原混凝土铺装层 凿出50cm 宽 露出钢筋网 与新铺装钢筋网重合绑 扎或 焊接 在一起 下部构 造6 桥 台加宽 采用 植筋 现浇片石砼台身与原桥台连成一体 原桥 台台帽挡 块应 拆除 然后 接 长 台帽 桥墩 和0 台采用 新增 一 根独柱 原桥墩台盖梁外侧挡块对应位置应切除 然后接长盖梁 新 旧盖梁之间设 l cm 断缝 同时全桥 加设阻尼器 调整全桥阻尼 比为0 15后原桥墩柱抗 弯才能满足 公路桥梁抗震设计细则 JTG TB02 01 2008 要求 防水层 防水层 7 l 5cm厚 C40砼 设 计 高 程 设 计 高 程 15cm厚 C40砼 w I 8 1 1 1 m l j m m 广 广 厂 T 广 1 j 叶 1 1 r 1 r 新 设 T梁 原 T粱 利用 7 l 290 520 6 10 610 290 I r 1 r 1 r I 路 I 线 2 l0 2I 的 200 2 m 1 设 计 线 新建墩柱 既有桥墩 图2单侧加宽方案示意图 此方案中由于原泸沽至黄联关高速公路已经运 营十多年 在桥梁拓宽时原T梁的收缩及徐变变形已 经完成 而新建T梁的收缩及徐变变形只发生一部 分 新 IH T梁 之间 的收缩及徐 变变形差 对新 II3T梁 的 影响非常明显 为了更准确地模拟新旧T梁之间的收 缩及 徐变变形差 的影 响 现 以30 66m 跨T梁为例 用 大型有限元分析软件图3空间梁格模型 M ID AS CIV IL2010建立空 间梁格计算模型 见图 3 纵梁l 3片 1 4 及l 3 为新T梁 其余为原T梁 共188个单元 208个节点 横隔板处设横梁 此横 梁考虑桥面板的刚度影响 通过空间梁格法计算新 T梁存梁期 与应力关 系 见表 3 图3 空 间梁格模 型 表3新 旧T 梁之 间的收缩及徐 变变形差产生的应力 新 IEIT梁收缩及徐变变形差引起新T梁跨 中应力 新 113T梁收缩 及徐变变形差引起老T梁跨 中应力 项 目 上缘正应力 M Pa 下缘正应力 M Pa 上缘正应力 M Pa 下缘 正应力 M Pa 新T梁存粱4个月 5 11 2 18 3 40 1 23 新T粱存梁8个月 4 64 0 66 3 00 0 68 新T梁存梁 12个月 4 3O O 01 2 74 0 40 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 钟蕾 李维 王胜军 泸沽至黄联关高速公路漫水湾大桥拓宽方案研究 从表3中可以很明显地看出 新 旧T梁的收缩及 徐变变形差使老T梁产生压应力 对新T梁产生拉应 力 并且对上缘的影响要远大于对下缘的影响 随 着存梁期的增加 新 H T梁的收缩及徐变变形差产生 的影响将逐渐减小 对构件下缘减小较显著 但对 构件上缘应力值减小并不显著 即使按照新T梁存梁期1 2个月工况进行计算 拓 宽前在基本荷载组合下 老T梁跨 中上缘压应力为 15 2M Pa 计人新旧T梁的收缩及徐变变形差产生的压 应力2 74M Pa 则拓宽后老T梁在基本荷载组合下跨中 上缘 压应 力 为 17 94M Pa 15 6M Pa 老规 范50号砼 折 算成新规范下的容许值 不能满足规范要求 方案二 半幅加宽方案如图4所示 新线右半幅 充分利用原桥 将原桥T梁进行改造 切割 顶升 梁下加高支座垫石等措施 以满足现有的桥面横坡 要求 左半幅按照新建桥设计 左幅桥上部T梁采用 新规范设计图进行预制 下部结构按照半幅加宽施 工 上下部结构与原桥均不发生关联 方案 比较 结合新旧桥结构受力 强震后保通 情况 工期 造价等方面对两种拓宽方案进行比较 见 表4 图4半幅加宽方案示意 图 表4桥 梁加 宽方案 比较表 项 目 方 案一 方案二 工期 为确保存梁期 工期较长 较短 桥面加铺10em 沥青层后原下 满足 公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范 满足 公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范 部构件是否满足规范要求 JTCD62 2004 要求 JTG D62 2004 要求 施工期间对交通 的影响 影 响大 影响小 大震情况下能否保证震 区交 不能 能 因为左半幅按新规范设计 能确保左半 幅畅通 通生命线畅通 造价较低 能满 足普 通运营阶段受力要求 造 价稍高 但偶 遇强震 即使 旧桥倒塌 因左 但 因原 桥各 下部构件不满足抗震要求 大震情况 半幅按照新抗震规范新建 能确保左半 幅畅通 不 下 此桥倒塌将造成震区交通生命线中断 如果 会造成震区交通生命线中断 同时又避免了对原桥 综合评价 对原桥下部结构进行加固以满足抗震规范要求 下部结构进行加固以满足抗震规范要求时涉及水下 则涉及水下套箍施工 施工困难 造价高昂 套箍施工 施工困难 造价高昂等问题 即此方案 即能满足普通运营阶段受力要求 又能确保偶遇强 震时 震区交通生命线畅通 同时保持施工相对容 易 工程造价在合理范 围 推荐方案 推荐本方案 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 西南公路 两种方案都未涉及对原桥下部结构进行加固以 满足抗震规范要求 因加固涉及水下套箍施工 施 工困难 造价高昂等问题 通过综合 比较 由于 方案二 中左半幅按照新抗震规范设计 能确保左半 幅畅通 不会造成震区交通生命线中断 即此方案 既能满足普通运营阶段受力要求 又能确保偶遇强 震时 震区交通生命线畅通 同时保持施工相对容 易 工期较短 工程造价在合理范围 故拓宽方案 推荐采用方案二 4结语 对漫水湾大桥的加宽方案进行分析 比选 得 出 以下体会 1 由于拓宽工程本身的特殊性与复杂性 应 结 合具 体项 目 因地制宜 对拓 宽方案进 行深 入研 究 论证 比选 例如 本桥不能采用常规的两侧 加宽方案 因为涉及止点岸右侧高陡挖方段 2 当加宽拼接方式采用上部构造连接时 应 充分考虑新旧结构收缩及徐变变形差产生的影响 例如 本桥如采用方案一进行新旧T梁连接时 计入 新 H T梁 的收缩 及徐 变变 形差 产生 的应 力影 响 则 拓 宽后老T梁跨中上缘压应力将超出规范要求 同时对 新T梁产生的拉应力影响亦不可低估 3 拓宽工程往往涉及新 旧桥梁设计荷载技术 标准衔接问题 本项 目中原桥梁采用1989年 公路 桥涵通用设计规范 JTJ021 89 公路钢筋砼 及预应力砼桥涵设计规范 JTJO23 85 公路 工程抗震设计规范 rrjoo4 89 等技术标准设计 完成 随着社会发展 新的规范和技术标准 2004版 新桥规及 公路桥梁抗震设计细则 JT G TB02 01 2008 已相继取代原规范和标准 本桥针对新旧设 计规范和标准的差异 对各构件进行计算分析 结合 工程实际情况和结构特点 建议对不满足新抗震规 范 而又位于深水基础 中的旧桥墩柱不进行加固 因 加 固涉及水下套箍施工 施工困难 造价高昂等问 题 充分利用高速公路左右幅分离 各 自受力独立 性的特点 按照半幅加宽的原则既能满足普通运营阶 段受力要求 又能确保偶遇强震时 震区交通生命线 畅通 同时保持施工相对容易 工程造价控制在合理 范围 通过灵活掌握技术标准要求 较好地解决了安 全 造价 工期三者间关系 具有一定的创新性 可 靠性 对改扩建工程具有参考价值 参考文献 1 沈光玉 王吉英 田野 T梁拓宽的技术难点 与对 策 沈大高速公路改扩建工 程 技术论 文集 M 北 京 人 民交通 出版社 2005 2 罗火生 佛开高速公路改扩建工程总体扩建方案研究fJ 公路 20 12 2 4 9 3 廖朝华 王家强 徐邦凯等 沪宁高速公路扩建工程勘察设计关键技术问题 及创新对策l J1l现代交通技术 2006 5 19 24 4 程兴新 董强唐娴等 公 1人民交通出版社213O5 上接第5 l 页 I 时的一 2 87M Pa 变为一 2 75M Pa 数 值减d O 12M Pa 可见 主梁的应力状况并没有随着 压重的显著增大而变化明显 所 出现的拉应力极大 值 也 小 于 规 范 允 许 值 o 9