上海申江南路沪南公路上海市道路新建工程跨大治河设计

上海申江南路沪南公路上海市道路新建工程跨大治河设计

1贤区瓦洪公路项目概况上海申江南路（上海路贤贤）是一条从南到南的新公路，与上海富宏路相连，北至上海南路，西至现状的申江南路相连。道路长约4.12公里。工程范围内两条河流有关。其中，大直河为三级公路，河口宽102米。桥梁结构必须通过河流。桥梁工程规模大，是本工程的重要研究节点。2地震灾害及设计要求(1)道路等级:城市主干路。(2)设计车速:60km/h。(3)汽车荷载等级:城-A级。(4)抗震要求:按地震基本烈度7度设防,地震动峰值加速度系数0.10g,抗震设防类别为丙类,E1、E2调整系数分别为0.46和2.2。(5)设计基准期:100a。(6)大治河桥设计安全等级:一级。(7)航道规模:大治河为通航河道,通航上口宽79m,通航净高不小于7m,设计最高通航水位3.2m,梁底控制标高不小于10.2m,设计最低通航水位2.0m。3大直河桥梁方案3.1主框架和主框架之间的距离为3.1.1主桥桥墩基础材料根据航道部门要求,通航净宽79m范围内必须满足通航净高7.0m的要求,且经通航安全性论证,新建的跨大治河桥梁结构需满足一跨过河的要求。(2)青草沙原水管避让要求北侧桥位处青草沙原水管为平行于大治河的1.6m直径钢管,根据《上海市原水引水管渠保护技术标准》钢管及其两侧8m范围内为引水管渠的保护范围,因此主桥桥墩基础需考虑避让青草沙原水管。(3)保持防洪通道畅通主墩布置时应在河道蓝线与陆域控制线30m范围内预留防洪通道空间,确保防洪通道畅通,同时确保桥位处辅道与防洪通道能顺利沟通,满足周边居民的出行方便要求。3.1.2河道断面方案根据上述控制因素,提出两种主跨跨径方案。方案1:河道北侧在河岸与青草沙原水管之间布置桥墩,在满足青草沙原水管保护要求的前提下,考虑桥墩基础与河道驳岸一同实施,桥墩满足一跨过河要求,桥墩承台侵入河道蓝线,根据规划河床断面,河道两侧规划河底标高1.0m,可考虑将侵入河道蓝线的承台埋入规划河底至少0.5m,使承台兼作大治河驳岸的基础,桥墩立柱与河道蓝线之间的距离满足河道驳岸的布置要求,见图1,此时主跨跨径为116m,见图2。该方案若按地面标高4.5m,承台高3.0m考虑,则承台开挖深度在7m左右,且需要先将局部河道进行围堰填土再开挖施工,虽可有效减小主桥跨径,技术可行,但基坑开挖量大、施工风险相对较高、基础施工费用高。而且需征询水务管理部门的意见。方案2:河道北侧的桥墩布置在青草沙原水管北侧,满足青草沙原水管保护要求,主跨跨径为150m,主桥桥梁规模增大但主墩承台施工均为岸上常规施工方法,开挖量小、风险低,见图3。3.2主桥方案的比较3.2.1大治河主桥结构设计方案根据主桥跨径方案论述,主桥跨径为116~150m,该跨径范围内本工程可适用的桥型方案有预应力混凝土连续梁、矮塔斜拉桥以及下承式拱桥等。预应力混凝土连续梁是目前最常用的桥梁结构,技术可靠,经济节约,施工方法成熟,采用挂篮悬臂施工便捷可靠,对航道的通航影响小,但结构较普通、景观效果一般。一般预应力混凝土连续梁合适的边中跨比值在0.5~0.8倍范围,若考虑尽量减小本桥边跨长度降低桥梁规模,同时考虑挂篮悬臂对称浇筑和边跨一定长度的支架现浇段,本桥边中跨比值取较小值0.56倍,则对于主跨116m跨径的连续梁桥其边跨长度为65m,跨径组合为65m+116m+65m,见图4。根据总体设计方案,大治河主桥需设置梯坡道供人行和非机动车过桥,在上述预应力混凝土连续梁方案的跨径布置情况下,在主桥北侧边墩以北约44m处有横向道路新环南路,该路与申江南路斜交约5°,其红线宽度为24m,主桥边墩距离最近的一条新环南路的红线仅32m,同时申江南路桥下还有沟通周边交通的辅道。大治河北岸,由于申江南路~新环南路交叉口未展宽,为了避免梯坡道出红线,只能考虑梯坡道在新环南路以南落地。根据道路纵断设计,主桥边墩桥面标高约13.5m,采用1:12的坡道时,坡道落地有效长度需108m,落地高度需9.0m,而现状仅能布置出有效长度77m,落地高度6.3m的坡道,因此由于主桥边墩距离交叉口较近,在同时满足横向道路及辅道交通功能的前提下,在申江南路红线范围无法布置出满足使用功能的坡道桥,见图5。根据以上分析,本桥方案设计中不再考虑连续梁方案,而是将优先考虑能减小主桥规模,保证主桥桥墩与交叉口有较大距离便于梯坡道设置的结构方案。矮塔斜拉桥与连续梁桥相比较而言,其结构梁高稍低,造型较美观,但与连续梁有相似的边中跨比值,边跨较长,因此不作为主桥桥梁设计方案。下承式系杆拱桥相对连续梁而言需采用支架施工,施工工艺较复杂,但该桥型可设计为单跨简支结构或边跨较小的连续结构,相对于其它桥型无需设置边跨或边跨较小,主桥规模小,而且下承式系杆拱桥梁高比预应力混凝土连续梁低,在相同通航条件下可适当减小引桥长度,由于可缩小主桥规模,使主桥桥墩到交叉口的距离增大,便于设置梯坡道结构,易满足总体布置要求。本工程桥址西北侧即为浦东新区唯一保存完好的千年古镇,桥位附近还有学校、商业和楼盘,居民、商业较为密集,对桥梁景观性要求较高。采用下承式拱桥,桥梁总体造型较好,桥梁景观效果好,符合周边的总体规划和景观氛围,造价低。综合考虑,将下承式系杆拱桥作为本工程大治河主桥的桥型方案。结合主桥跨径选择及景观效果等因素提出以下三种方案进行论述。3.2.2主桥结构方案二:下承式钢管混凝土系杆护坡方案方案三(1)方案一:下承式钢管混凝土系杆拱桥总体布置:主、引桥均采用整幅断面形式,跨径组合为6×30m+116m+3×33m+35m+5×30m,全长580m。主桥一跨跨越河道,南侧主墩及其承台设立在航道驳岸外侧;北侧主墩承台部分侵入河道蓝线,承台埋置在规划河床底至少50cm,主墩立柱位于驳岸外侧。主桥采用简支下承式钢管混凝土系杆拱桥,设置两道平行拱肋,拱肋为桁式结构,计算跨径116m。对该方案拱肋采用平行拱肋还是提篮式拱肋进行过了比较,由于本方案主桥跨径为116m,矢跨比取1/5的话,矢高为23.2m,而本桥桥面宽度近40m,拱肋侧倾布置后,横桥向视觉上拱肋与桥宽比例失调,显得很压抑,视觉效果差,因此仍考虑采用平行拱肋布置形式,通过采用横向抗弯刚度大的拱肋结构以及合适的横撑结构达到增强结构横桥向稳定性的目的。桥梁横断面:主桥断面布置为0.25m(栏杆)+3.0m(人行道)+2.5m(非机动车道)+2.4m(护栏、吊杆区)+11.5m(机动车道)+0.5m(中央分隔带)+11.5m(机动车道)+2.4m(护栏、吊杆区)+2.5m(非机动车道)+3.0m(人行道)+0.25m(栏杆)=39.8m。引桥断面布置为0.5m(防撞护栏)+11.5m(机动车道)+0.5m(中央分隔带)+11.5m(机动车)+0.5m(防撞护栏)=24.5m。结构设计:主桥上部结构采用计算跨径116m的下承式钢管混凝土系杆拱桥,设置两道平行拱肋,每片拱肋由四肢圆钢管组成,拱肋高3m,宽2m,拱肋上下拱圈分别由两个圆形钢管以钢板相连形成哑铃型截面,哑铃型截面内填充微膨胀混凝土。上下拱圈间采用圆形钢管每隔一定距离相联系形成桁架腹杆。桁架结构面内、面外抗弯刚度大,稳定性好、视觉通透性好,适用于类似本桥的宽桥结构,拱肋的矢跨比为1/5,拱肋间设置K型和一字型钢管桁架风撑。总体布置见图6。(2)方案二:下承式钢管混凝土提篮拱桥总体布置:主、引桥均采用整幅断面形式,跨径组合为6×30m+150m+2×32m+35m+5×30m,全长579m。主桥一跨跨越河道及北侧青草沙水管。主桥采用简支下承式钢管混凝土系杆拱桥,拱肋内倾形成提篮式结构以增加拱桥的横桥向稳定性,计算跨径150m,由于跨径较大,可以取得较高的拱肋矢高,因此对于本工程的宽桥断面,提篮式结构在该方案中能取得较好的结构比例效果,横桥向视觉上拱肋较修长美观。桥梁横断面:主桥断面桥面布置为0.25m(栏杆)+3.0m(人行道)+2.5m(非机动车道)+3.7m(护栏、吊杆区)+11.5m(机动车道)+0.5m(中央分隔带)+11.5m(机动车道)+3.7m(护栏、吊杆区)+2.5m(非机动车道)+3.0m(人行道)+0.25m(栏杆)=42.4m。引桥断面桥面布置为0.5m(防撞护栏)+11.5m(机动车道)+0.5m(中央分隔带)+11.5m(机动车)+0.5m(防撞护栏)=24.5m。结构设计:主桥上部结构采用计算跨径150m的下承式钢管混凝土拱桥,两道拱肋内倾呈提篮状以增加结构的稳定性,内倾角为15°,拱肋采用圆端型截面,高3.8m,宽2m,内填微膨胀混凝土,拱肋的矢跨比为1/5,拱肋间设置板式风撑。总体布置图见图7。(3)方案三:三跨下承式钢桁梁系杆拱桥总体布置:主、引桥均采用整幅断面形式,跨径组合为5×30m+32m+116m+32m+2×33m+35m+5×30m,全长581m。主桥一跨跨越河道,南侧主墩及其承台设立在航道驳岸外侧;北侧主墩承台部分侵入河道蓝线,承台埋置在规划河床底至少50cm,主墩立柱位于驳岸外侧。主桥采用三跨钢桁梁系杆拱桥,跨径组合为32m+116m+32m。桥梁横断面:主桥断面布置为0.25m(栏杆)+3.0m(人行道)+2.5m(非机动车道)+2.75m(护栏、吊杆区)+11.5m(机动车道)+0.5m(中央分隔带)+11.5m(机动车道)+2.75m(护栏、吊杆区)+2.5m(非机动车道)+3.0m(人行道)+0.25m(栏杆)=40.5m。引桥断面布置为0.5m(防撞护栏)+11.5m(机动车道)+0.5m(中央分隔带)+11.5m(机动车)+0.5m(防撞护栏)=24.5m。结构设计:主桥上部结构采用跨径组合32m+116m+32m=180m的下承式钢桁梁系杆拱桥,设置两道平行拱肋,每道拱肋含上、下两个圆形钢管混凝土拱圈,拱圈间以竖杆和斜杆连接成桁架结构,下拱圈仅在116m主跨范围内设置,矢跨比为1/5,上拱圈延伸至边跨端部,拱肋高度在3.8~7.7m间变化,拱肋间设置一字型钢管桁架风撑。总体布置见图8。(4)方案比选(见表1)从表1可知,三个方案均可以满足工程总体设计要求,但各方面比较各有优缺点。方案二主桥造型较美观,跨径较大避免了基础与驳岸及青草沙管线的冲突,减小了下部结构施工费用和施工风险,但造价较高,工期较长,上部结构施工难度较大。方案三拱肋线形丰富造型美观,但主桥规模大,造价高,工期长,北侧下部基础及上部结构均施工难度较大。方案一相对而言主桥桥梁规模小,造价低,工期短,结构受力