连续刚构桥梁方案比选.docx
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连续刚构桥梁方案比选
1.1方案比选
1.1.1工程概况
（一）主要技术指标：
（1）孔跨布置：
见”分组题目”。
（2）公路等级：
一级。
（3）荷载标准:
公路I级，人群荷载3.5kN/m2
（4）桥面宽度：
桥面宽度20.5m，即净2
7.5m（车行道）+1.5m（中央分隔带）+2
2.0m（人行道和栏杆）
（5）桥面纵坡：
0%（平坡）；桥轴平面线型：
直线
（6）该地区气温：
１月份平均6℃，７月份平均30℃。
（7）桥面铺装：
铺装层为10cm防水混凝土，磨耗层为8cm沥青混凝土。
（二）材料规格
（1）梁体混凝土:
C50混凝土；
（2）桥面铺装及栏杆混凝土:
C40级混凝土；
（3）预应力钢筋及锚具:
主梁纵向预应力钢筋可选用
高强度低松弛钢绞线（
公称断面面积为
），
，
，对应锚具分别为YM15-7,YM15-9,YM15-12,YM15-19；对应波纹管直径分别为（内径）
（外径比同径大7mm）。
主梁竖向预应力钢筋采用
冷拉IV级钢筋，
（冷拉应力），
；对应锚具为
（螺距）；对应孔道直径
，锚垫板边长
，相邻锚板中心距离不小于15cm。
（三）河床横断面
河床横断面
桩号
标高（m）
桩号
标高（m）
0+000
16.627
0+542
-0.436
0+020
12.305
0+614
-3.289
0+030
7.805
0+664
-3.973
0+050
5.510
0+714
-2.835
0+100
5.800
0+764
-0.134
0+150
5.089
0
802
4.558
0+200
4.039
0+814
5.623
0+250
3.803
0+823
11.258
0+322
4.164
0+841
13.390
0+532
3.753
0+864
17.521
（四）工程地质条件
大桥位于江心洲西侧及附近水域，其中0+250~0+532地面高程为3.8~4.20米，低潮时为陆地，高潮时被水淹没；0+542，0+614位于水中，地面高程为-0.18~-3.63米，钻孔揭露表明，桥位覆盖层厚43.00~50.10米，主要为中密细、中砂层，其中0+322~0+614下部分布有厚18.60~21.15米的密实卵石土层。
下附基岩全、强分化层均很发育，厚22.75~34.10米，其中0+532，0+614具有不均匀分化现象，全、强风化花岗岩中在高程-64.00~-75.50米间分布有厚0.95~4.70米的微风化花岗岩残留体。
微风化基岩面变化很大，在-62.12~-82.03米间，基岩主要为灰白色中粗粒花岗岩、花岗斑岩，微风化基岩岩质坚硬，呈块状~大块状砌体结构，为主墩桩基良好的持力层。
基础设计时宜采用微风化基岩作为基础持力层，桩端进入微风化基岩一定深度。
微风化岩面一览表
桩号
0+250
0+322
0+532
0+542
标高
-73.70
-62.12
-77.3
-81.03
0+250~0+614地质资料
0+250
0+322
标高
岩土名称
标高
岩土名称
~-5.74
中砂
4.164~-5.0
中砂
-5.74~-17.94
细砂
-5.0~-12.30
细砂
-17.94~-42.94
中砂
~-16.55
淤泥质粘土
-42.94~-44.55
卵石土
~-35.90
中砂
-44.55~-85.54
花
岩
~
45.40
卵石土
~-84.80
花岗岩
0+532
0+542
标高
岩土名称
标高
岩土名称
-4.15~-8.95
中砂
-0.436~-10.68
中砂
~-16.05
淤泥质粘土
-5.0~-24.73
淤泥质粘土
~-24.35
中砂
~-43.18
卵石
~-36.45
卵石
~-96.33
花岗岩
~-38.95
中砂
~-45.25
卵石土
~-87.25
花岗岩
0+614
标高
岩土名称
标高
岩土名称
-3.289~-13.58
中砂
~
36.68
中砂
~-15.08
淤泥质粘土
~-45.73
卵石土
~-20.58
细砂
~73.08
全风化花岗岩
~-25.13
中砂
~-77.43
强风化花岗岩
~-35.08
卵石土
~-92.58
微风化花岗岩
岩土设计参数建议值
地层编号及名称
钻孔桩桩周土极限摩阻力（KPa）
容许承载力
（KPa）
单轴极限抗压强度（MPa）
杂填土
15
中砂
40
150
亚粘土
35
110
中砂
40
150
淤泥质粘土
5
80
粉砂
40
100
细砂
40
200
淤泥质亚粘土
15
80
卵石土
200
800
全风化花岗岩
60
320
强风化花岗岩
75
450
弱风化花岗岩
30
微风化花岗岩
80
弱风化花岗斑岩
30
微风化花岗斑岩
60
1.1.2设计标准和规范
1）中华人民共和国行业标准《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
2）中华人民共和国行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）
3）中华人民共和国交通部行业标准《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
4）中华人民共和国交通部行业标准《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）
5）中华人民共和国交通部行业标准《公路桥涵勘测设计规范》（JTJ062-91）
6）中华人民共和国交通部行业标准《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）
1.1.3桥型方案初拟方案
高坎特大桥位于某道路主干线K0+000—K0+835段。
该路段跨越河床，需设置桥梁，现对桥梁的形式进行方案比选。
比选原则如下：
（1）安全与舒适性
整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，以满足桥梁安全性的要求。
现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击，以满足桥梁舒适性的要求。
（2）适用性
桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。
桥下应满足泄洪等要求。
建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。
（3）经济性
设计的经济性应占较重要的位置。
经济性除建桥费用，还应考虑未来综合发展及养护和维修等费用。
（4）美观
一座桥梁，应与周围的景致相协调。
有合理的结构布局和优美的轮廓是美观的主要因素，不应把美观片面地理解为豪华装饰。
在安全、适应和经济前提下，尽可能使桥梁具有美观性。
根据该桥的桥位地质、实际地形和水文资料，综合各备选方案上部结构形式及安全性、经济性、施工条件等因素，最后比选出三种桥型方案。
拟定备选方案如下：
1）主跨为139m+252m+139m三跨连续刚构桥方案；
2）主跨为140m+250m+140m双塔双索面斜拉桥方案;
3）主跨为370m三跨连续自锚中承式钢管混凝土系杆拱桥方案。
三个桥梁方案均可满足条件，具体方案比较下面陈述。
1.1.4预应力混凝土连续刚构桥（140m+250m+140m）
（一）桥型布置图（如图1.1）
（二）桥型优势
随着高速交通的迅速发展,要求行车平顺舒适,多伸缩缝的T型刚构也不能很好满足要求,因此连续梁得到了迅速的发展。
悬臂施工时,梁墩临时固结,合拢后梁墩处改设支座,转换体系而成连续梁。
连续梁除两端外其他无伸缩缝,有利于行车,但需梁墩临时固结和转换体系;同时需设大吨位盆式支座,费用高,养护工作量大。
于是连续刚构应运而生,近年来得到较快的发展。
其结构特点是梁体连续、梁墩固结,既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点,又保持了T型刚构不设支座、不需转换体系的优点,方便施工,且有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度,能满足特大跨径桥梁的受力要求。
连续刚构桥具有一下特点:
1）其墩梁固结的特点省去了大挎连续梁的支座，无需进行巨型支座的设计、制造、养护和更换，节省昂贵的支座费用。
2）因墩梁固结．桥墩的厚度大大减小，约为梁在支点处高度的0.2～0.4倍，比T形刚构的墩厚小得多，减少桥墩与基础工程的材料用量。
3）抗震性能好，水平地层力可均摊给各个墩来承受，不需像连续梁设置制动墩承受，或采用价格较昂贵的专用抗震支座。
4）墩梁固结便于采用悬臂施工方法，省去了连续梁施工在体系转换时采用的临时固结措施。
（三）桥型劣势
大跨径连续刚构桥的主要缺点是自重大。
连续刚构桥为多次超静定结构，受收缩徐变、温度变化、基础不均匀沉降等影响较大、表现形式复杂。
（四）尺寸拟定
1）边、主跨跨径比
边、主跨跨径比在0.54～0.56之间,或再稍大一些时,有可能在边跨悬臂端以导梁支承于边墩上,合拢边跨,而取消落地支架。
今后连续刚构边、主跨跨径比,更可能趋向于这个范围。
因此本桥采用的边主跨比为0.55，选用139m+252m+139m连续刚构形式。
2）箱梁的截面形式
主梁底部线性先多采用1.5～1.8，从而缓和底板应力紧张的情况。
跨径在大于80m时，从经济方面看，应多采用箱型截面且考虑变截面形式。
在箱型截面中，叫多采用抗弯和抗扭的单箱单室。
箱型截面悬臂长度一般不大于5m，当超过3m时，应设置横向预应力筋。
本桥采用的是双幅桥对称布置，每一幅桥的截面均是单箱单室截面，顶板宽为8.5m，底板宽为5m。
3）梁高
连续刚构桥箱梁根部的高跨比为1/15.7～1/20.6,其中大部分为1/18左右,近年来已有一些桥达到甚至低于1/20。
主跨中部箱梁的高跨比为1/46.2～1/85.1,其中大部分为1/54～1/60,并有下降的.趋势。
中国最小为南澳跨海大桥的1/73.7。
梁高跨比的下降,是上部构造趋于轻型化的表现。
在设计过程中,体会到梁底按一般常用的2次抛物线时,往往在L/4～L/8截面底板混凝土应力紧张,因而现在已有先例采用幂次为1.5～1.8的抛物线,已开始推广采用。
本桥采用的箱梁的高度在0号块以外由14.0m到5.0m按1.8次抛物线变化，其中桥墩顶部中心梁高14m，高跨比1/17.8，跨中中心梁高为5m，高跨比问哦1/50。
4）板厚
对于顶板的厚度，部分已有40cm减小到30cm，但进一步减小的可能性不大。
对于底板，底板的最小厚度多数为30cm，梁根部最大处则可达100cm以上，但随着设计经验的丰富，以及采用高强混凝土，有减薄的趋势。
对于腹板，腹板的最小厚度一般为40cm,个别的更小为35cm,有的采用50cm或更大些,最大厚度为55～80cm,其中虎门大桥辅航道桥采用40～60cm,比门道大桥65～75cm要小不少。
随着技术的发展，箱梁尺寸减小，上部结构轻型化，这是连续刚构桥发展的有一个趋势。
但随着腹板的减薄，应特别重视对其预应力的控制，以免出现腹板斜裂缝。
本桥顶板厚度为恒定值28cm，底板厚度从跨中到支点由32cm至130cm按两次抛物线变化，腹板厚度是在某段梁段中由跨中向支点方向由65cm到75cm线性变化。
此外，在墩顶0号块双薄壁对应位置设置4个0.5m与墩壁等厚的横隔板，其余横隔板厚度为1.5m。
5）下部结构
主桥桥墩采用双肢薄壁空心墩，，桥墩单壁厚3m，宽5.0m，墩壁中心距9m，单壁厚为50cm，设置三个横隔板，包括墩顶1m厚横隔板、墩顶以下20m处0.5m厚横隔板，墩底1m厚横隔板。
承台尺寸：
8.50m（横）×13.0m（纵），厚度为4.0m，基础为9根φ200cm钻孔灌注桩，纵桥向对应薄壁墩中心线布置。
墩和基础均采用C30混凝土
桥台为U型桥台，采用刚性扩大基础。
（四）主要施工方案
1）基础施工
首先用钢管桩架设施工平台，插打钢护筒，然后进行钻孔至设计标高，清孔、下钢筋笼，灌注水下硂成桩。
钻孔桩中预留压浆管（兼声测管用），成桩后进行压浆，使桩低硂密实以消除桩底沉渣带来的不利影响，确保桩基的承载力。
采用钢套箱或双壁钢围堰浇筑承台混凝土。
2）墩身施工
采用滑模施工分段浇注墩身。
3）混凝土梁端双悬臂施工
在托架上浇注0号梁段，张拉0号块预应力，桥塔两侧主梁同时采取后致电挂篮对称悬臂浇注，达到设计强度张拉预应力。
4）合龙段施工
中跨，边跨合龙段长度均为2m，按照先合龙边跨后合龙中跨顺序对称合龙，边跨合龙采用导梁施工，中跨采用悬臂现浇的挂篮进行合龙。
5）桥面系和其他施工
桥面系施工关键是桥面沥青硂施工工艺，要严格按照沥青硂施工规程执行，以保证沥青硂施工质量和寿命。
同时安装伸缩缝、防撞栏、照明等设施。
1.1.5双塔双索面斜拉桥（140m+250m+140m）
（一）桥型布置图
（二）桥型优势
主桥采用双塔双索面斜拉桥，双索面为伞形式，塔梁固结体系。
主塔刚度较大，不设辅助墩。
主梁采用预应力混凝土结构，主塔在上塔柱有环向预应力，基础为钢筋混凝土结构。
该桥型雄伟、壮观，景观效果好。
相比与其他大跨径桥梁，主梁相当于跨径为索距的弹性支撑梁，弯矩小。
梁体尺寸较小，桥梁的跨越能力较大；受桥下净空和桥面标高的限制小；抗风稳定性比悬索桥好；便于悬臂施工等等。
比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。
（三）桥型劣势
该桥为多次超静定结构，设计计算复杂；索与梁或塔的连接构造比较复杂；施工中高空作业较多，且施工控制等技术严格
（四）尺寸拟定
1）跨径布置
采用140m+250m+140m的分孔布置。
双塔三跨式斜拉桥边跨与主跨的比值可取0.25～0.5之间，该桥为0.56，经过参考重庆蔡家嘉陵江大桥，这是可取的。
2）桥塔
塔高约183m，为菱形桥塔，其中桥面以上78m，单肢宽2.8m，纵向6m；下塔柱单肢横向宽2.8m变化到5.6m，纵向宽6m变化到7.9m；塔底横向宽12m，。
考虑景观效果，塔可做涂装处理。
3）主梁
主桥主梁采用单箱双室等梁高混凝土箱梁，梁宽20.5m，梁高3.5m；标准梁段顶板厚0.3m，腹板厚0.5m，底板厚0.3m；每8m为一个节段，在拉索处设置拉索横梁，横梁与腹板相接根部高1.5m，两端头高1.2m，厚0.5m，横梁两端设斜拉索锚块。
4）斜拉索
索面采用伞形，清晰美观。
全桥共56对斜拉索，梁上的顺桥向标准间距为8m，塔上的竖向间距为2.2m。
斜拉索在梁上锚固于箱梁两侧翼缘板的边缘位置
5）结构
主塔塔梁固结，支承在承台上，基础采用群桩基础。
重力式桥台用的是刚性扩大基础。
（五）主要施工方案
1）基础施工
首先用钢管桩架设施工平台，插打钢护筒，然后进行钻孔至设计标高，清孔、下钢筋笼，灌注水下硂成桩。
钻孔桩中预留压浆管（兼声测管用），成桩后进行压浆，使桩低硂密实以消除桩底沉渣带来的不利影响，确保桩基的承载力。
采用钢套箱或双壁钢围堰浇筑承台混凝土。
2）主梁施工
采用悬臂浇注法施工，利用前支点挂篮，利用待浇梁段斜拉索作为挂篮前支点支撑力，施工过程中讲挂篮后端锚固在已浇梁段上，同时市斜拉索和已浇梁段共同承担待浇节段的硂重量。
待主力混凝土达到设计强度后，拆除斜拉索与挂篮的连接，是节段重力转换到斜拉索上，再歉意挂篮
3）主塔施工
采用爬模提升法（自备爬架的提升模版）。
4）桥面系和其他施工
桥面系施工关键是桥面沥青硂施工工艺，要严格按照沥青硂施工规程执行，以保证沥青硂施工质量和寿命。
同时安装伸缩缝、防撞栏、照明等设施。
1.1.6三跨连续自锚中承式钢管混凝土系杆拱桥（80m+370m+80m）
（一）桥型布置图
（二）桥型优势
拱桥是主要承重结构是拱圈或拱肋（拱圈横截面设计成分离式时称为拱肋），拱结构在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力。
墩台向拱圈或拱肋提供一对水平反力，这种水平反力将大大抵消在拱圈（或拱肋）内由荷载所引起的弯矩。
因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩、剪力和变形都要小得多，鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常用抗压能力强的圬工材料和钢筋混泥土等来建造。
系杆拱桥由于是无推力结构，对墩台要求，较低，整个桥型结构简便、轻巧，桥面视野开阔，广泛用于公路桥梁。
在城市桥梁和平原地区通航河流上，中承拱往往颇受青睐因为它可降低桥高，矢跨比大，可减少推力；桥面建筑高度小，可缩短桥长；造型美观，为城镇增添景色；造价也较低。
（三）桥型劣势
该桥拱肋在横向的稳定性以及杆件的稳定性均要很好保证，而且施工精度要高，施工较麻烦。
（四）尺寸拟定
1）主拱肋截面形式和主要尺寸
主拱拱肋采用中承式双肋悬链线无绞拱，计算跨径358.00m，计算矢高71.60m，矢跨比1/5，拱轴系数m=1.543，每片拱肋由4根φ1000×20mm的Q345qc钢管组成（其中局部加强段钢管壁厚加厚至22mm、28mm），内灌C50砼作为弦杆，上弦和下弦横向两根钢管之间在拱脚至桥面处用平联钢板（厚14mm）联接，在桥面以上用φ650×10mm平联钢管联接（其中吊杆处平联钢管采用φ650x16mm），在平联板内及吊杆处平联管内灌注C50砼，上、下弦之间用φ550×10（12）mm钢管作为腹杆，组成桁式拱肋。
拱肋为等宽变高度截面，宽3.20m，高度在拱脚为8.00m，在拱顶为4.00m。
两肋中心距为23.90m，共设6组“米”字横撑，每道横撑均为空钢管桁架，由上、下弦φ700×14mm（直撑）和φ600×14mm（斜撑）及腹杆φ299×8mm组成，另外在拱肋与桥面交接处，设置一道肋间横撑，主拱肋共设横撑14道。
它们与同边拱端部固结的预应力混凝土端横梁一起，组成一个稳定的空间梁系结构，边拱拱肋与主拱拱肋轴线处于同一直线上，以便于传递水平力。
2）主梁
主梁为并排工字型连续梁，工500×400×40×30
3）墩台设计
主拱墩及承台为两个分离式实体钢筋混凝土结构，其间用横墙连接。
墩基为钻孔灌注桩。
主桥台为U型桥台，明挖扩大基础。
（五）主要施工方案
1）基础施工
首先用钢管桩架设施工平台，插打钢护筒，然后进行钻孔至设计标高，清孔、下钢筋笼，灌注水下硂成桩。
钻孔桩中预留压浆管（兼声测管用），成桩后进行压浆，使桩低硂密实以消除桩底沉渣带来的不利影响，确保桩基的承载力。
采用钢套箱或双壁钢围堰浇筑承台混凝土。
2）主拱肋施工
该桥主桥主拱肋采用分段缆索吊装方法施工，每条拱肋分17段由工厂预制。
3）墩身施工
墩身采用翻模或滑模施工
3）桥面系和其他施工
桥面系施工关键是桥面沥青硂施工工艺，要严格按照沥青硂施工规程执行，以保证沥青硂施工质量和寿命。
同时安装伸缩缝、防撞栏、照明等设施。
1.1.7方案技术经济的比较和最优方案的确定
设计方案的评价和比选要全面考虑各项经济技术指标，主要从工艺技术要求、使用效果、造价及用材等几个方面进行比较，综合分析每一个方案的优缺点，找出关键所在，分清主次，探索出适合具体情况的最佳方案。
按桥梁的设计原则，造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的方案应是优秀方案。
以上三个方案的主要优缺点比较，如下表所示：
方案
比较
项目
方案三
预应力混凝土连续刚构桥
139+252+139m
方案四
双塔双索面斜拉桥
140+250+140
方案一
中承式钢管混凝土系杆拱桥
80+370+80
主桥总跨径
530m
530m
530m
经济性
造价较低
造价较高
造价一般
适用性
250m主跨跨越主航道，与通航适应性好；通航净空大，防撞要求低；河床压缩较小，汛期泄洪能力较好。
伸缩缝少。
250m主跨跨越主航道，与通航适应性好；通航净空大，防撞要求低；河床压缩一般，对于汛期
泄洪一般满足。
主孔200m跨越主航道，与通航适应性好；防撞要求较高；河床压缩较多，有利于汛期泄洪。
安全性
全桥跨度适中，用技术先进的悬臂浇筑法施工能安全的建成，且在施工过程中不需大量施工支架和临时设备，故施工方便，质量可靠，工期较短；全桥后期营运养护费用最多；行车平顺舒适。
主体采用箱梁断面，刚度大，施工安全，采用悬臂浇筑发施工，技术成熟，工期有保障，质量可靠，主桥后期营运养护费用较
高，行车平顺舒适。
主桥跨度适，中采用分段缆索吊装方法施工，施工方便，安全；引桥采用预制T梁，可工厂化预制施工，质量可靠，工期有保障；需采用大型的吊装
设备。
后期营运养护费用较高。
行车平顺舒适。
美观性
全桥线条简洁明快，但因其高跨比例不
很协调，影响桥型美观。
桥型美观，气势宏伟，
与环境协调性好。
桥型美观犹如跨江飞雁，气势宏伟，与
周围环境协调好
通过对上述四个方案的总体设计，施工方案，结构分析和设计特点的概括行陈述，再综合比较各方案在经济性、适用性、安全性、美观性等诸多方面的优缺点。
决定采用方案——预应力混凝土连续刚构桥。
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