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上下凈高受限立交橋梁設計

發布時間:2020-04-28   |  所屬分類:工業設計:論文發表  |  瀏覽:  |  加入收藏

  由于受既有鐵路橋梁影響,橋梁設計的橋位較低,通過合理的水文計算以及采取一系列的處治及保護設計后,有效降低了設計洪水位,保證了梁體在洪水情況下的穩定性,同時避免了因建橋導致的阻水增大對鐵路橋墩的沖刷影響。

上下凈高受限立交橋梁設計

  關鍵詞:上下凈高受限;橋型選擇;設計洪水位;保護措施

  1工程背景

  春灣北互通位于汕(頭)湛(江)高速公路云浮至湛江段K36+745.260處,設置連接線與省道S113相接。連接線采用雙向兩車道二級公路標準建設,路基寬度10m,設計速度60km/h,在LK0+138.7處下穿廣茂鐵路躉水廟大橋,該鐵路橋梁為4孔16mT梁橋,同時路線在LK0+070—LK0+170跨越五拱河,該河匯水面積及流量均相對較大。路線在同一位置處既下穿鐵路又跨越河流,因此只能以橋梁形式通過,交叉范圍內鐵路橋梁梁底最低高程為44.75m,天然河道下的百年一遇設計洪水位為37.61m,實際有效凈高僅7.14m。

  2交叉概況

  2.1與鐵路橋梁交叉概況

  春灣北互通連接線在里程LK0+138.7處采用橋梁形式下穿廣茂鐵路既有橋梁,交叉處鐵路里程樁號為廣茂K206+408,與鐵路的交叉角度為87°。交叉處鐵路位于直線段,該處鐵路設置4~16m中橋,橋墩為實體墩,基礎為擴大基礎。由于受鐵路橋跨及橋墩的影響,本項目線位及標高受約束程度較高,連接線橋梁從第三孔橋下穿過,橋寬為10m,設計標高最高處為39.576m,交叉處鐵路橋梁底最低高程為44.75m,橋下實際最小凈高為5.174m,大于5m凈高要求。交叉處互通連接線位于LS=60m,R=250m的緩圓曲線段(右轉),縱斷位于R=1600m的凹形豎曲線上,見圖1、圖2。

  2.2與五拱河交叉概況

  五拱河為黃村河的天然支流,由山間匯流形成,匯水面積約45km2。橋位上游河道蜿蜒曲折,下游相對平緩順直,春彎北互通連接線橋梁與河流斜交角度約43°,交叉處河寬約21m,經水文計算分析,交叉處百年一遇洪水量為Q1%=474.68m3/s,天然河道下的設計水位37.61m,而橋面最低設計高為39.17m,橋梁實際有效建筑高要求小于1.56m。

  3橋型設計

  3.1設計原則

  (1)結構形式力求簡單,施工方便、快速,減少在鐵路下方施工時間;(2)結構應受力合理、明確,滿足設計要求的耐久性和可靠度;(3)結構滿足鐵路運營安全及鐵路的規劃要求;(4)橋面應采用合理的防撞措施,并合理布置排水系統;(5)橋梁自身要有一定的重力,以增加在洪水情況下的自身穩定性。

  3.2橋型方案設計

  本橋可選用的橋型方案有裝配式預應力混凝土板橋、裝配式預應力混凝土箱梁橋、鋼箱連續梁橋。(1)裝配式預應力混凝土空心板橋結構成熟,受力簡單,施工方便快捷,因其梁高較同等跨徑橋型小,可以有效降低建筑高度,滿足橋下泄洪凈空需求;但其結構重量較輕,在洪水來臨時,梁板存在整體漂移隱患,自穩性能較差。(2)鋼箱梁橋在同等跨徑下較混凝土箱梁橋梁高低,但其造價較高,且施工工藝較混凝土橋梁復雜,施工期與鐵路橋的干擾時間較長,不利于鐵路運營,同時鋼箱梁較輕,洪水條件下整體自穩性能較差。綜合比較后,裝配式預應力混凝土箱梁橋受力明確,結構形式簡單,易于標準化施工,減少了施工期間與鐵路的干擾時間,同時,結構有一定的重力,在洪水條件下,自穩性能較好,因此本橋采用5~20m裝配式預應力混凝土小箱梁,先簡支后橋面連續結構,上部橫向采用3片梁,下部橋墩采用φ1.4m圓形雙柱式樁接蓋梁,橋臺為柱式臺,樁基為灌注樁基礎,見圖3。圖3典型橫斷

  3.3設計水位確定

  3.3.1設計流量因本橋所跨河道上下游均無水文觀測站,無實際的水文觀測資料,百年一遇設計流量只能通過匯水面積根據相關經驗公式進行計算。在1∶50000地形圖上勾繪出橋位處匯水面積為45km2,分別采用廣東省推理公式Qm=0.278(SPτnp-f)F、交通部公路科學研究所暴雨推理公式Qp=0.278(SPτn-μ)F、交通部公路科學研究所經驗公式Qp=CSPβFλ3、全國水文分區經驗公式Qp=KpQ四種方法進行流量分析計算。采用方法一計算得Q1%=474.68m3/s,方法二計算得Q1%=703.84m3/s,方法三計算得Q1%=194.36m3/s,方法四計算得Q1%=769.44m3/s,綜合分析四種流量計算方法的結果,由于方法三、四未考慮河流長度、河床比降及匯流時間等對流速的影響;方法一、二考慮了暴雨力、匯流時間、土壤的影響,二者在形式上相近,而方法一是廣東水利部門關于暴雨流量計算所推廣使用的兩種方法之一,相對較為可靠。經綜合分析,采用方法一計算的結果Q1%=474.68m3/s作為本橋百年一遇設計流量。3.3.2設計水位設計水位分別考慮了建橋后天然河道、河道清淤50cm、河道清淤100cm三種工況,采用《公路工程水文勘測設計規范》(JTGC30-2015)6.3.1-9式[1]求算設計流量時的水面線,根據水面線推算橋位處設計水位。各工況下的橋位斷面見圖4~圖6。工況三考慮河道清淤100cm后的設計水位下降較明顯,為安全起見采用工況三的水位作為橋梁的設計水位。并《水力學與橋涵水文》[2]中的相關公式ΔZ=η(v2M-v20)計算橋下最大壅水高度為0.14m,同時按《公路工程水文勘測設計規范》(JTGC30-2015)表7.4.1考慮橋下凈空安全值Δhj=0.50m[1],因此計算橋面最低設計高程為Hmn=Hs+Δh+Δhj+Δh0=38.98m,小于橋面實際最低設計高程39.17m,即在工況三情況下,能滿足設計洪水頻率下的行洪、泄洪需求。

  3.4加固保護措施

  由于受下穿線位影響,設計橋位較低,考慮到建橋后橋位大大壓縮了河道斷面并改變水流方向,河床沖刷加劇,對泵水廟鐵路橋2號、3號橋墩擴大基礎造成不利影響,同時汛期上游河水雍水高度加大,將增加水流阻水斷面并直接提升對梁板的整體浮力,存在整體梁板漂移隱患。為確保該橋所處河道的行洪安全與河道堤岸的穩定安全,盡量保障地方村道的順暢與避免發生內澇,并保證長期運營使用下橋梁結構的安全以及進出互通的行車安全與通行順暢,設計時采用加固保護措施:(1)橋墩蓋梁各片梁上下游均增設并加強擋塊設計;(2)橋位上下游50m范圍河道兩側增設擋墻護岸,護岸頂高于岸邊道路不少于50cm;(3)為減少汛期結構的阻水影響,護欄采用開放式加強型的金屬梁柱式護欄,立柱間距1.5m;(4)為確保橋梁自身穩定,對梁板采用自錨、地錨進行加固,地錨設置在上游河岸邊,自錨設置在梁板與蓋梁之間,錨筋為32mm的螺紋鋼筋,在梁體正常縱橫向位移情況下,錨筋處于松弛狀態,當梁體在洪水期浮力作用下發生較大位移時,錨筋發揮作用,約束梁體位移,見圖7;(5)對橋位上游100m、下游50m范圍的河道進行清淤,清淤深度不小于1m;(6)為防止河水沖刷對泵水廟鐵路橋橋墩造成影響,對泵水廟大橋2號、3號橋墩周圍3m范圍內河床采用50cm厚混凝土進行鋪砌;(7)為防止鐵路道渣及道渣板下落對公路橋的通行造成安全隱患,將公路橋上方的鐵路橋孔間隔式混凝土道渣板更換為連續橡膠板,支架為型鋼鍍鋅支架,同時更換護欄系統;(8)為避免超高車輛通過對鐵路橋造成安全隱患,在本橋前后增設4.5m高限高架,見圖8。

  4結語

  對于既下穿既有橋梁又上跨河流的橋梁在公路建設中較為常見,但橋梁上下凈高同時為控制性因素的不多,如何采用經濟、適用、安全、耐久、結構受力簡明的橋型并且采用合理的保護措施至關重要。本橋由于受既有鐵路橋梁影響,設計橋位較低,通過采取一系列的處治及保護設計后,有效降低了設計洪水位,保證了梁體在洪水情況下的穩定性,同時避免了因建橋導致的阻水增大對鐵路橋墩的沖刷影響。

  參考文獻:

  1JTGC30-2015,公路工程水文勘測設計規范[S].

  2葉鎮國.水力學與橋涵水文[M].北京:人民交通出版社,2003.

  作者:牛東強 單位:山西省交通規劃勘察設計院有限公司


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