两河口水电站白孜大桥主拱设计

白孜大桥为两河口水电站交通工程1#公路跨越雅砻江的大桥。桥址位于雅砻江的雅江河段, 距两河口水电站约9km, 南岸与脚泥堡隧道连接, 北岸与两河口隧道连接。全桥位于直线上。

1 工程地质条件及技术标准

1.1 工程地质条件

两河口水电站专用交通运输系统1#公路位于四川省甘孜州雅江县境内雅砻江河谷地带, 从大地貌单元上看, 处于我国的第一阶梯与第二阶梯之间, 青藏高原向四川盆地过渡之斜坡地带。区域内相对高差一般在2000m～3000m之间。地貌特点以流水地貌、重力地貌为主, 构造地貌、风化剥蚀地貌次之。

白孜大桥长约250m, 桥址处江面宽约100m, 两岸谷坡陡峻, 桥址区局部基岩裸露, 大部分为崩坡积、洪积物覆盖, 钻孔揭露, 左岸坡积、洪积物堆积最厚约8m。地层以松散～中密的碎块石土为主, 厚度小于20m, 基岩以变质石英砂岩、含炭质绢云板岩等为主。强度较高。桥址区大部分地区为第四系所覆盖。

桥址区右岸边坡总体走向顺河向, 自然边坡坡角总体为50°左右, 坡体上部地层为坡洪积亚粘土、卵石土等, 坡脚大部分基岩裸露。桥址区左岸为一大型冲洪积扇, 走向顺河向, 坡角较缓, 一般20°～30°。上部地层主要为坡积洪积的亚粘土、碎石土、卵石土等, 下部地层为变质石英砂岩等。桥址处边坡在自然状态下是稳定的。

1.2 设计技术标准

道路等级:矿山二级;主线设计车速:30km/h。

设计荷载: (1) 车辆荷载:汽-6 0级, 挂车-300作为特载验算;温度荷载:体系整体升降温±20℃;支座沉降:拱座基础沉降1cm。

桥梁宽度:0.5 (护栏) +10 (两车道行车道) +0.5m (护栏) =11.0m。

桥下通航:无通航。

地震:设计地震动水平峰值加速度为0.15g, 地震动反应谱特征周期为0.458s。

2 主拱圈结构设计

白孜大桥主桥采用上承式钢筋混凝土空腹箱型无铰拱桥, 主桥拱圈跨度为145m, 拱圈矢高为36.25m, 矢跨比为1/4, 拱轴线采用悬链线。白孜大桥主桥拱圈采用分环分段钢桁拱架现浇施工。

拱上主梁布置:桥面系由8片跨径为10.0m的预应力空心板组成。10m空心板高70cm, 顶底板厚12cm, 腹板厚23cm。一片10m大孔板重约15t。主梁通过拱上立柱、盖梁与主拱圈连接。

拱上立柱布置:拱上共设15根立柱, 立柱采用矩形截面双柱式钢筋混凝土框架结构。其中拱顶M7、M8、M9号立柱为拱顶处立柱, 由于高度较矮, 直接采用6.4mx1.1m的板式墩与盖梁连接;M3～M6、M10～M13号立柱为矮墩立柱, 横向尺寸均为1.0m, 顺桥向尺寸为1.0m;M1、M2、M14、M15号立柱为高墩立柱, 横向尺寸均为1.0m, 顺桥向尺寸为1.2m, 并于每个立柱中间设置一道系梁, 增强立柱结构的横向稳定。

主桥桥式立面布置如图1所示。

3.1 拱圈截面尺寸拟定

本桥桥宽11m, 根据桥宽、立柱布置拟定拱圈宽度为8.0m。根据经验公式估算, 拱圈高度为2.87m。鉴于本桥道路等级为矿山二级道路, 设计荷载为汽-60级, 验算采用挂车-300级, 荷载较重, 故偏保守取拱圈高度为3.0m。

根据上述拟定的拱圈截面尺寸, 拱圈截面采用单箱三室普通钢筋混凝土箱型断面, 边箱宽为2.5m, 中箱宽3.0m, 顶、底板厚度均采用25cm, 腹板厚度均采用35cm。每个拱上立柱所对应的位置均设一60cm厚的横隔板, 拱脚根部段设置4m长的拱托 (实体段) , 形成过渡段, 以利于主拱及拱上结构荷载的传力顺畅。

2.2 拱轴系数确定

拱轴系数采用悬链线, 首先采用“五点重合法”初步确定拱轴系数m, 然后通过试算比较, 确定拱轴系数m值为1.65。不同拱轴系数的拱圈控制内力及应力见表1所示。

通过上表可以看出, 拱轴系数在m=1.65左右时拱脚及拱顶的截面受力较为合理, 综合考虑混凝土后期收缩徐变对道路线形的影响, 拱轴系数取m=1.65。

2.3 拱圈截面强度检算

计算采用scds程序模拟各施工阶段及运营阶段进行计算, 并进行承载能力极限状态和正常使用极限状态分析检算。结构离散成127个梁单元, 4个支承元。计算中考虑的荷载有:恒载 (含一期恒载和二期恒载) 、汽车荷载、挂车荷载、温度荷载 (线性温度和梯度温度) 、预应力、基础变位影响力、混凝土收缩徐变影响力等, 并对各种荷载进行最不利组合。下面仅列出拱圈运营阶段上、下缘应力包络图, 如图3、图4所示。

2.4 拱圈施工阶段稳定性检算

本桥采用早期脱架施工, 所以对裸拱及成桥阶段均进行稳定性验算, 稳定性验算情况见表3。

3 结语

两河口水电站白孜大桥设计采用主跨145m上承式钢筋混凝土拱桥方案, 施工采用钢桁拱现浇施工方案。本桥道路等级为矿山二级, 设计荷载采用汽-60级, 验算荷载为挂-300, 均比普通的公路荷载重, 因此决定了本桥主拱圈的设计特点。目前本桥已经于2009年10月建成通车, 其经验可以作为以后同类型桥梁参考。

摘要：两河口水电站白孜大桥主桥为主跨145m上承式钢筋混凝土三室箱箱型无铰拱桥。本文较详细地介绍了该桥的主拱圈构造特点及整个设计过程等。

关键词：钢筋混凝土拱桥,拱圈,构造,设计,钢拱架现浇

参考文献

[1] 范立础.桥梁工程 (下册) [M].北京:人民交通出版社, 1996.

[2] 绍甫主.公路桥涵设计规范, 拱桥 (上册) [M].北京:人民交通出版社, 1994.