渠江特大桥总体设计比选

李鹏程

（招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆市 400000）

1 工程概况

渠江特大桥位于合川双槐至钱塘高速公路上，为跨越渠江而建，是本项目的关键控制性工程。该项目采用双向四车道高速公路标准，设计速度采用100 km/h，路基宽度采用26 m。

桥址区地属于侵蚀堆积河谷地貌，形态主要表现为河谷阶地，岩性主要为冲洪积堆积层，由粉质黏土、沙土、卵石组成，质地松软，厚度不等。区域内地形平坦，地形坡度较小。桥址处无不良地质现象，工程区地震基本烈度为Ⅵ度。

2 设计控制因素

2.1 桥位控制因素

（1）满足合川双槐至钱塘高速公路设计线型指标。

（2）在通航、行洪等专题研究成果的基础上，按照水中桥轴线尽量与水流流向正交。

（3）在满足两岸用地规划、使两岸接线占地拆迁少的原则下，对桥轴线进行布设。

2.2 跨布置控制因素

（1） 根据通航条件影响评价和行洪论证的意见，推荐桥位主跨跨径确定为不小于240 m。

（2）为有效控制水下基础施工规模和难度，桥墩布设应尽量避开水中的深槽位置。

3 主桥桥型方案设计

在上述控制条件下，根据目前国内外的桥梁技术能力和实际经验，其中可选择的桥型方案主要有连续刚构桥、矮塔斜拉桥、斜拉桥和拱桥等。

桥位处于U 形河谷，由于路线两端接线高程和地形条件限制，中承式和上承式拱桥方案实施难度大、风险高，均不适宜本项目。综合考虑技术、经济和可接受的施工风险，提出了主跨240 m 的连续刚构桥、主跨240 m 的矮塔斜拉桥和主跨350 m 的斜拉桥进行技术经济研究。

3.1 （126+240+126）m 连续刚构桥

针对本项目的U 形河谷和路线接线高程较高等特点，240 m 的主跨的高墩预应力混凝土连续刚构桥是较为常规和经济的桥型（见图1）。其具有外观简洁、技术成熟、造价经济、施工和养护方便等优点。

图1 （126+240+126）m 连续刚构桥（单位：cm）

（1）技术成熟

连续刚构桥发展至今约45 a，结构体系成熟。重庆市近年来修建的大跨径连续刚构桥较多，最具代表性的连续刚构桥有重庆绕城高速水土嘉陵江大桥（主跨250 m，2009 年）、重庆鱼洞长江大桥（主跨260 m，2011 年）、重庆高家花园复线桥（主跨240 m，2017年）。

（2）造价经济

连续刚构桥能充分发挥材料的受力特性优势，造价相对较低，施工过程中体系转换较少，施工工艺成熟，施工成本低[1]。

（3）后期维护成本低

连续刚构桥为预应力混凝土结构，相对索结构桥梁，减少了拉索和锚具等的维护成本，后期养护工作量小。

3.2 （126+240+126）m 矮塔斜拉桥

矮塔斜拉桥可以视为介于梁式桥和斜拉桥之间的一种桥梁形式，其性能相当于梁式桥用体外索来进行加劲。如果说连续梁是刚性桥梁，斜拉桥是柔性桥梁，那么矮塔斜拉桥就是一种刚柔并济的桥型[2]。

通过研究，针对本项目的桥位地形条件，采用240 m 跨径的矮塔斜拉桥方案与高墩搭配，主次分明，整体造型较为和谐统一（见图2）。同时由于其支点梁高相对连续刚构桥可大大降低，梁体自重较低，结构效率较高；但是相对连续刚构桥，矮塔斜拉桥增加了索鞍和锚具安装、斜拉索挂索和张拉等工序，施工工艺相对复杂，施工风险可控性更差。同时，由于体外斜拉索一般设计寿命为20 a 左右，需定期进行检查和更换，后期养护工作量增大。

图2 （126+240+126）m 矮塔斜拉桥（单位：cm）

3.3 （150+350+150）m 斜拉桥

桥位区处于草街枢纽常年回水区，常年水位均在203 m 左右，其桥轴线处江面宽度在320~340 m左右。本次考虑了将主墩承台置于库区常水位203 m以上的（150+350+150）m 预应力混凝土斜拉桥方案（见图3）。

图3 （150+350+150）m 斜拉桥（单位：cm）

预应力混凝土斜拉桥跨越能力强、景观效果好，主墩基础施工围堰高度相对较低。但斜拉桥主桥规模大，经济性较差，且整体施工工期长，后期养护费用更高。

3.4 桥型方案选取

从表1 可以看出，（126+240+126）m 连续刚构桥与（126+240+126）m 矮塔斜拉桥相差无几，但（126+240+126）m 矮塔斜拉桥考虑到后期换索的费用，连续刚构桥的优势还是相对明显。综合分析，选取（126+240+126）m 连续刚构桥作为推荐方案。

表1 桥型方案初步对比

4 结构设计

4.1 构造设计

箱梁采用单箱单室，箱顶宽12.50 m，箱底宽7.5 m，单侧悬臂长2.5 m，箱梁跨中梁高5.0 m，墩顶根部梁高15.0 m，单“T”箱梁梁高从中跨跨中至箱梁根部，箱高以1.8 次抛物线变化。箱梁底板厚从箱梁根部截面的160 cm 厚渐变至跨中和边跨支点截面的35 cm厚，按1.8 次抛物线变化。箱梁腹板厚度采用85 cm、70 cm、55 cm 三个级别变化，主梁零号块腹板厚度为130 cm。

箱梁0 号梁段长13 m（包括桥墩两侧悬臂各2.5 m），每个“T”构纵桥向划分为31 个对称梁段，箱梁梁段数和梁段长度从根部至跨中分别为11×3 m、6×3.5 m、9×4.0 m、5×4.5 m。

本桥两个主墩墩高分别为93.6 m 和92.4 m，均采用空心薄壁箱型桥墩。其外轮廓尺寸为9.0 m （顺桥向）×9.5 m（横桥向），桥墩标准段壁厚均为1.0 m。在墩顶、底各5m 范围内，壁厚加厚至2.3 m。为改善桥墩抗流水冲刷性能，在桥墩迎水侧设置1 m 高渐变分水尖。

具体构造设计，见图4。

图4 （126+240+126）m 连续刚构桥

4.2 整体验算结果概要

主梁支点截面抗弯承载力与弯矩设计值之比为1.232，主梁跨中截面抗弯承载力与弯矩设计值之比为1.109，主梁最不利截面抗剪承载力与剪力设计值之比为1.391，主梁在作用频遇组合下斜截面最大拉应力为0.65 MPa，主梁在作用标准组合下正截面最大压应力为18.3 MPa，均满足规范要求（见图5 至图8）。

图5 主梁正截面抗弯验算

图6 主梁斜截面抗剪验算

图7 主梁正截面压应力验算（上缘）

图8 主梁正截面压应力验算（下缘）

4.3 局部应力分析结果概要

运营阶段最不利工况下，零号块顶板、底板和腹板分别在纵桥向、横桥向和竖向应力指标均满足规范要求（见图9、图10）。

图9 零号块法向应力分布示意图（单位：N/m2）

图10 零号块主应力分布示意图（单位：N/m2）

5 结语

（1）西南山区地形条件复杂，对桥梁的总体设计提出更高的要求。因此，在确保结构安全的前提下，更应将“绿色环保”“全寿命周期成本”的理念贯穿设计始终，从工程的角度践行“可持续发展”的基本国策。

（2）渠江特大桥是一座典型的高墩、大跨山区桥梁，桥梁总体方案的确定，应充分论证各种水位、地形、桥型和造价之间的相互影响，统筹好结构安全、建设工期和全寿命周期成本三者之间的关系。

（3）本桥通过比选，最终确定采用（126+240+126）m 连续刚构桥。目前，该桥已通过初步设计评审，得到同行业专家的认可，可为后期类似跨径桥梁总体设计提供参考。