浅谈大通河桥总体设计

陈彪来

1 概述

连接河桥镇主卜村和红古区窑街镇的“利民桥”为1-80 m简易吊桥,建成于1989年,桥面由长度参差不齐的圆木捆绑而成,桥宽约3 m,桥梁两侧吊杆之间用钢丝编制成简易防护网。由于年久失修,缆索已遭锈蚀,个别钢绞线出现断丝现象,该桥已无法加固利用。决定拆除旧桥,按公路—Ⅱ级荷载标准新建桥梁,由于投资所限,新建桥梁宽度采用净(6+2×0.5)m安全带。

2 测区概况

2.1 地形、地貌

新建桥梁跨越的大通河是一条典型的山间河谷冲积(刷)型河流,现地表为由北向南的冲积河床。测区地表呈中部低、东西两侧高,河谷呈U字形分布。地貌单元属大通河河床、河漫滩地及沿岸Ⅰ级阶地。

2.2 工程地质

测区位于大通河新生代河床、河漫滩和沿岸Ⅰ级阶地内,区域构造简单、稳定,邻近无构造线和新构造活动分布。主要地层为第四系风积及洪积物,基底为白垩系泥(砂)岩,自上而下分述见表1。

表1 测区工程地质情况一览表

2.3 气候、水文

本地气候类型属黄土高原温带半干旱气候,年平均降水量约为348 mm,平均气温约7.84℃,最大冻结深度145 cm,最大风速28 m/s。

大通河汇水地多为高山区和丘陵山地及青海西北部腹地高原山地,流量、流速极易受到上游雨(洪)水补给影响,变化幅度较大,夏秋季节大气降水多,易诱发山洪。在丰水期,水面高程1 596.00 m左右,水深3.60 m左右。桥位上游汇水面积为13 934 km2;年平均最大流量为634 m3/s;离差系数 Cv=0.62;偏差系数 Cs=3.5Cv;线型为 PⅢ;Q1%=2 090 m3/s;Q2%=1 790 m3/s。

测区地表水属河谷型溪流和孔隙潜水,与地下水互相连通。地下水赋存于回填卵石和卵石中,接受雨水和上游地表水、地下泾流补给,向下游的湟水方向排泄。地下水对混凝土结构、混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性。

2.4 地震情况

根据GB 50011-2001建筑抗震设计规范附录A和GB 18306-2001中国地震动参数区划图,该区域抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.20g,场地类别为Ⅱ类。

3 桥位选择

为了保证施工期间不中断交通,将连接河桥镇主卜村和红古区窑街镇的1-80 m简易吊桥暂且保留。充分考虑桥位处地形、地质、河道走向、水文以及新建桥梁与主卜村现有村道和红古区窑街镇街道的顺接等因素,在吊桥下游选择拟建桥梁的桥位,以新、旧桥梁的建筑限界互不影响为原则确定桥轴线,将主卜村村道向南改移与新桥顺接。

4 桥孔设计

4.1 桥孔长度

桥位附近河床宽度为84.0 m～105 m,窑街镇岸河堤顶部高程为1 598.75 m,比窑街镇街道高出0.3 m左右,旧吊桥桥面标高约为1 598.80 m,建筑高度不足0.40 m,桥底标高为1 598.40 m左右。2006年爆发了多年不遇的洪水,距吊桥桥面底部约30 cm,即洪水位为1 598.00 m,比河堤墙顶低75 cm左右。虽然近几年在桥位上游已修建了多座不同规模的水电站,并实施了一些截流引水工程,实际水流量理应呈下降趋势,但是具体能降低到多少,缺乏权威数据。考虑到兰州地区近几年降雨量明显增大之现象和好几个工程项目在施工中遭受到了未曾想到的洪水袭击之现实后,以洪水位实地调查与水文计算相结合的方法确定桥孔净长度。

综合考虑最不利因素,以 Q1%=2 090 m3/s作为设计流量,兼顾当地的地形、地质、施工条件和桥梁与街道的顺接等因素,假设设计洪水位为1 598.20 m,由形态断面法计算得河床过水面积为 Ac=372 m2,湿周长 xc=102.07 m,查表得河槽糙率 nc=0.035,调查河床比降 I=0.005,河槽水力半径=3.64 m,河槽平均流速3.642/30.0051/2=4.80 m/s,Qc=AcVc=372×4.80=1 785.6 m3/s1.17,Bc=84 m,由于桥位处于微曲河段,查表得 Kq=0.95,n3=0.87。则桥孔净长1.170.87×84=91.5 m。

4.2 桥孔布设及桥型选择

结合桥位地形和地质情况,以安全泄洪及桥梁上下部结构总造价最低等为原则,进行桥梁分孔和桥型选择,见表2。

表2 桥型方案比选表

5 确定基础埋置深度

5.1 一般冲刷计算

5.2 桥墩局部冲刷计算

6 确定桥面高程

本河段不通航,按设计水位计算桥底面最低高程,桥下净空安全值取Δhj=0.5 m,考虑涌水和浪高等诸因素,取Δh=0.2 m,则:桥底面最低高程:

Hmin=Hs+h+Δhj=1 598.20+0.2+0.5=1 598.90 m,桥面高程为 H=Hmin+H1+H2=1 598.90+0.9+0.13=1 599.93 m。

7 结语

以洪水位实地调查与水文计算相结合,兼顾当地的地形、地质、施工条件和桥梁与街道的顺接等因素,采用5-20 m预应力钢筋混凝土空心板,结构简支,桥面连续;桥底面略高于窑街岸河堤,桥面高出街道1.1 m左右,采用桥头引道降坡与适当填高街道相结合的方法实现顺接。由于桥位所处河段流速较急,河滩上滞留有大量粒径较大的卵石和漂石,为了抵抗漂浮物的撞击和水流冲刷,下部结构采用重力式桥墩、刚性扩大基础;将两侧桥台置于河堤墙后方,采用柱式桥台,嵌岩桩基础,充分利用旧河堤,避免基坑大开挖,方便施工。经过水文计算,确定出最大冲刷深度,各桥墩基础均埋置在最大冲刷线以下1.5 m处,持力层为强风化泥岩。绘制大通河桥桥型布置图,见图1(限于篇幅,立面图和平面图只展示了一部分)。

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