大跨径预应力混凝土连续刚构桥位研究

赵远

【摘 要】桥位选择是桥梁勘测设计的首要工作，选择一个比较优越的桥位，对于保证桥梁结构的安全稳定、使用寿命以及经济合理性具有重要的意义。在桥位选择时需要综合各方面的因素进行综合比选，本文结合绵阳至苍溪高速公路嘉陵江特大桥周边建设环境的控制因素，从数值仿真、技术分析和经济分析等方面对拟定的几种方案进行对比，确定了合理的桥位方案，研究成果对国内特大桥梁桥位选择具有重要的借鉴作用。

【关键词】桥位选择;控制因素;勘察设计;综合比选

1 引言

合理的桥位不仅影响着桥梁结构的安全和使用寿命，而且在一定程度上决定了工程的造价，因此在选择桥位时需要综合各方面的因素进行综合比选。在桥位选择时，通常考虑的因素包括路线方案、地质条件、通航条件、施工布局等，但对于一些桥梁（大跨径桥梁、跨江桥梁），往往还会受到特殊环境的制约：如已有建筑物、水流环境等。本文以绵阳至苍溪高速嘉陵江特大桥为例，对嘉陵江特大桥的桥位选址依据进行研究。

2 嘉陵江特大桥控制要素

2.1 嘉陵江特大桥工程特点

勘察设计路线方案跨越嘉陵江特大桥水面宽度超过400m，周边主要控制因素有：西南采气厂、亭子口水利枢纽、与兰渝铁路交叉、古柏树和沿河堆积体的影响（见图1），桥位方案选定比较困难。

3 桥位选择时影响因素分析

3.1 桥位方案研究的目的

根据收集的资料，通过对具体影响因素进行调查和研究，满足工期和经济技术指标的要求，达到嘉陵江特大桥勘察设计桥位方案程序合法合规。

3.2 影响因素治理研究

3.2.1 多条路线比选绕避影响因素

A15线起点从白驿互通向东，穿越神皇垭，于大坝下游1.4km处跨越嘉陵江特大桥，并在K99+076位置上跨兰渝铁路最终与广南高速相连接;A14线位于A15线沿嘉陵江路线的下游，跨越嘉陵江大桥位置位于A15线下游600m处。通过对A14和A15线路线方案（见图1）进行比较，A15路线里程较短，桥隧规模适中，桥位选择过程中绕避了亭子口水利枢纽饮水隧洞，池鲤村古柏树和天然气采气井，并且与兰渝铁路交叉采用桥下穿越，方案比较容易通过兰渝铁路公司审查。嘉陵江特大桥桥位方案两端交通便利，利于施工条件的设置;而A14路线方案跨嘉陵江方案与工可位置不符，需要重新进行环保和通航批复，工期因素影响较大。

3.2.2 水中墩改变水流冲刷河床数模成果

采用丹麦水利研究院开发的MIK21二位水流模型，根据二维数学模型河道地形资料实测的1：1000桥区段地形资料，对工程河流的水流运动进行数值模拟，以研究嘉陵江特大桥墩位对河段行洪能力及河流雍水的影响。

根据数模计算成果（表1），从全局来看，建桥前后流场变化较小。建桥后由于桥墩阻水引起绕流，与建桥前桥墩附近流场相比存在一定的变化。计算的流场显示，由于桥墩的阻水作用，桥墩周围引起绕流运动，桥墩迎水面和背水面流速均减小，左右流速有所增大，在主河道基本恢复到工程前的情形。故该拟建桥工程对河流的影响具有局部性质，对水流的挑流作用并不明显，不会加剧水流对岸坡的冲刷;桥墩周围会有局部扰流运动，但河床为基岩河床，局部流态的变化不会加剧河床的冲刷。

3.2.3 水中墩阻水雍水高度对行洪的影响

从计算的等值线图可以看出，其规律一般

3.2.4 水中墩对行洪影响的计算

四川省水利厅审查批准的 《四川省嘉陵江干流广元段防洪规划报告》，桥位河段的防洪标准为10年一遇，而拟建的嘉陵江特大桥洪水参数为300年一遇。不考虑亭子口水库的调蓄作用，根据亭子口水文站收集的资料显示河道天然10年一遇和300年一遇洪峰流的洪峰流量为18000m/s和32400m/s。

桥位在河道中有4个桥墩，以顺水流方向布置。从表2中可以看出，当桥位河段遭遇300年一遇洪水和10年一遇洪水时，其桥墩占过水面积分别为423.34m和323.47m，缩窄率分别为4.67%和5.24%。

为桥墩轴线上游雍水，桥轴线下游水位跌落，通常情况下，对防洪造成影响的主要是河道两岸的水位升高，该水位雍高值为评价行洪影响的主要因子。进行桥墩水位线等值线分析（如图2）。

计算结果和等值线分布图均表明：当桥位遇到10年一遇洪水时和300年一遇洪水时，建桥引起的墩前局部最大水位雍高值分别为0.14m和0.29m，左岸邊最大水位雍高值分别为0.05m和0.08m，右岸边最大水位雍高值分别为0.03m和0.04m。

综合各计算工况，水位雍高影响可以判定，桥区段水位受建桥影响较小，拟建嘉陵江特大桥对河道行洪影响较小。

根据投资比较嘉陵江特大桥桥满足经济指标要求。

3.3 嘉陵江孔跨布置方案

3.3.1 桥位周边地形地貌

拟建的嘉陵江特大桥桥址位于四川省广元市苍溪县嘉陵江段，两段为重丘地貌，分别以大田坪隧道和神皇垭隧道穿越。该段河床宽约400m，常年水深大约9m，洪水深度可达20m，河床底部较为平缓，高程约为378m。河岸无覆盖层，基岩为微风化灰岩。河岸坡度约为45°，为砂卵石堆积层，无覆盖层，基岩为微风化灰岩。

3.3.2 嘉陵江特大桥孔跨布置

根据嘉陵江通航要求、水流宽度、电站泄洪需求及两岸地形条件，嘉陵江特大桥孔跨设计采用引桥桩柱式，主墩桩基承台设计。孔跨布置为：引桥采用40m简支T梁设计，跨河位置采用105+200+105大跨径预应力混凝土连续刚构。根据《公路桥涵设计通用规范》，本桥多跨径总长大于1000m，单孔跨径大于150m为特大桥，设计基准期采用100年。

3.3.3 嘉陵江特大桥跨主墩下部设计

主墩采用钢筋混凝土双薄壁空心墩，钻孔灌注桩承台基础。主墩高68米，采用滑模法施工，承台厚度4.0m，长17.0m，宽14.0m，采用双壁钢围堰施工。桩基需要搭设钻孔平台采用钢护筒钻孔灌注施工。

4 结束语

通过以上方路线方案绕避了亭子口水利枢纽饮水隧洞，池鲤村古柏树和天然气采气井，并且与兰渝铁路交叉采用桥下穿越;对水中墩数模研究、对行洪论证计算、对崩滑体的影响的研究和对路线经济指标的对比，A15路线方案叫A14线大约缩短里程约500m，减少投资约6485万元，并且缩短工期近三个月，比较科学的选定了嘉陵江特大桥桥位，为今后跨越等级河流及多方面因素影响下的桥位选定提供了很好的借鉴依据。

参考文献：

[1] 高东光，田伟平，王亚玲.桥位勘测设计[？].北京：人民交通出版社，2001

[2] 周宏凌.红水河特大桥桥位、桥型方案比选研究[J].交通科技，2012（5）：15-16.

[3] 中华人民共和国行业标准，JTG D60-2015公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[4] 中华人民共和国行业标准，TB10002-2017，J460-2017铁路桥涵设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2017.

[5] 中华人民共和国行业标准，JTG C30-2015 公路工程水文勘测设计规范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[6] 金中武，郭炜.嘉陵江广元城区河段防洪减灾综合整治方案研究[C].郑州，第六届全国泥沙基本理论研究学术讨论会，2015-11.

[7] 张建明.亭子口水利枢纽防洪调度初探[J].四川水利.2014（5）：18-21.

[8] 王德文，史海智，张建林.岢瓦铁路天古崖水库区工程地质选线[J].铁道建筑技术，2005（5）：4-8.

[9] 王克生，罗森，王辉文.亭子口水利枢纽工程大园包崩滑體综合治理施工综述[J].水力发电，2009（10）：35-36.

[10] 邢铁雷.双索面斜拉桥转体设计关键技术研究[J].铁道建筑技术.2019（7）： 52-56.

[11] 刘泽戈.公路桥梁车辆荷载效应预测及评估荷载取值研究[D].广州大学，硕士论文，2016.

[12] 马强，刘振华.超高层建筑滑模法与爬模法施工技术探究[J].住宅与房地产，2016（27）：167.

（作者单位：中铁建大桥工程局集团南方工程有限公司）