管义军
【江苏省交通科学研究院 南京 210017】
内容摘要:本文全面论述了苏南运河整治11座大桥的改建情况,以及设计方案选择、结构设计、施工方案介绍等。采用了新结构、新工艺和新材料,桥梁受力合理、造型美观、施工方便、造价节省,确保了苏南运河整治工程的顺利进行,给苏南运河增添了新景色。
关键词:运河整治 桥梁改建 设计
1 概述
苏南运河起自与长江交汇的镇江市谏壁,讫于苏浙交界的鸭子坝,贯穿我省经济发达的苏、锡、常、镇四市,全长208km,沿线人口稠密、集镇密布、跨河桥梁众多。随着我省“八五”期间六大重点交通基础设施建设之一的苏南运河整治工程的开展,苏南运河将全线进行拓宽和疏浚,航道等级提高到四级,整治后可通行500t级的船队,而沿线现有的跨河桥梁大多为六、七十年代建造的上承式拱式结构,跨径小、净空低、标准差,已成为碍航桥梁,必须进行改建。?
1993年,我所承担了苏南运河整治首批11座桥梁的改建设计任务,这些桥梁分布在沿线四个市段,属于严重碍航的桥梁。其中苏州段2座,无锡东段4座,常州东段3座,镇江段2座,内设4座人行桥,其余均为公路桥。
2 建设标准
航道等级:4级?
通航净空:50×7m(矩形断面)?
最高通航水位:苏州段4.4~4.5m?
无锡段4.70m?
常州段5.1~5.2m?
镇江段7.0m(吴淞高程系)??
桥梁净宽:净-(7~12)+2×(1~1.5)m
(公路桥) 净-5(人行桥)?
设计荷载:汽-20,挂-100,
人群3.0kN/m2(公路桥)?
人群3.0kN/m2(人行桥)?
地震设计烈度:7度
3 方案选择
本次桥梁改建虽已经过初步设计阶段,但因时间间隔较长,现在的情况发生了许多变化,地方规划格局也有所改变,故本次施工图勘测和设计时,我们在初步设计及其审查意见的基础上,根据各桥位处的水文地质和地形地物等特点,充分听取上级主管部门和地方的意见,对其桥位、桥型和跨径等进行了进一步的比较、优化和调整,取消了初步设计中过多、过杂的桥型和跨径组合,设计、施工的周期和难度大为减小,有利于桥梁改建工程的顺利进行。
3.1 桥位选择
鉴于苏南运河桥梁大多位于人口稠密、房屋密布的市镇段,两侧道路已形成,各种市镇设施已具规模,故为了节省投资,不破坏市镇现有的街区现状和交通布局,方便群众出行,本次桥梁改建的桥位原则上一般利用老桥位,两侧接线利用原有老路。改建后的桥位轴线首先尽量保证与规划航道中心线正交,当受两端接线或地形地物限制时,斜交角则保持在5°以内,否则设计时必须扩大通航孔跨径或斜桥斜做。对于老桥位于港区、航道支叉或航道弯道处的桥梁,尽可能另择新桥位进行改建,当条件不允许时,对其通航孔跨径和桥型则应另作论证。另外,桥位选择时还充分听取了地方意见,当地方交通或市政等部门有与此相配套的规划时,则可将桥位适当移动以与规划道路相接。为了利用老桥作施工时的便桥,当两端接线等条件许可时,尽量在老桥旁建新桥,建完新桥后再拆除老桥。
3.2 桥型选择
根据以上所述苏南运河桥梁改建的特点,因初步设计概算控制较紧,漏项较多,故桥梁方案的选择首先应保证造价节省,不突破概算金额。考虑到大多数桥梁两侧人口、房屋密集,原有老桥纵坡一般均在4%~5.5%之间,许多桥梁桥头两则即为交叉道或小半径弯道,沪宁铁路与其平行,最近处仅有100m,故为了有效地缩短桥梁和接线长度,减少拆迁和对老路的废弃以及对周围环境的影响,节省投资,本次改建的桥梁以采用低建筑高度的下承式体系为主。对于城郊地形开阔处、两端接线不受限制或等级公路上的桥梁,为了提高行车舒适性并与周围环境相协调,同时也便于将来桥梁的拓宽,采用结构刚度大、跨越能力强的连续梁形式。?
本次改建的桥梁主桥共采用了预应力系杆拱、中承式拱、斜拉桁架T构(带挂孔)、斜拉桁架连续梁和预应力连续梁等5种结构形式。其中系杆拱用于房屋密集的市镇段,中承式拱用于地质条件较好、地形和河床陡峭的地段,斜拉桁架T构用于人行桥,斜拉桁架连续梁用于河面较宽、两端接线相对开阔的地段,连续梁则用于等级公路和地形开阔处。引桥采用钢筋混凝土T型梁(见图1~5)。
图3 斜拉桁架T构
图5 连续梁
表1
市
段 序
号 桥名 类型 桥宽
(m) 桥位 布 跨
(m) 桥梁
全长
(m) 结 构 型 式 接线长
(m) 接线及?桥上?纵坡
上 部 下 部
主 桥 引 桥 墩 台 基础
苏
州
段 1 兴贤桥 公路桥 净-7+
2×1.75 原桥
位旁 3×20+(42+60
+42)+3×20 270.36 预应力
连续梁 钢筋混凝土
T型梁 薄
壁
式 肋
板
式 灌注?桩 478.79 3.5%
2 望亭桥 人行桥 净-5+
2×0.25 原桥
位 256+60+25 111.64 斜拉桁
架T构 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 柱
式 灌注?桩 79.2 1:6
踏步
无
锡
东
段 3 高 桥 公路桥 净-9+
2×1.25 原桥
位 3×20+
70+3×20 195.74 预应力
系杆拱 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 框
架
式 灌注?桩 534.26 3.5%
4 新虹桥 公路桥 净-9+
2×1.25 原桥
位 3×20+60
+4×20 211.84 预应力
系杆拱 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 重
力
式 灌注桩?扩大?基础 817.49 3.0%
5 新安南桥 人行桥 净-5+
2×0.25 原桥
位 25+60+25 111.64 斜拉桁
架T构 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 柱
式 灌注?桩 55 1:4
踏步
6 硕放桥 公路桥 净-7+
2×1.25 原桥?
位旁 25+(45+70
+45)+20 200.68 斜拉桁架
连续梁 钢筋混凝土
T型梁 V形
柱
式 柱
式 灌注?桩 1399.32 3.5%
常
州
东
段 7 横林桥 公路桥 净-9+
2×1.25 原桥
位 3×20
+60+20 156.54 预应力
系杆拱 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 重
力
式 桩基?扩大?基础 482.22 3.5%
8 横林东桥 人行桥 净-5+
2×0.25 原桥
位 25+60+25 111.64 斜拉桁
架T构 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 柱
式 灌注?桩 21.0 1:3
踏步
9 工农桥 人行桥 净-5+
2×0.25 东移
50m 25+60+25 111.64 斜拉桁
架T构 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 柱
式 灌注?桩 62.6 1:4
踏步
镇
江
段 10 人民桥 公路桥 净-12+
2×1.75 新桥
位 3×20+70
+2×20 153.10 中承
式拱 钢筋混凝土
T型梁 实
体
式 柱
式 灌注?桩 346.9 3.5%
11 辛丰桥 公路桥 净-7+
2×1.75 新桥
位 3×20+
70+20 149.82 中承
式拱 钢筋混凝土
T型梁 实
体
式 重
力
式 灌注桩?扩大?基础 1184.66 3.5%
3.3 跨径选择
由于苏南航道大多采用单边拓浚的方式,航道整治后驳岸段标准口宽为60m,根据航道主持设计单位的有关技术要求和初步设计文件,通航孔主墩不占用整治后的航道水域,并尽量考虑到老航道的临时通航和桥梁布孔的协调、美观,主桥跨径采用60和70m二种形式,主跨对称于规划航道中心线布置。对于引桥,采用20m跨径。?
各桥的结构型式和设计要点见表1。?
4 结构设计
本次桥型的采用基本囊括了中等跨径下常见的几种桥梁形式,其中斜拉桁架首次在我省采用,而斜拉桁架连续梁不仅具有连续梁结构刚度大、行车舒适的特点,更具有桁架梁圬工体积小、自重轻的长处,同时还具有斜拉桥的某些特性,受力合理,建筑高度低,是一种很有前途的桥型。设计中力求经济、合理、美观和施工方便,做到受力明确、施工方便、技术成熟、造价节省。对于新桥型、新结构和新工艺,组织设计组进行研究和攻关,解决了一个个技术难题,推进了桥梁设计技术的发展。
4.1 上部结构
4.1.1 系杆拱
跨径60~70m,拱高12~14m,矢跨比为1/5,拱肋和纵梁均采用箱形断面,宽均为1m,壁厚0.18~0.22m,拱肋高1.2~1.5m,纵梁高1.2~1.4m。端横梁为箱形,箱宽0.8m,壁厚0.2?m,中横梁采用矩形,肋厚0.18m,吊杆间距5m。纵梁内采用j15.24高强钢绞线,吊杆内采用高强钢绞线或粗钢筋。
4.1.2 中承式拱
跨径70m,拱高14m,矢跨为1/5,拱肋采用箱形断面,高1.5m、宽1.3m、壁厚0.25m,横梁为马蹄型,高1.2m、上肋厚0.2m、下肋厚0.6m。吊杆采用粗钢筋,立柱为钢筋混凝土柱式结构,间距为5m。
4.1.3 斜拉桁架T构
主跨60m,边跨25m,用于人行桥,桥头两侧设人行踏步,塔、梁、墩三者固结,中孔设12m挂梁,挂梁采用T形截面,高1m,肋厚0.4m,塔高8m,截面为1.6×0.8m矩形,下弦杆(纵梁)采用T形,高1m、翼板宽0.8m、厚0.2m、肋板厚0.4m,上弦杆和腹杆均为矩形断面,尺寸为0.5×0.3m和0.4×0.3m。
4.1.4 斜拉桁架连续梁
跨径70m,塔、梁固接,墩、梁间设盆式支座,塔高12m,截面为1.6×1m的矩形,下弦杆(纵梁)为连续结构,采用箱形截面,高1.2m、宽1.0m、壁厚0.2m,上弦杆和腹杆均为矩形断面,尺寸为0.7×0.36m和0.48×0.32m。
4.1.5 变截面连续梁
主跨60m,边跨42m,中支点处梁高3.2m,跨中梁高1.6m,采用单箱截面,底宽6m,顶板厚0.26m,腹板厚0.32m,底板厚0.18~0.34m,采用单向预应力体系、高强钢绞线、大吨位群锚。
4.1.6 引桥
T梁梁高1.3m,翼板宽1.6m,腹板厚0.18m。
4.2 下部构造
连续梁主墩采用薄壁式,中承式拱采用实体墩、柱式立柱,其余桥型均采用柱式桥墩,承台采用低桩承台,厚1.8~2.2m,墩基础均为钻孔灌注桩形式,桩径1.2~1.4m,桥台优先采用重力式扩大基础。
5 施工方案
由于苏南运河航道运输繁忙,船队来往不断,因此施工时不得断航,并要尽量减小对现有航道的影响。因新桥大多在原桥位进行改建,故确定施工方案时,首先考虑利用老桥作支架进行浇筑或拼装。对于在原桥位旁改建的桥梁,则利用老桥作为施工便桥。?
系杆拱采用纵梁搭少量支架或利用老桥现浇,拱肋分段预制吊装。中承式拱拱脚段现浇,其余拱段采用预制拼装,无需搭设支架。斜拉桁架主塔和第一单元现浇,其余以此为基础单元,逐一进行悬臂预制拼装,仅需少量支架。连续梁则采用悬臂浇筑法进行施工,技术成熟,对航道没有影响。
6 综合比较
全桥工程量比较表(不含接线) 表2
序
号 桥 名 上 部 构 造 下部构造 全桥综合指标
混凝土
(m3) 普通
钢筋
(t) 预应
力筋
(t) 混凝土
(m3) 普通
钢筋
(t) 圬工
(m3/m2) 普通钢材
(kg/m2) 预应力
钢材
(kg/m2)
1 兴贤桥 1683.3 228.1 45.5 2980.2 119.6 1.6 122.5 16.0
2 望亭桥 461.9 71.0 9.7 1029.2 26.2 2.4 158.3 15.8
3 高 桥 1059.8 234.1 26.8 1215.4 53.1 1.0 127.6 11.9
4 新虹桥 1055.9 219.5 11.7 1613.5 34.9 1.1 104.4 4.8
5 新安南桥 461.9 71.0 9.7 1029.2 26.2 2.4 158.3 15.8
6 硕放桥 1050.3 200.9 30.4 1372.3 41.1 1.3 126.9 15.9
7 横林桥 742.1 162.1 11.9 1475.3 50.1 1.2 117.9 6.6
8 横林东桥 461.9 71.0 9.7 1002.2 25.6 2.4 157.3 15.8
9 工农桥 461.9 71.0 9.7 990.5 24.9 2.4 157.3 15.8
10 人民桥 1274.6 249.0 4.2 2056.0 60.7 1.4 130.5 1.8
11 辛丰桥 711.5 165.9 5.0 1793.4 27.0 1.6 122.6 3.2
各桥工程量及综合指标见表2。从表2可知,连续梁的圬工量和预应力筋用量较大,综合用材较多;系杆拱圬工量较小,但需搭设一定的施工支架;斜拉桁架和中承式拱与系杆拱的工程量接近;中承式拱预应力筋用量最省。斜拉桁架人行桥因没有引桥,且桥宽较窄,故全桥的综合用材较大。