常规桥梁设计与思考

常规桥梁设计与思考吴海平2012年12月为什么要做桥?第一章做什么样的桥？第二章选什么样的上部结构？第三章常规桥梁设计与思考设计反思与建议第六章预制梁桥设计注意事项第五章桥型方案综合比选第四章3第1章、为什么要做桥一、功能要求–桥梁是什么？或者说桥梁的主要功能是什么？简单地说，桥梁是供车辆或行人跨越障碍物的人工建筑。河流道路4第1章、为什么要做桥一、功能要求–《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）从地方交通、通航、防洪、防冲刷的角度对桥梁设置提出规定。骝岗涌大桥沙湾道水顺子德水道蕉门水西奇洪沥洋狮道江西樵水道特大桥榄核河沙湾道水德水道蕉西奇洪沥江李家沙特大桥顺德支流甘竹溪特大桥顺浅海涌大桥5第1章、为什么要做桥一、功能要求西樵水道特大桥：跨越西樵水道，与广深港铁路并行，主桥采用(81+2x140+88+54)m连续刚构，碧水绿田，浑然一体。6第1章、为什么要做桥一、功能要求顺德支流特大桥：跨越通航水道，主桥采用102+160+90m连续刚构，简洁明快，刚健有力。7第1章、为什么要做桥一、功能要求顺德支流特大桥：采用高架桥形式穿越桑基围田，凸显桥的灵性，呈现出一道靓丽的江南美景。8第1章、为什么要做桥一、功能要求骝岗涌大桥：跨越骝岗涌水道，与广深港铁路共用走廊带，主桥为(75+130+75)m连续刚构，错落有致，相映得彰。9第1章、为什么要做桥一、功能要求平海大桥，是广惠东延线项目的控制性工程，横跨大亚湾东侧的范和港，桥址处海域宽约2.3km，远期规划通行5000吨海轮。全长2.741km。高X207X2105-1.桥位平海大桥桥址现状范和港10第1章、为什么要做桥一、功能要求平海大桥，主桥采用双塔单索面混凝土斜拉桥，主桥跨径组合为52+300+152m。主梁桥宽26.9m，采用大悬臂单箱三室近似三角形断面，主塔采用直柱式。引桥采用43孔50m跨连续箱梁，移动模架法施工。11第1章、为什么要做桥一、功能要求平海大桥，主桥跨径组合为（52.5+99.5+300+99.5+52.5）m，总长604m。每侧边跨距主塔中心线99.5m处设一辅墩，以利施工阶段的抗风和增加成桥运营阶段的结构刚度。12第1章、为什么要做桥一、功能要求东沙特大桥：桥址处为珠江东平水道，该水道为国家Ⅱ级航道、广州市的主要航道，通航要求高（净空要求：230X33m，桥跨布置需满足桥下通航及船撞要求。东平水道芳村番禺13第1章、为什么要做桥一、功能要求东沙大桥：跨越东平水道，采用主跨338m的独塔空间双索面混合梁斜拉桥，塔墩梁固结体系，桥跨布置为338m+72m+56m+52m。14第1章、为什么要做桥一、功能要求东沙大桥：跨越东平水道，采用主跨338m的独塔空间双索面混合梁斜拉桥，塔墩梁固结体系，桥跨布置为338m+72m+56m+52m。15第一章、为什么要做桥1、“以桥代路”的提出：当无障碍物需要跨越时：一般情况，路基比桥梁便宜。但需结合路线方案，对桥梁与路基方案进行综合比选。研究“以桥代路”的可能性。二、经济性要求16第一章、为什么要做桥2、现行规范“以桥代路”的规定：山区高速公路高路堤与高架桥的比选：《公路路基设计规范》1.0.7条规定：“当路基中心填土高度超过20m”时，“宜结合路线方案与桥梁构造物或分离式路基作方案比选”。软土地区高速公路：软土地区如何进行路桥比选，现行公路路基、桥涵设计规范中缺乏明确的规定以及相关说明。二、经济性要求17第一章、为什么要做桥3、山区高速高路堤与高架桥的经济比较：分别选取中心填高20m、25m的路堤为例,与桥梁进行经济比对。考虑山区地形复杂多变,以倒梯形沟谷作为代表沟型进行计算,山区高速公路代表路基宽度取24.5m。二、经济性要求18第一章、为什么要做桥3、山区高速高路堤与高架桥的经济比较：二、经济性要求中心填高20m路堤与桥梁经济比较表方案项目工程数量单价建安费(万元)备注高路堤路基填方59500m320元/m3119.0基底处理30x98.5x0.8m350元/m311.8以沟谷底宽范围内换填碎石土0.8m计土工格栅50x84.5x5m212元/m225.4路面以下12m每2m设置一层高填方路基分级填压(30x84.5+54x52.5+70x24.5)x4m23.0元/m28.5每级台阶处及路床底增压4遍盖板涵98.5m18,000元/m177.3设置1-4*3m盖板涵过人兼过水防护工程70m2,700元/m18.9第一级三维网植草，以下采用拱形骨架护坡排水工程70m1,800元/m12.6每级平台设置排水沟，坡面设置急流槽路面工程23.5x70m2420元/m269.1采用面层18cm厚，总厚89cm沥青砼路面(含15cm垫层)防撞栏70x4m250元/m7.0双波护栏小计449.6路堤占地增加7.8亩60,000元/亩46.7按非耕地计算总计496.2高架桥全桥24x70m23,200元/m2537.6桥跨采用25m小箱梁计算路桥造价比0.92高路堤/高架桥19第一章、为什么要做桥3、山区高速高路堤与高架桥的经济比较：二、经济性要求中心填高25m路堤与桥梁经济比较表方案项目工程数量单价建安费(万元)备注高路堤路基填方94930m320元/m3189.9基底处理30x116x0.8m350元/m313.9以沟谷底宽范围内换填碎石土0.8m计土工格栅56x84.5x7m212元/m239.7路面以下12m每2m设置一层高填方路基分级填压(30x84.5+54x52.5+70x24.5)x4m23.0元/m28.5每级台阶处及路床底增压4遍盖板涵116m18,000元/m208.8设置1-4*3m盖板涵过人兼过水防护工程80m2,700元/m21.6第一级三维网植草，以下采用拱形骨架护坡排水工程80m1,800元/m14.4每级平台设置排水沟，坡面设置急流槽路面工程23.5x80m2420元/m279.0采用面层18cm厚，总厚89cm沥青砼路面(含15cm垫层)防撞栏80x4m250元/m8.0双波护栏小计583.8路堤占地增加11亩60,000元/亩65.9按非耕地计算总计649.7高架桥全桥24x80m23,250元/m2624.0桥跨采用25m小箱梁计算路桥造价比1.04高路堤/高架桥20第一章、为什么要做桥3、山区高速高路堤与高架桥的经济比较：由以上经济性对比可知：中心填高20m时，不考虑增加的用地，路桥造价比为0.836；考虑增加的占地费用后，路桥造价比为0.92。中心填高25m时，不考虑增加的用地，路桥造价比为0.936；考虑增加的占地费用后，路桥造价比为1.04。考虑到采用高路基方案对环境及周边发展可能带来的影响，建议将路桥造价比控制在0.9左右，填土高度设置在20m作为高路堤与桥梁设计分界线比较适当。二、经济性要求21第一章、为什么要做桥3、山区高速高路堤与高架桥的经济比较：当然,由于山区地形复杂多变，环境影响、土方调配等问题应结合具体工点进行具体分析:(1)地形条件倒梯形沟谷如果沟谷底部更宽(大于30m),则显然填方高度控制在20m作为做路堤或做桥梁分界线也是适合的，主要原因是土石方量有较大的增长；而U型沟谷比倒梯形沟谷的土石方量更大，也是合适的；而对于V型沟谷,由于土石方量有一定减少，因此其控制高度会有一定增加。二、经济性要求22第一章、为什么要做桥3、山区高速高路堤与高架桥的经济比较：(2)土方调配消化挖方,采用路堤方案是最直接的方式,它能一定程度减少弃方,间接避免过大弃土场的设置,从而减少对生态环境的影响,减少水土流失。但山区高速土方调运经常较为困难，路基填方压实为保证质量又多选择在旱季，使得土石方量大又要求及时的调配相当困难,成本也是较高的,现实的状况多为就近借方，造成部分路段不做桥也是弃方的局面,因此,桥梁方案事实上是有一定优势,夸大高架桥会引起弃方量过大也是不恰当的。二、经济性要求23第一章、为什么要做桥4、软土地区“以桥代路”的相关研究：软土地区修建高速公路，面临着软基处理深度大、造价高、工后沉降控制困难等许多问题，可以考虑“以桥代路”来解决上述问题。但有必要进行分析研究，以保证工程安全、经济。刘利群在“以桥代路、以桥代隧”设计新思路探讨中的研究认为：软土路基工程造价受路堤高度、软土深度、以及填料来源影响较大,就目前工程造价体系，路基工程造价一般比桥便宜。但综合考虑施工工期、路基工程后期养护维修、土地资源占用、环境保护等因素,当软土路基工程造价较高，与桥接近时，一般宜以桥代路；土地资源是一种不可再生的稀缺资源,在路桥方案决策分析中应放在首位考虑。当线路通过高效经济作物区或城市、城市近郊时,宜选择以桥代路。二、经济性要求5、“以桥代路”的主要影响因素含建安费和养护费用用地面积为主要指标景观、环保、经济等第一章、为什么要做桥二、经济性要求25第一章、为什么要做桥6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：基本概况：南二环路线全长49.33km，全线桥长33km，桥梁比例达67%。沿线地基为典型的珠江三角洲软土，一般软土厚度在10m，局部最大深度超过20m。由于桥梁占比高，主要路段均为桥梁与软土交错，相当一部分路基为桥头路段，桥头路堤填土普遍较高。全线软基主要采用排水固结法和复合地基法处理。二、经济性要求26第一章、为什么要做桥6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：二、经济性要求南二环软土路段统计表27第一章、为什么要做桥6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：二、经济性要求南二环软土路段统计表28第一章、为什么要做桥6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：二、经济性要求上述软土路段的工况条件为：(1)软土处理方式为袋装砂井和ＣFＧ桩复合地基处理法；(2)路基填土高度6~10m；(3)填土综合单价37.2元/m3，袋装砂井单价为4.5元/m，ＣFＧ桩单价为52元/m，砂垫层80元/m3，土工格栅单价12元/m2，征地按20万元/亩计。(4)由于本项目通车不久，工后沉降数据和养护工程费用数据不全，分析时暂未考虑其对工程造价的影响。(5)假定上述软土路段采用20m空心板桥梁进行代替。29第一章、为什么要做桥6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：二、经济性要求南二环软土路段路桥造价对比表30第一章、为什么要做桥6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：二、经济性要求南二环软土路段路桥造价对比表(续上表)31第一章、为什么要做桥6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：二、经济性要求不同软基处理方式路桥造价对比与路堤高度关系曲线32第一章、为什么要做桥6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：上述结果反映：（1）路堤填土高度对工程造价和路桥造价比有显著的影响；工程造价和路桥造价比基本随填土高度增加而增大。（2）采用袋装砂井或塑料排水板加固处理软基时，路堤填土高度未超过8m，路桥造价比普遍小于0.65，路堤方案的工程造价相比桥梁方案造价便宜许多；（3）采用袋装砂井或塑料排水板加固处理软基，当路堤填土高度大于8m，路桥造价比介于0.67至0.72之间，综合考虑土地占用资源，借土运距、工后沉降、维修养护等因素，建议进行路桥结构比选；二、经济性要求33第一章、为什么要做桥6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：（4）采用CFG桩处理软基的深度超过15m，路堤填土高度大于6m，路桥造价比均大于0.65；当填土高度超过7m时，路桥造价比大于0.8，综合考虑土地占用资源，借土运距、工后沉降、维修养护等因素，有必要进行路桥结构比选。（5）袋装砂井和塑料排水板加固软基时，加固深度对工程造价和路桥造价比的影响很小；（6）CFG桩的加固深度对工程造价和路桥造价比有显著的影响，当软土路堤高度为6m，假设要满足路桥造价比为0.65，则软基加固深度必须小于10m。二、经济性要求34第一章、为什么要做桥6、以南二环举例说明软土地区路桥比选：（7）工后沉降过大容易导致养护与维修费用有较大的增长，当填土路堤填土高度为6m，发生的工后沉降为10~30cm时，为保证道路行驶舒适和安全必须及时