沙塘坝大桥初设说明.doc
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1、沙塘坝大桥初步设计说明 第 12 页 共 12 页沙 塘 坝 初 步 设 计 说 明重庆市交通规划勘察设计院一、技术规范及技术标准1.主要技术规范、交通部颁发公路工程技术标准(JTGB01-2003);、交通部颁发公路桥涵通用设计规范(JTG D60-2004);、交通部颁发公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004);、交通部颁发公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85);、交通部颁发公路工程抗震设计规范(JTJ004-89);、交通部颁发公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000);、交通部颁发公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86);、交通部颁
2、发公路圬工桥涵设计规范(JTG D610-2005);、日本高速公路设计要领(2006年版)、波形钢腹板桥设计与施工指南(2005年版)2.设计标准、公路等级:四车道高速公路、桥梁宽度:211.00(行车道)+20.5m(防撞护栏)+0.5m(分隔带)=24.5m、设计车速:80km/h、荷载标准:公路I级、地 震:地震动峰值加速度0.05g,反映谱特征周期0.35S二、主要材料混凝土预应力混凝土T梁:预制T梁:C50;封锚端及现浇桥面板:C50连续刚构上部结构:C60柱式桥墩/薄壁空心墩盖梁:C30; 墩柱:C30; 系梁:C30; 承台:C30;基桩:C30;主墩:C50;U型桥台台帽:C
3、30; 台身:C25片石混凝土; 基础:C25片石混凝土预应力钢束采用GB/T5224-2003标准的270级低松弛钢绞线,公称直径15.2mm,公称面积140mm2,标准强度1860Mpa.钢材普通钢筋采用R235和HRB335,R235标准应符合GB13013-1991的规定,HRB335标准应符合GB1499-1998的规定,焊接的钢筋均应满足可焊要求。钢板应采用碳素结构钢(GB700-1988)规定的Q235B钢板。桥面铺装:9cm沥青混凝土。三、桥位区工程地质条件1、工程概况拟建重庆南川至涪陵高速公路第二合同段沙塘坝大桥,起讫里程桩号为: K31+979K32+803,共20墩两台2
4、1跨,每跨3040m,桥长824m,桥面宽24.5m。桥面设计高程:333.98345.24m,设计纵坡1.56%。上部构造:主桥采用84+2-140+84波形钢腹板连续刚构,下部桥墩采用带横梁双薄壁墩;引桥采用预应力混凝土T梁;下部构造:墩及基础采用柱式墩、桩基,台及基础采用“U”型台和埋置式轻型桥台,扩大基础和桩基础。2、桥位区工程地质条件2.1 地理位置及交通条件沙塘坝大桥位于重庆市涪陵区龙桥镇平安村2组,有涪陵至南川公路从桥位区通过,距涪陵城区约24km,交通方便。2.2 气象、水文工程区属亚热带湿润季风气候,具四季分明、雨量充沛、无霜期长、湿度大、春旱、夏热、秋多绵雨、冬季多雾的特点
5、。据涪陵区气象资料,多年平均气温18.17,极端最低气温-1.5(1977年1月29日),最高气温42.2(1977年8月26日)。多年平均降雨量为1140.2mm,但雨量在时间上分布不均,5-9月降雨量约占全年的6570%,且多大雨、暴雨,最大年降雨量为1600mm,最小年降雨量为823mm,最大日降雨量为127mm。规划区常年多有伏旱,属我国夏季最热地区之一(见表1-1)。历年平均无霜期315天,年均雾日30.2天,年平均日照时数1297小时,年平均太阳辐射能345.83J/cm2(82.6kcal/cm2),为重庆市日照低值中心之一。区内地形起伏大,立体小气候较为明显,从河谷到山脊气候随
6、着高程而变化,随着高度的增加,气温、日照逐渐减少,而霜期、降雨量、湿度等与此相反逐渐增大,受北东北北东向山脉影响,涪陵市主要盛行东北风(7%)和北风(6%),静风率为54%,平均风速1.3m/s,最大风速为24.4m/s。2.3 地形地貌桥位区地形总体上两桥台高,中间低,南川台位于一走向95的山脊近顶部,地面坡角2045,在坡脚局部为陡壁,近于直立;中间宽缓开阔,地面坡角210,平安河从中流过,平安河河道宽615m,河床平缓,平面上呈“S”形展布;涪陵台位于一走向21的陡坡中部,地面坡角4060。桥位区地面高程约为234.60370.60m,相对高差为136.00m。桥位区地貌上构造剥蚀低山地
7、貌单元。2.4 地层岩性经地表工程地质测绘表明:拟建桥址区地层为侏罗系中统新田沟(J2x)组、下沙溪庙(J2xs)组,主要岩性为页岩、粉砂质泥岩、砂岩。基岩仅出露于陡坡地段,地表大多分布第四系全新统残坡积粘土(Q4el+dl),现由老到新分述如下:2.4.1侏罗系中统新田沟组(J2x)粉砂质泥岩:紫褐色,粉砂泥质结构,巨厚层状构造,主要由粘土矿物组成,局部含较多灰白色钙质结核,主要分布于南川台附近,分布里程K32+0K32+150,钻孔揭露最大厚度19.90m(ZK8)。砂岩:灰色、灰褐色,细粒结构,厚层状构造,矿物成分以石英、长石为主,岩屑、云母次之,钙、泥质胶结,主要分布于平安河以南、涪陵
8、至南川公路南侧,地表上形成陡坎,钻孔未有揭露,分布里程K32+260K32+310。页岩:灰色、灰黑色,泥质结构,页理构造,主要由粘土矿物组成,与砂岩呈不等厚互层,钻孔未有揭露,分布里程K32+200K32+310。2.4.2侏罗系中统下沙溪庙组(J2xs)粉砂质泥岩:紫红色,粉砂泥质结构,巨厚层状构造,主要由粘土矿物组成,局部含较多灰白色钙质结核,主要分布于涪陵台附近,钻孔未有揭露,分布里程K32+525K32+810。砂岩:灰色、灰褐色,细粒结构,厚层状构造,矿物成分以石英、长石为主,岩屑、云母次之,钙、泥质胶结,主要分布于平安河以北平缓开阔地段,地表上形成陡坎,钻孔揭露最大厚度16.40
9、m(ZK10),分布里程K32+390K32+525。页岩:灰色、浅灰黑色,泥质结构,页理构造,主要由粘土矿物组成,与砂岩呈不等厚互层,钻孔未有揭露,分布里程K32+390K32+525。2.4.3第四系全新统残坡积粘土(Q4el+dl)粘土:紫红、紫褐色,可塑状,摇震无反应,干强度中等,韧性中等,稍有光泽,分布于桥位区大多数地段。2.4.4第四系全新统冲洪积卵石土(Q4al+pl)卵石土:灰褐色、灰色,稍密,湿,分布于平安河道及岸边,卵石岩质主要为灰色砂岩、灰色灰岩等,呈棱角状,磨圆度较差,直径一般580cm,大者可达2.00m,其间充填细砂,钻孔未有揭露。2.5地质构造及地震拟建桥位区地质
10、构造位处梓里场背斜西翼。岩层呈单斜状产出,岩层产状29543。据地表工程地质测绘,桥位区裂隙较发育,根据岩体露头量测统计,主要发育2组构造裂隙: 组裂隙,其产状为61945560,地表多呈微张张开状,面较平直,大部无充填,局部充填粘土,延伸58m,间距为0.31.5m;组裂隙,其产状为1511684367,微张张开状,面平直,无充填物,延伸4.06.0m,间距为0.42.0m。据四川省地震办公室(1977)四川地震目录,该地区及其附近较大区域内曾发生过七次较大的地震,其中五次有较详细记载(见表2.6)。其中最大的一次为1856年6月10日小南海地震,小南海湖区和两侧破坏的山体,即为当年地震留下
11、的痕迹。此后一百多年未发生过灾害性地震。根据中国地震动峰值加速度区划图GB183002001图A及中国地震动反应谱特征周期区划图GB183002001图B,桥址区地震动峰值加速度为0.05g,对应的地震基本烈度度,反应谱特征周期为0.35s,其抗震设计建议按公路工程抗震设计规范JTJ004-89执行。2.6水文地质条件2.6.1地下水类型及富水性分析通过对桥位区工程地质测绘,大桥跨越之平安河,属一常年性流水河流,源头为魏东水库及沿线溪沟,排泄于乌江。河床宽1013m,流量约1.0T/S(2008.10.11),勘察时溪沟水位236.00m,最高洪水位238.0m,洪水流量约15.0T/S。在里
12、程K32+668处有一水渠,其源头为魏东水库,为桥位区一小型发电站引水渠道,其流量约为1.0T/S(2008.10.16),其流量受人为控制。场地内地下水主要为土层孔隙水和基岩裂隙水。桥址区两桥台地势陡,有利于地表水及地下水排泄,且多在雨季存在,水量变化大且贫乏,径流短,排泄快。基岩裂隙水主要分布在J2xs、J2x地层中,其含水量较小,分布不均,无统一的水位面。粉砂质泥岩、页岩为桥位区主要相对隔水层。粉砂质泥岩的基岩裂隙中,无统一水位;桥址区主要接受大气降水补给,并具有就近补给就近排泄的特点。2.6.2地下水水质特征及评价本次初勘,于拟定钻孔ZK9中进行简易抽水试验。终孔后即进行抽水试验,抽水
13、结束后24小时水位无恢复,故场地内地下水缺乏。据平安河下流C线平安大桥工点采集水样分析结果表明:区内地下水化学类型为S042-、HCO3-Ca2+、Mg2+型水。根据公路工程地质勘察规范JTJ06498附录D判定,地表水及地下水对砼物无结晶类、分解类、结晶分解复合类腐蚀。2.7不良地质现象据野外工程地质调绘和钻探揭露,在涪陵台北西侧分布有一卸荷裂隙带、危岩及崩塌堆积体,在斜坡上正处于涪陵台正上方。分布于里程K32+865K33+115段以南,坡顶危岩体由二层陡崖组成,上层陡崖长300m,宽约23m,地表出露好;高约20m,下层陡崖长220m,宽约13m。陡崖正下方坡面为厚12.5m崩坡积块石土
14、层,分布范围长205m,平均宽度130m,局部可见方量达113m3的砂岩块石。由于卸荷裂隙、危岩及崩坡积体处于桥位区涪陵台正上方,直接危胁沙塘坝大桥涪陵桥台区的安全,建议对卸荷裂隙产生的危岩进行锚固、处理对不稳定危岩大块体及坡面大孤石清除处理。由于涪陵桥台紧接K线酒店隧道进口,故危岩及崩塌堆积体分析评价详见K线酒店隧道报告。拟建大桥于里程K32+683处与在建南涪铁路相交,据相关资料,交点处南涪铁路为路基形式,设计路面标高约280m;相交点处南涪公路为沙塘坝大桥,大桥设计标高344m,南涪铁路路基位于大桥桥墩区,由于南涪公路后于该段铁路施工,建议设计时准确测量该路基的位置及标高,使桥墩跨越该路
15、基,同时桥墩基坑开挖时注意保护铁路基础的安全。此外,桥址区无滑坡、采空区、泥石流等其它不良地质现象。3、岩土体工程地质特征及持力层选择3.1土体工程地质特征及主要物理力学性质粘土:紫红、紫褐色,可塑状,摇震无反应,干强度中等,韧性中等,稍有光泽。厚度变化大,承载力低。3.2岩体工程地质特征、主要物理力学性质及工程地质强度分级3.2.1岩体工程地质特征桥址区下伏基岩为侏罗系中统新田沟(J2x)组、下沙溪庙(J2xs)组页岩、粉砂质泥岩、砂岩。据公路桥涵地基与基础设计规范JTG D63-2007,将场地钻探深度内的基岩划分为强风化带和中风化带。砂岩质较硬,强度较高,抗风化能力较强,为较软岩;粉砂质
16、泥岩、页岩岩质较软,强度低,抗风化能力弱,地表多风化呈碎屑状,层间结合较差,为软岩。3.2.2岩体主要物理力学性质及工程地质强度分级据室内试验结果及邻近工点试验结果,桥位区砂岩frk=15.59MPa30MPa,属较软岩类。粉砂质泥岩南川台frk=3.60Pa5MPa,为极软岩,涪陵台参考酒店隧道进口岩样CZK17-1试验成果,frk=10.48Pa15MPa,为软岩。3.3持力层选择及设计参数建议值3.3.1 桥位区各墩(台)基础持力层选择桥位区内,第四系土层分布不均,厚度变化大,工程特性差,不能作为桥位墩(台)基础持力层;强风化基岩承载力低,岩体破碎,但厚度大,局部能满足桥位墩台基础对持力
17、层的要求,可选作桥位墩(台)基础持力层;中风化基岩岩体较完整,厚度大,承载力高,是桥位墩(台)基础理想的持力层。建议选择中风化基岩作为基础持力层。3.3.2设计参数建议值据本次勘察野外鉴别及地区经验,桥址区岩土设计参数建议值见表3.3.2。表3.3.2 岩土设计参数建议值表项目岩土名称天然重度(g/m3)单轴抗压强度(MPa)岩、土的承载力基本容许值(KPa)抗剪强度基底摩擦系数临时边坡允许值C(Mpa)()天然饱和中风化粉砂质泥岩(南川台)2.586.153.60300*0.41:0.2中风化粉砂质泥岩(涪陵台)2.6115.8310.48800*强风化粉砂质泥岩250*0.31:0.75中
18、风化砂岩2.5121.1415.591200*0.61:0.2强风化砂岩500*0.51:0.5粘土250*0.251:1备注:带“*”为经验值。四、桥孔总体布置及设计方案4.1桥孔总体布置和桥型方案(1)桥孔布置和桥型方案选择的原则桥孔总体布置和桥型方案的拟定,主要遵循以下原则:A、由于桥梁地面与桥面高差最高达120多米,所以桥型宜选择大跨径的桥梁,将主墩布置在施工方便、地质条件较好的位置,选用较合理的基础型式和施工方案,以降低工程造价。B、方案应考虑施工快捷、简便,技术成熟,确保大桥尽快竣工投入使用。C、采用经济性较好的桥型方案,同时采用先进的技术手段,以利于降低工程造价。D、根据工可的桥
19、型方案布置,主桥适宜,较为经济,且施工技术成熟,便于施工组织,节省工期。(2)桥孔布置和桥型方案结合工可的桥型方案布置及综合比较,本桥采用连续刚构桥为宜,其造价相对较低,技术难度不大,便于施工组织,节省工期。但考虑到预应力混凝土连续刚构桥目前普遍出现的后期跨中下挠和腹板开裂问题,特提出采用84+2-140+84m的波形钢腹板连续刚构作为推荐方案。波形钢腹板预应力混凝土箱形梁就是用波形钢板取代预应力混凝土箱梁的混凝土腹板作腹板的箱形梁。其显著特点是用10mm左右厚的钢板取代厚3080cm厚的混凝土腹板。鉴于顶底板预应力束放置空间有限,体外索的应用则是波形钢腹板预应力混凝土箱梁的第二个特点。这两个
20、构造特点使波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁与预应力混凝土箱梁桥相比有如下优点:1、经济效益显著,节省建筑材料:采用波形钢腹板代替厚重的砼腹板,减轻了上部结构的自重2030%, 从而使上、下部结构的工程量获得减少,降低了工程总造价。2、提高预应力效率,改善结构性能:波形钢腹板的纵向刚度较小, 几乎不抵抗轴向力, 因而在导入预应力时不受抵抗, 纵向预应力束可以集中加载于顶、底板, 从而有效地提高预应力效率。3、提高了材料的使用效率:在波形钢腹板PC 箱梁桥中, 砼用来抗弯, 而波形钢腹板用来抗剪,弯矩与剪力分别由顶、底板和波形钢腹板承担,其腹板内的应力分布近似为均布图形, 而非传统意义上的三角形,
21、有利于材料发挥作用。4、提高了断面结构效率:波形钢腹板PC 箱梁桥中的砼均集中在顶、底板处, 回转半径几乎增加到最大值, 大大地提高了截面的结构效率。5、自重降低, 抗震性能好。6、可减少现场作业, 加快施工进程,悬臂浇注时钢腹板可用作挂篮的组成部分、顶推施工时可以用腹板作导梁、现浇时可省略腹板模板。7、对悬臂施工的桥梁减少了节段数量, 缩短了工期。8、体外预应力筋可以替换, 便于桥梁的维修和补强。9、避免了腹板开裂问题, 耐久性能好。第一座采用波形钢腹板PC 组合箱梁结构的桥梁是法国Campenon Bernard (简称CB) 公司于1986年修建的Cognac 高架桥。日本在20 世纪8
22、0 年代末从法国引进波形钢腹板PC 组合箱梁桥技术,现已建造了上百座波形钢腹板桥梁。目前,日本已建成的最大跨径波形钢腹板连续梁桥为主跨136.5m的下田桥。国外已建成主跨100m以上的波形钢腹板连续梁或连续刚构桥见表4.1。 表4.1 国外已建成主跨100m以上的波形钢腹板连续梁或连续刚构桥桥名 结构形式 跨径布置 建成年份德国Altwipfergrund 桥 3 跨连续梁 北线81.5+115.0+81.4,南线84.6+115.0+80.5 2001日本锅田西高架桥 3 跨连续刚构 59.0+125.0+59.0 2001日本大内山川第二桥 7 跨连续刚构 49.0+266.0+120.0
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