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苏南运河桥梁工程设计综述

08-22 12:25:50  浏览次数:373次  栏目:桥涵工程
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  摘 要: 苏南运河整治工程中的主要分项工程之一,就是对运河沿线碍航桥梁的改 建。文中简要叙述这些改建桥梁的设计原则、工程标准、桥位选择、桥型方案、结构选型及 几种 桥型的经济指标比较。 关键词: 运河 桥梁 改建 设计  京杭运河苏南段(简称苏南运河、以下同)   摘  要:苏南运河整治工程中的主要分项工程之一,就是对运河沿线碍航桥梁的改 建。文中简要叙述这些改建桥梁的设计原则、工程标准、桥位选择、桥型方案、结构选型及 几种 桥型的经济指标比较。关键词:运河  桥梁   改建  设计  京杭运河苏南段(简称苏南运河、以下同),北起镇江谏壁、途经苏、锡、常、镇四市,南迄江浙省界鸭子坝,全长210km。为京杭运河中开凿最早、历史最悠久、运输最繁忙、沿 线经济最为发达及效益最好的河段之一。  苏南运河沿线特色较多,一是古城、古镇多--苏州古城建城已逾2500多年,浒关古城镇建 逾2000余年,无锡、常州、镇江三古城建城亦有2000年左右历史;二是乡、镇企业及国营 大企业多--沿线工、商、矿业企业有7000多个;三是港口、码头多--不仅市县港务部门 的作业区码头遍及各主要集镇、知名度高一些的企业都有自己的货主码头;四是跨越运河的 桥梁和管道桥架不仅多,且桥型结构种类繁杂--苏州老觅渡桥为元朝时建的老石拱桥,有 60和70年代建的双曲拱桥,有70年代和近年建造的T型刚构、连续梁桥,此外尚有建于50年 代和70年代初的少量跨径25m左右的T型梁桥,据1991年调查资料,全线共有67座桥梁,另有 过 河的管道桥梁30余座;五是护岸建筑物多--集镇和城区河段的驳岸挡土墙在运河第一期整 治工程以及常年航道养护中逐年修建,现各城区河段基本上都建有驳岸挡墙。1  设计原则苏南运河整治工程是继京杭运河徐州至扬州段续建工程后的大型内河建设项目之一,其中碍 航桥梁的改建工程规模较大,是它的主要分项工程之一,工程费占苏南运河整治工程总投资 1/3以上,通过改建后的桥梁必须保证水上运输安全畅通。桥位的选址、通航孔净空标准的 执行、桥型布置等应确保安全航行,关于桥梁结构的选型、施工方案、桥梁标准、引道标准 的确定,本着既满足陆上交通需要,又须以节省投资为宗旨。2  工程标准桥梁工程的建设标准,由通航标准和陆上标准的两部分组成。2.1  通航孔净空应满足船舶(队)安全畅通的标准  根据国家计委批准的《京杭运河(济宁到杭州)段续建工程计划任务书》和交通部下达的《京 杭运河航道设计几项暂行规定》确定的标准为通航孔净宽不小于50m,净高为设计最高通航 水位以上不小于7m,并要求桥下通航净空一般为矩形断面。2.2  桥梁应满足车辆、行人安全过桥的标准    苏南运河41座碍航桥梁的改建标准,根据它们所处地理位置与用途的不同可概括为以下4种 类型标准:  (1)位于城区或城区与市郊结合部的城市桥梁,其桥面宽与荷载标准均采用城市道路规范规 定、各桥不一,在此略去不谈;    (2)位于通往国道(公路)或省道(公路)的支线或联结线或是县乡地方道路上的公路桥,桥面 宽有净7m和净9m两种,人行道宽有1.0m和1.5m两种,不设人行道者则设护轮坎,荷载为汽-2 0、挂-100,人行荷载为2.5kN/m2和3.0kN/m2两种;  (3)为集镇或农村机动车或拖拉机过河服务的汽车或拖拉机桥,桥面净宽为4.5m,不设人行 道仅设护轮坎,荷载为汽-10级;  (4)为所在集镇居民过河交通服务的人行桥,桥面宽为净5m(栏杆内侧距),两端设梯道与车 道结合的坡道,坡比为1∶4,荷载为3.2kN/m2。3  桥位选择41座碍航桥梁跨越船流密度高、货运量大的苏南运河,针对苏南的特色,根据桥梁设计的原 则和工程标准,在桥位选址中可就以下各条件进行比选后择优定位:  (1)桥轴线应与航道中心线(或水流流向)正交,如有困难,其偏角在5°以内可按正桥建, 超过5°时,可按斜桥建或扩大通航孔跨径,能保证其正投影的净宽符合规定者亦可按正桥 建造。  (2)桥梁应避开从港区内跨越,桥位距港区小于300m者,应经论证后确定;&n

www.gong66.combsp; (3)桥梁应离通航的支河口设置,桥位距通航河口小于200m者,应经论证后确定;    (4)桥梁应避免在弯曲河段上跨越,桥位离弯道起(迄)点小于200m者,须经论证后确定;  (5)桥位的选择中尚应结合桥头引道的线形标准一并考虑,在特定的设计车速条件下应符合 公路或城市道路设计规范规定;  (6)桥位的选择中应考虑不破坏所在集镇的街区现状或规划布局,避免或减少拆迁量,减少 征、租用地;  (7)施工场地受到所在地的约束情况,老桥用作施工临时支架的可能性。   设计人员多次深入现场调查研究,遵循以上要求进行反复比选,出色地完成选址工作。选址 结果为新安北桥、新虹桥等31座桥梁采用老桥位建新桥;吕城、辛丰等7座桥是结合城镇规 划布局移位建新桥;浒关大桥等4座桥梁因原桥位不当,与选址要求有较大矛盾(亦含桥头引 道布设困难或因施工期间当地交通难以解决等问题),决定移位建新桥。4  桥型方案4.1  桥型方案选择   苏南运河碍航桥梁中绝大部分为上承式拱形结构的桥梁,拱桥虽具有节省钢材的特点,但其 拱肋(双曲拱)或拱片(桁架拱)占用桥下通航净空较多, 不仅碍航,且船舶撞桥机率增多, 桥损船坏和航道堵档时有发生,航道管理部门反映极大。而那些未列为碍航的预应力混凝土 T型刚构加挂孔的桥梁,它的悬臂根部较厚,为满足桥下通航空间之需,抬高梁底高程。因 此,桥面高程亦较其他桥型的桥面高出1~2m之多,所以T型刚构的桥长一般大于其他桥型者 在66~132m间(桥面纵坡以3%计)。  通航孔跨径的选择,根据通航孔净空标准50×7(m)的规定,一般情况,通航孔跨径采用55m 即可,但苏南运河整治是在原有河道上拓宽和浚深,综合各种因素,往往采用航道单边拓宽 ,每段河道拓宽的幅度随着原河断面的不同而异,各段不一,设计上要求新桥的通 航孔中点投影在航道设计中心线上,新桥施工时航道尚未拓浚,主墩与老航道不对称,施工 支架墩占用现航道水域,水上交通又不可中断,综上因素,通航孔跨径改用60m比较合适。 若有条件将跨径扩至70m,则主墩墩基可避免在水上施工。  通航孔跨径55~60m这一尺度,桥梁工程界的行家说:“这种跨径的桥型谁优谁差尚未定型 ,是个盲区”。公路和市政桥梁一般采用混凝土桥梁结构,从结构的受力条件和工作状态来 看,55~60m跨径的梁式体系桥梁一般均须用预应力结构,施工方案和施工工序是研究这种 桥梁结构的必要条件。苏南运河不能因桥梁施工而连续断航,就是碍航也必须要控制在最低 限度内。因此可以说通航主孔吊运和拼装方案是研究这批碍航桥梁结构的基本条件,再结合 具体情况研究采用了多种施工方案。4.2  施工方案  (1)若有老桥可利用,在它的桥面上搭设支架和工作平台,平台上将预制的分段块和构件进 行组拼、穿索、张拉,这方案因没有变动老桥下的通航条件,碍航矛盾不突出。例如新虹桥 ,为预应力混凝土系杆拱,就是采用本施工方案。望亭灰管桥,为预应力混凝土豪氏桁架, 是在老桥上整榀桁架现浇、穿索、张拉、整跨横移就位。  (2)无支架施工方案,新安北桥,为钢管混凝土系杆拱桥,预制场组拼拱架,整榀拱架浮吊 吊 运至桥址就位。无锡五七大桥,为预应力混凝土豪氏桁架,趸船上组拼、整跨浮运至桥址就 位。  (3)少支架施工方案。戚墅堰工农桥,为预应力混凝土豪氏桁架,在少支架上组拼节段、穿 索、张拉。望亭大桥,为预应力混凝土豪氏桁架,利用老桥拱台上设支架,配以浮吊悬拼节 段、穿索、张拉。高桥,为预应力混凝土系杆拱,少支架配以浮吊吊运和组拼节段,穿索 、张拉。  (4)转体施工方案。北津桥为预应力混凝土连续刚构桥,在运河岸边搭设岸上支架,现浇上 部结构,转体90°后浇筑合拢节段。  (5)悬臂浇筑方案。兴贤桥为预应力混凝土连续梁,采用悬臂逐段浇筑,最后合拢。   4.3  结构选型    从苏南运河现有桥梁调查情况可知,上承式拱桥与水上交通存在较大矛盾,以及预应力混凝 土T型刚构桥对集镇街区布局的不利因素,为此在结构选型时,首先推荐采用下承式结构。 然后再就已确定的通航孔跨径、施工方案和掌握的桥址软土地质条件、桥址处施工场地条件 等因素综合考虑后决定以采用外部静定结构为宜,并兼顾与所在古城、古镇和古运河的景观 协调,以及同一集镇上桥型不宜过于单一,适当体现一些多样化。桥梁一般高出桥位处地面 8m左右,为了避免破坏现有街区景观或布局,尽量采用桥面系结构高度薄一些的桥型为好, 再配以适量的引桥孔,可以较短的引道接上老路,以资减少老路面的压废,减少拆迁、征地 和施工用地,使41座碍航桥梁的改建工程投资节省较多,效益是显著的。苏南运河桥梁工程 桥型结构可以归纳为以下7种:  (1)预应力混凝土系杆拱(见图1)例如吕城公路桥、高桥、南津桥等;  (2)钢管混凝土系杆拱(见图2),例如新安北桥(无支架施工试验桥);  (3)预应力混凝土豪氏桁架(见图3),例如望亭工农桥、五七大桥等;    (4)预应力混凝土斜拉桁架(见图4),例如硕放桥、新安南桥等;  (5)中承拱(见图5),例如丹阳人民桥、辛丰公路桥、浒关大桥等;  (6)预应力混凝土连续刚构(见图6),例如北津桥(转体施工试验桥);  (7)预应力混凝土连续梁,例如吴桥、同济桥、兴贤桥(本桥位于浒关镇区,相邻有4座桥, 适当考虑相邻桥型进行一些变化 ,故初设计文件审批中改为连续梁)等。  几种桥型的指标比较:  (1)一般来说,预应力混凝土豪氏桁架指标和预应力混凝土系杆拱较接近,相差不大,谁优 谁差是随设计者精心的程度而异;  (2)预应力混凝土斜拉桁架的指标较预应力混凝土系杆拱差,若采用连续斜拉桁架则其指标 较连续梁略优;  (3)至于连续梁和系杆拱的比较,若不考虑由于连续梁、变截面、上承式与通航净空的矛盾 ,其指标比较如表1所示。若考虑上述矛盾所派生的桥长较下承式的桁架或系杆拱增加66m~ 132m所反映的指标更差。  预应力混凝土连续梁和预应力混凝土系杆拱各取一组的指标比较     表1桥        型混凝土(m3)预应力筋(t)普通钢筋(t)a%a%a%上部结构连续梁1220.3/0.84210045.53/31.4100142.59/98.310042.5+60+42.5m      系杆拱610.4/5012.66/27.855.66/39í2a20+60+2a20      上部加下部连续梁3421.16/2.35910045.53/31.4100232.91/160.6610042.5+60+42.5m      系杆拱1796.9/52.512.66/27.8123.12/7

www.gong66.com6.62a20+60+2a20      注:桥面净7+2×1.5(m),汽-20,挂-100。5  结束语苏南运河桥梁工程自1992年开工以来,现已完成了吕城公路桥、新安北桥、北津桥等18座桥 梁,它包含了设计所采用的:(1)预应力混凝土系杆拱;(2)钢管混凝土系杆拱;(3)预应力 混凝土豪氏桁架;(4)预应力混凝土斜拉桁架;(5)中承拱;(6)连续梁;(7)连续刚构等7 种桥型,这7种桥型和5种施工方案都在实践中检验了1~4次,是比较符合苏南运河的实际, 经济实用,美观大方,与古城镇相协调,增添了古运河景点群,得到同行们的好评,得到地 方各级政府和当地群众的赞赏。为我省桥梁工程界积累了不少资料,把内河工程的技术水平 提高了一步,对京杭运河水运事业作出了一定的贡献

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