1. 研究目的与意义（文献综述）

在满足桥梁安全性、使用性和耐久性的条件下综合考虑桥梁的桥型、外观、经济、施工、地形地质等条件，从专业的角度对多个方案进行比选，选出最优方案。现国内外梁桥技术成熟，研究更倾向于悬索桥、斜拉桥。

2. 研究的基本内容与方案

1概述

桥梁比选的目的是在满足桥梁安全性、使用性和耐久性的条件下综合考虑桥梁的桥型、外观、经济、施工、地形地质等条件，从专业的角度对多个方案进行比选，选出最优方案。

1. 地形、地质情况

   长虫沟大桥，桥梁全长449.0m，长虫沟大桥位于内蒙古乌兰察布高原察哈尔岩溶台地重丘山地，底层主要为第三系喷发的玄武岩，下伏太古界花岗岩，桥址处地势险峻，沟谷较深，从山顶至沟底高差约60～70m，两岸边坡均为悬崖壁，谷底出露大块花岗岩及边坡破损玄武岩块，裂隙较为发育，东岸坡度约为60 度，西岸坡度约为30～40 度，坡面为大块堆积物及节理、裂隙较为发育的大块花岗岩露头。东岸坡面堆积物主河沟两岸为较厚的坡积土。

   1.1.2水文

   桥址平时无水，河沟中为雨季山洪流水。

   1.1.3气象

   项目区属中温热带半干旱大陆性季风气候，四季分明，气候干燥，雨季6～8 月，年降雨量350～450mm，年蒸发量1938mm；平均风速2.6m/s，最大风速36.3/s，主导风向为西北风；每年11 月下旬至翌年3 月下旬为冻结期，年平均气温5℃，历年最冷平均气温-24.4℃，最热月平均气温27.1℃，极端最低气温-34.3℃，极端最高气温36℃；最大积雪厚度12cm，最大冻土厚度150cm。

   1.2设计原则

   方案应主要考虑安全、功能、经济、美观以及与环境的协调，其中以安全和经济最为关键。随着现代化交通事业的迅速发展，桥梁功能要求也日益提高，尤其是桥下通航净空的要求，在方案比选中占有举足轻重的地位。至于桥梁美观，应视经济与环境条件而定。随着人们环保意识的提高，桥梁建设环境的协调已成为设计原则之一。

   根据当地的水文地质条件和气候条件、技术标准，拟选出以下三个初选方案：

1. 跨径组合为124.5m 200m 124.5m的三跨变截面预应力混凝土连续钢构

2. 跨径组合为选用110.5mm 228m 110.5m布置双塔斜拉桥

3. 跨径组合为75.5m 298m 75.5m的上承式钢管混凝土系杆拱桥

   

   图 1.1跨径组合为124.5m 200m 124.5m的三跨变截面预应力混凝土连续钢构

   

   图1.2 跨径组合为110.5m 228m 110.5m的预应力混凝土双塔斜拉桥

   

   图1.3 跨径组合为75.5m 298m 75.5m的上承式钢管混凝土系杆拱桥

   2比选方案一：预应力混凝土连续钢构

   2.1 桥跨布置

   本方案中主桥采用桥跨布置为124.5m 200m 124.5m的三跨变截面预应力混凝土连续梁桥。连续梁体为单箱单室变高度箱梁，桥长449m，边跨与中跨比为0.6225（要求在0.5-0.8之间）。中支点截面高取6.5m,边支点截面高度为10m，边支点截面高跨比为0.0522，中支点截面高跨比为0.05（要求在1/16-1/20之间），满足要求，梁底从支点截面到跨中截面按抛物线变化。跨中截面高度取4.5m，高跨比为0.0225（要求在1/30-1/50之间），满足要求。

   

   图2.1 桥跨布置图 （单位：m）

   2.2 主梁上部结构

   主梁采用箱形截面，形式为单箱单室。梁顶面宽18m，底面宽11m，两翼悬出3.5m，翼板端部厚度为40cm,翼板根部厚度取65cm，顶板厚度均取65cm，腹板厚从跨中截面的60cm按线性变化到支点截面的80cm。底板厚由跨中的65cm按抛线渐变为中支点梁根部的100cm。箱梁腹板与顶板交界处设置75*25cm承托，与底板交界处设置承托25*25cm。

   

   图2.2 跨中截面 （单位：cm）

   

   图2.3 支点截面 （单位：cm）

   2.3下部结构尺寸

   2.3.1桥墩

1. 桥墩形式：采用双壁薄墩。

2. 尺寸拟定:墩高统一拟定65m，双柱中距初步设计为7m，柱厚1.5m。

   2.3.2桥台

   （3）桥台形式：0#和3#桥台都采用重力式U型桥台，承接整体双幅桥。

   （4）尺寸拟定：桥台高度初拟10m，前墙顶部厚1m，底部厚5m，正面采用10：1的斜坡，侧墙顶部长5.42m，厚度0.5m，底部长度7.28m，厚度3.5m，侧墙尾端有0.75m伸入路堤，台身宽度18m。

   2.3.3基础

   （1）桥台采用刚性扩大基础，厚度取1m，四周禁边0.75m，刚性角30°12′，基底尺寸8.8*19.5m。

   （2）墩基础采用12根直径1.2m钻孔灌注桩，呈行列式布置，墩承台平面尺寸为12.3*9.1m，厚度为5m，桩身埋入承台20cm，桩中距3.2m，净距2m，墩柱为圆形墩。

   

   图2.4 桥墩及基础 （单位：cm）

   2.4 附属工程

   （1）桥面铺装：桥面铺装采用三层式30mm细粒式沥青混凝土上面层 40mm中粒式沥青混凝土中面层 50mm粗粒式沥青碎石下面层 防水层。

   （2）支座：采用承载能力大、转动性能好、寿命长的盆式橡胶支座，单幅的0#和3#桥台都分别设置1个纵向活动、横向固定支座和1个纵、横向支座，高度初步预留20cm。

   （3）伸缩缝：全桥共设置4道伸缩缝，每幅桥共设置两道d80型伸缩缝，伸缩缝预留宽度初步取8cm。

   （4）排水:桥面设置间距在4-5m的直径15cm排水管，将雨水通过排水设施排向沟底。

   2.5 施工方案拟定

   2.5.1 下部施工

   （1）0#和3#桥台采用就地现浇方式，先定位开挖基坑，浇筑基础，再施工侧墙、台帽、背墙和搭板牛腿，最后台后回填土，施工锥坡，安放支座和桥头搭板。

   （2）1#和2#桥墩基础在枯水期采用钻孔灌注桩施工方式。先定位埋置护筒，再制备泥浆、安装钻机、使用冲击钻进成孔，最后清孔，吊装钢筋骨架、灌注混凝土、浇筑承台。

   2.5.2 上部施工

   悬臂浇筑施工方法，安装现浇支架，立模板、绑扎钢筋、浇筑混凝土、养护、拆模，张拉预应力筋。完成桥面铺装等二期桥面工程，安装伸缩缝、排水设施等。施工完成。

   2.6 工程数量预算

   主梁、墩台基础采用C50混凝土；桥面铺装及防撞护栏采用C20混凝土；采用普通钢筋及钢材，重量为7.85t/;预应力筋采用，理论重量为/m。工程数量按照类比以及分项指标进行预估，如下表所示：

   方案一工程数量预估表

3 比选方案二：双塔混凝土斜拉桥

3.1桥跨布置

桥全长449m，选用110.5mm 228m 110.5m布置，中跨与边跨比为2.063。

图3.1 总体布置图

3.2主梁设计

综合考虑桥址处地形、地物、地质条件和周围环境景观及使用要求，采用双向四车道，中间设1m中央分隔带，两侧各2m非机动车道及人行道，斜拉索锚索设置在人行道与行车道之间，宽1.5m，桥面全宽22m，采用双塔双索面预应力混凝土斜拉桥。主梁采用肋板试预应力混凝土结构，纵向每隔6m设一横梁（在斜拉索锚固区），主梁高2m，翼缘板悬臂1.75m，在桥塔附近加宽至5.25m，顶板厚0.3m（在塔梁处横梁厚0.8m），至梁肋交接处加厚至0.9m。

3.3 支撑体系

采用半漂浮体系，即采用塔梁分离体系和塔梁固结体系。

图3.2 横断面示意图（单位：cm）

3.4 索塔设计

索塔采用H型塔，钢筋混凝土结构。索塔自承台顶起高127.4m，桥面以上塔高67.4m，桥面以上38m处设一横梁，梁底以下部分为下塔柱，高58m，下塔柱采用倒梯形形式；梁底至横梁段为中塔柱，高40m；横梁以上部分为上塔柱，高29.4m，为斜拉索锚固区。

塔柱采用单箱单室空心截面，顺桥向长5.5m，横桥向3.0m，上塔柱空心尺寸3.1*1.8m，中塔柱为3.7*1.8m，下塔柱5.5*5（下塔柱外部截面尺寸8.5*7m）；横梁也采用5.2*4.0m单箱单室截面，壁厚0.6m。

图3.3 索塔示意图 （单位：m）

图3.4 截面尺寸 （单位：cm）

3.5 索塔基础

根据地质条件选用桩基础，刚性扩大基础32.5*11.5m，采用桩径2m钻孔灌注桩，桩中距3.5m，每塔9*3=27根桩，桩距基础边缘1.25m。

3.6 拉索设计

为降低主梁的建筑高度，减小主梁弯矩，斜拉索采用密索体系，扇形布置。梁上标准索距6m，边跨索距3m，索塔上标准索距1.2m。拉索采用塑包平行钢丝束，钢丝采用7mm镀锌高度钢丝。

3.7 下部结构设计

桥台设计与预应力混凝土连续钢构一致。

3.8 附属工程

与预应力混凝土连续钢构一致。

3.9 施工方案设计

3.9.1 桥塔

下塔柱采用悬臂浇筑施工，中上塔柱采用爬模法施工。

3.9.2 主梁

主梁采用挂篮悬臂浇筑施工方法。

3.10 工程数量预算

索塔、主梁、墩台基础均采用C50混凝土；桥面铺装及防撞护栏采用C20混凝土；采用普通钢筋及钢材，重量为7.85t/;预应力筋及斜拉索采用，理论重量为/m。工程数量按照类比以及分项指标进行预估，如下表所示：

方案二工程数量预估表

4 方案比选三：上承式钢管混凝土系杆拱桥

4.1 桥跨布置

桥全长449m，选用三跨自锚上承式钢管混凝土系杆拱桥，主空净跨298m，矢跨比1/5，净矢高59.6m，两边引桥长均为75.5m。

图4.1 桥跨布置示意图 （单位：m）

4.2 桥面布置

桥面采用双向四车道，中间设1m中央分隔带，两侧各2m非机动车道及人行道，1m检修道，桥面全宽21m，吊杆横向间距取21.5m，横梁采用钢箱结构，全长25.9m，支点梁高2m，跨中梁高2.15m，变坡段从距边缘3.2m开始至距边缘8.2m结束。行车道板采用跨径6m的钢筋混凝土T梁，梁高0.6m。边跨采用肋式钢筋混凝土实心断面，每条肋3.5*2.4m。

4.3 主拱肋

拱肋轴线采用悬链线，拱轴系数取m=1.5

拱轴线方程：

式中：

-拱顶为原点，拱轴上任意点的纵坐标；

-计算矢高；

1. 系数，；

   -系数，,其中为计算跨径。

   拱肋截面高度宽度拟定：

   

   可得H=5.96m，宽度B取2.4m，外径D取0.6，主管厚度T取15mm，支管节间间距取5m，支管厚度t取10mm，支管外径取0.3m，支管的布置采用腹杆弦杆平行式N形连接。

   

   图4.2 拱肋截面 （单位：cm）

   

   图4.3 支管布置示意图

   4.4 横撑

   设置6*15m间距的一字型横撑，采用与主拱肋支管尺寸相似（外径0.3m，厚度10mm，高度4.1m，节间间距4m，顺桥向间距5m）的桁式横撑：在桥面以下部分，也设置一道一字型横撑，截面尺寸与桥面以上横撑相同。

   

   图4.4 横撑形式 （单位：cm）

   

   图4.5 横梁外形尺寸 （单位：cm）

   4.5吊索

   全桥共18对36根吊索，纵向间距8m。

   4.6附属工程

   （1）桥面铺装：桥面铺装采用三层式30mm细粒式沥青混凝土上面层 40mm中粒式沥青混凝土中面层 50mm粗粒式沥青碎石下面层 防水层。

   （2）支座：横梁和桥面板采用固接，全桥共设置16个盆式橡胶支座，共有纵横向固定，纵向固定、横向活动，纵向活动、横向活动，纵向或打开那个、横向固定四种类型支座。0#和1#桥台分别设置8个支座，3#桥台设置16个支座，高度初步预留20cm。

   （3）伸缩缝：全桥共设置2道d80和3道d160型伸缩缝，每幅桥共设置两道d80型伸缩缝，伸缩缝预留宽度初步取8cm及16cm。

   （4）排水:桥面设置间距在4-5m的直径15cm排水管，将雨水通过排水设施排向沟底。

   4.7下部结构拟定

   4.7.1 立柱

   在拱桥上承部分设置立柱，采用钢筋混凝土材料。间距与立柱横梁相同，截面采用矩形，顺桥向长度2m，横桥向长度2m，左跨设置两排，右跨设置三排。

   4.7.2 拱座

   左右跨初拟相同尺寸，高度10m，顺桥向15m，横桥向27m，同时承载拱肋以及1#2#桥墩。

   4.7.3 引桥

   引桥设置1#~3#桥墩，采用盖梁接三根柱梁方式，盖梁高3m，顺桥向4m，横桥向长25m，柱墩直径3m，中距7.5m。桥台上安放支座数量与T梁数目相同。桥台尺寸同连续钢构。3#桥墩采用刚性扩大基础，初拟高度3m，顺桥长4m，横桥向长21m。

   4.7.4 桥台

   桥台设计与预应力混凝土连续钢构一致。

   

   图4.6 立柱 （单位：cm）

   4.8 施工方案拟定

   采用斜拉悬臂施工方式。首先准备场地预制钢管拱肋以及浇筑主拱拱座以及桥的基础、桥台、桥墩。再搭设吊索系统，、扣索系统、索塔以及锚碇。拱肋采用5段掉与悬拼组合的方式，通过吊塔运送拱肋到悬臂端进行拼装，同时拼装相应的横撑，在跨中处进行拱肋合龙。拱肋安装后，从拱脚向拱顶分段对称向钢管泵送混凝土。然后定位安装吊杆，吊装横梁你、纵梁以及模板浇筑立柱。在引桥桥墩上架设预制T梁，最后现浇整体桥面板，进行桥面铺装，完成施工。

   4.9 工程数量预算

   主梁、墩台基础采用C50混凝土；桥面铺装及防撞护栏采用C20混凝土；采用普通钢筋及钢材，重量为7.85t/;预应力筋采用，理论重量为/m。工程数量按照类比以及分项指标进行预估，如下表所示：

   方案三工程数量预估表

5 方案比选

5.1方案技术经济比较

5.2推荐桥型方案

根据施工、经济、造型等因素考虑，最终采用方案一：

三跨变截面预应力混凝土连续钢构作为推荐桥型方案，优点如下：

1. 造形式轻巧、简单、与山谷地形景色协调一致；

2. 行车舒适，超静定结构，强度刚度可靠，易养护，满足运煤等较重货物的安全性、适用性和耐久性，施工简单，工艺成熟，三种方案中，在山区施工时，难度最小；

3. 工程量估算来看，所需用料最较少，较为经济，受力简单，工程量小。

   综上，选用方案三中承式钢管混凝土系杆拱桥作为最优方案。

3. 研究计划与安排

1．方案设计 在可行的方案中进行方案比较，产生推荐方案，提交方案报告。方案报告由方案比较图(3号加长，平立面比例1：200)和相应设计说明组成。

2．技术设计

(1)完善总体布置图。根据技术设计的成果，细化完善方案设计时绘制的总体布置图；

4. 参考文献（12篇以上）

1.《桥梁工程》姚林森主编，人民交通出版社2009。

2.《预应力混凝土连续梁桥》范立础主编，人民交通出版社1988。 3. 公路桥涵设计手册《基本资料》人民文通出版社，1985。

3.《公路设计手册．拱桥》．(上、下册)，人民交通出版社，1979。 5.《结构矩阵分析和程序设计》匡文起等编著，人民交通出版社199l。