大跨径混合梁连续刚构桥的设计研究

大跨径混合梁连续刚构桥的设计研究

摘要： 鹤南大桥是G325复线Ⅰ期工程（九江至龙口）的一段，是G325通道的关键结点之一，跨越西江，路线向南至终点江肇高速互通。 鹤南大桥总长为5.37km，主桥跨径布置为111.05+2×230+111.05m，路基宽度33.5m。上部结构采用了混合梁连续刚构桥方案。下部结构是钻孔灌注桩，按摩擦桩进行设计。本文主要介绍该桥的设计，并对设计中出现的问题进行了深入的探讨及其研究，以便具有借鉴的意义。

关键词：上部结构；混合梁连续刚构；下部结构；钻孔灌注桩

Abstract: NaDaQiao G325 railway crane is Ⅰ phase (jiujiang to longkou) section, is one of the key nodes G325 channel, across west river, south to the finish line to cause the exchanging the river. The crane NaDaQiao presidents for 5.37 km, the main span arrangement for 111.05 + 2 x 230 + 111.05 m, 33.5 m width of roadbed. The upper structure using hybrid girder continuous rigid frame plan. The structure is bored piles, the friction pile design. This paper mainly introduces the design of the bridge, the design in a deep discussion and research, in order to have the significance of.

Key words: the upper structure; Hybrid girder continuous rigid frame; The lower structure; Cast-in-place pile

工程概况

工程起点位于佛山市九江镇龙高路，并于起点设置鹤南大桥（总桥长约5.37km，主桥跨径布置为111.05+2×230+111.05m）跨越西江，路线向南至终点江肇高速互通。工程为双向六车道一级公路，全长约15km，设计时速为100km/h，路基宽度33.5m，互通3座。

项目区位于珠江三角洲西南部，西江下游右岸，位于冲积平原和剥蚀丘陵区。冲积平原面积占全市总面积的7.42%，主要分布在古劳、沙坪。桥址附近河段顺直，桥址处河面宽约976m，最大水深约36m。测量时常水位标高约1.0m

鹤南大桥与在建的广珠铁路西江大桥水中部分完全平行，广珠铁路西江大桥主桥桥型及墩位布置：111.05+2×230+111.05m，下承式拱，鹤南大桥位于广珠铁路西江大桥下游，两桥轴线相距只有43m，桥面净距只17.25m，相关部门要求两桥通航孔的桥墩、通航孔应需相互对应。为了让两桥景观更加协调，两桥主墩处梁高需一致，这样大大增加了鹤南大桥的设计难度。

工程地质及其水文地质条件

鹤南大桥九江岸位于佛山市南海区九江镇烟南村，龙口岸位于江门市鹤山市古劳镇丽水村，在K3+300处跨越西江主河道，地势平坦开阔，西江两侧河堤内密布鱼塘，地面标高一般在2.00-3.00m。场区总体地貌属于第四系海陆交互相沉积区（分区代号Ⅰ-2区）。

场区内出露的地层主要为第四系表土层（Q４me）、冲洪积层（Q４al 、Q3al）、海陆交互相沉积地层（Q4mc）,下伏基岩为白垩系上统三水组（K2s）沉积不整合于寒武系八村群地层之上。勘察揭露桥址内有西江断裂（F1断层）通过，在鹤山岸引桥范围内，QZK15钻探孔钻遇该断层，断裂带为压碎岩，推测断层产状55°∠60°，厚度5m（真厚度），岩石受构造影响挤压、破碎。

拟建大桥所在河段属于珠江水系西江干流三角洲网河区，西江是珠江流域内最大的水系，发源于云南省曲靖市沾益马雄山，流经贵州红水河，广西黔江、浔江，到梧洲汇桂江后始称西江并流入广东，至三水市思贤滘与北江相通并进入珠江三角洲网河区。西江干流至思贤滘全长为2075km，集雨面积353120km2。西江至思贤滘后主流折向南流，自北向南流经佛山市、鹤山市、江门市区、新会区、中山市和珠海市后经磨刀门、虎跳门出海，出海水道宽阔，河床坡降小，水流平缓，滩涂发育。

桥梁工程的结构方案

G325复线I期工程（九江至龙口，含鹤南大桥）鹤南大桥主桥设计方案是:预应力混凝土、钢混和连续刚构方案（简称“混合梁连续刚构桥”）。总体设计：孔跨布置：111.05+2×230+111.05=682.1m四跨预应力混凝土连续刚构桥。横向布置分幅布置，横坡2%。由于鹤南大桥与广珠西线铁路跨西江特大桥平行,且两桥相邻，为了与广珠铁路西江大桥景观协调一致，鹤南大桥主梁根部梁高12.5m，跨中梁高4.2m，跨中和根部梁高跨比分别为1/18.4、1/54.8，小于常规刚构桥的梁高。由于墩位及孔跨布置与广珠铁路西江大桥完全相同，边中跨比0.483：1，按照连续刚构方案设计，显然边中跨比例不合理。

为了解决上述设计难题，借鉴国内大跨径连续刚构桥的设计经验，决定在主跨跨中设46m钢箱梁，以有效减少主跨自重，改善结构整体受力性能。与预应力钢筋砼连续刚构相对比，钢-砼混合结构中跨设置钢梁可以优化刚构梁体结构受力，降低墩顶梁高，从视觉上可以让连续刚构结构变得更加轻便，另外，中跨钢梁的设置可以降低梁体自重，从而可以减小基础的规模。钢-砼混合结构可以避免刚构结构经常出现的跨中下挠及腹板开裂等桥梁病害。

3.1主梁的设计

主梁：箱梁宽度：顶宽16m，底宽7.6m，翼缘宽4.2m。梁高从跨中4.2m过渡到根部12.5m，按1.8次抛物线规律变化。

混凝土箱梁主要结构尺寸。顶板厚度：两腹板间顶板厚0.3m，翼缘端部厚0.2m，翼缘根部1m；底板厚度，最大悬臂端厚0.5m，根部厚1.3m，按1.8次抛物线规律变化。顶底板在钢混结合段处局部加厚为1.2m。腹板厚度：悬臂端部0.75m，根部1m；钢混结合段局部加厚为0.9m。

钢箱梁主要结构尺寸。顶板采用正交异性钢桥面板，面板厚度16mm；开口加劲肋高270mm，腹板厚8mm，翼缘宽200mm，厚12mm。底板采用正交异性钢板，面板厚28mm，I形加劲肋高300mm，厚20mm。腹板厚22mm，纵隔板厚20mm，横隔板间距4m，板厚12mm。横隔板之间设一道横梁，横梁悬臂翼缘高0.6m，悬臂根部和箱梁内部高1.3m，横梁腹板厚12mm，下翼缘宽400mm，厚30mm。

钢混结合段主要尺寸如下图所示。钢混结合段为主梁的关键部位，钢箱梁加强段采用变高T型加劲，钢箱梁端部设置多格室结构，且在格室内填充混凝土，并通过栓钉及承压板传递轴力、剪力和弯矩。同时，在钢格室腹板上设置PBL剪力键。为了使钢箱梁与混凝土箱梁紧密结合，采用了预应力钢束进行连接。钢混结合段长度16.5m；混凝土连接过渡段6.5m，钢格室在结合面钢箱梁侧1.5m，钢箱梁现场连接段2.5m，钢箱梁加强段6m，钢格室高度取为1200mm。