矮塔桥说明典尚设计

说 明6一、 设计依据本桥位于国道主干线二连浩特至河口公路山西侯马至禹门口段黄河大桥（以下简称“禹门口黄河大桥”）K61+352K61+752、K64+552K64+952段，是两联75+125+125+75米矮塔斜拉桥。施工图设计文件编制的主要依据如下：1、交通部交公路发2003527号文关于二连浩特至河口国道主干线山西省侯马至禹门口公路黄河大桥技术设计的批复。2、黄河水利委员会黄河务200127号文关于国道二连浩特至河口公路山西侯马至禹门口段黄河大桥桥位与桥型方案审查意见请示的批复。3、中交第二公路勘察设计研究院2002年11月编制的国道主干线二连浩特至河口公路山西侯马至禹门口段黄河大桥技术设计。4、郑州黄河康利经贸有限公司2001年4月编制的国道主干线二连浩特至河口公路禹门口黄河大桥防洪影响评价。5、山西省地震工程勘察研究院1999年2月编制的国道主干线二连浩特至河口公路禹门口黄河公路大桥桥址地震安全性评价报告。二、设计规范1、公路工程技术标准（JTJ00197）2、公路桥涵设计通用规范（JTJ02189）3、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ02385）4、公路斜拉桥设计规范（试行）（JTJ02796）5、公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ02485）6、公路砖石及混凝土桥涵设计规范（JTJ/02285）7、公路工程抗震设计规范（JTJ00489）8、公路桥梁抗风设计指南（JGJ08191）9、公路桥涵施工技术规范（JTJ0412000）10、钢筋焊接网混凝土结构技术规程（JGJ/T 11497）三、主要技术标准1、矮塔斜拉桥桥面宽28m（含布索区）。2、荷载标准：汽车超20级，挂车120。3、桥面横坡：双向2%。4、地震烈度：基本烈度度，按度采取设防措施。5、设计洪水频率：1/300。6、通航：根据山西省、陕西省交通厅航运管理局联合制定的航道规划，桥址处黄河的通航标准为（3）级航道，通航净宽35m，通航净高8m，设计最高通航水位为10年一遇洪水位。7、风速：初步设计收集了离桥位最近的河津市气象局19732002年历年各月份最大风速，根据此系列资料推算出桥位处设计风速为24.1m/s，基本风压为363Pa。查公路桥涵设计通用规范，桥址区域基本风压为500Pa，设计偏安全的按基本风压为500Pa进行计算，相应设计风速28.3 m/s。四、主要材料1、混凝土混凝土标号采用部位50号混凝土主梁、主塔墩（塔柱、墩身）40号混凝土主塔墩承台、12、16、61、65号桥墩帽梁与墩身30号混凝土主塔墩桩基、12、16、61、65号桥墩承台25号混凝土12、16、61、65号桥墩基桩主梁、主塔均采用50号混凝土。桥面铺装为沥青混凝土。孔道压浆为50号水泥浆。混凝土技术标准应符合公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ02385）有关规定。砼的配合比、拌制、运输、浇筑、振捣、养生、施工缝、以及砼配合料所采用的水泥、砂、石、水、外加剂等材料的要求，应严格按照公路桥涵施工技术规范，满足规范所规定的质量检验和质量评定标准。2、钢筋普通钢筋标准应符合GB1301391、GB149991及GB1301491的要求。受力主筋直径20mm的螺纹钢筋应采用闪光对焊或套筒挤压连接或等强直螺纹连接。套筒挤压接头的施工与检验应符合JGJ10796钢筋机械连接通用技术规程及JGJ10896带肋钢筋套筒挤压连接技术规程的规定。等强直螺纹连接应满足Q/JY081997钢筋等强直螺纹连接技术规程。电弧焊接：其焊条应符合GB/T 511795碳钢焊条及GB/T 511895低合金钢焊条的规定。钢筋焊网：用于主塔墩塔柱的防裂钢筋网，采用6mm的带肋钢筋，间距1010cm，技术标准应满足JGJ11497的规定。3、钢材钢板、型钢除注明外，均为Q235D钢，其技术标准必须符合GB70088的规定，选用的焊接材料应符合GB98176的要求，并与所采用的钢材材质和强度相适应。4、预应力钢材(1) 预应力钢绞线公称直径为15.24mm，低松弛预应力钢绞线，标准强度1860MPa，弹性模量1.95105MPa，张拉控制应力为0.75Rby=1395MPa，技术标准应符合ASTM A41690a 270级的规定。锚具需符合1993年国际预应力混凝土协会（FIP）建议的类优质锚具，其锚固效率系数a不小于95%。(2) 预应力粗钢筋采用直径32mm精轧螺纹钢筋，标准强度不低于750MPa，弹性模量2.0105MPa，张拉控制应力为0.9Rby=675MPa，YGM锚具及相应连接器。5、斜拉索采用OVM250-34钢绞线斜拉索体系。钢绞线采用高强度低松弛环氧钢绞线，外包单层黑色HDPE；在钢绞线构成的斜拉索索体外面还有一层彩色HDPE外护套。两端采用可张拉的OVM250系列锚具，锚具夹片宜使用优质高强的进口夹片。6、支座及伸缩缝在13、15、62、64号桥墩墩顶采用球形支座，主梁横向外侧球形支座规格为QZ25000SX，主梁横向内侧球形支座规格为QZ32500SX、QZ32500DX。在12、15、61、65号桥墩墩顶靠近矮塔斜拉桥主桥一侧采用球形支座，主梁横向外侧球形支座规格为QZ6000SX，主梁横向内侧球形支座规格为QZ3500SX、QZ3500DX。矮塔斜拉桥主桥与引桥相接处采用仿毛勒SSFB240型伸缩缝。五、矮塔斜拉桥结构及设计要点矮塔斜拉桥桥跨布置为75+125+125+75m，系三塔单索面预应力混凝土部分斜拉桥，一联主桥全长400m。位于直线段上，两联斜拉桥对应纵坡分别为+0.74%与-0.74%，桥面横坡2%。本桥采用塔梁固结、中间主塔墩梁固结、另两个主塔墩梁分离的体系，墩顶设支座，目的是使部分斜拉桥的受力更加接近梁式体系，受力明确，结构简单。1、主梁主梁采用单箱三室大悬臂变截面PC连续箱梁，支点梁高4.2m，跨中梁高2.3m，从支点起25.5m范围内梁高按二次抛物线变化；箱梁顶宽28m，悬臂板长5m，箱梁底宽由15.734m渐变到17m；两外腹板为斜腹板，腹板斜率不变，厚50cm；两中间腹板为直腹板，厚40cm；顶板厚度不变，边室28cm，中室45cm；底板厚2580cm；边室净宽6.776m，中室净宽2.6m，斜拉索锚固点布置在箱梁中室内。主梁除支点处设横隔板外，每根斜拉索锚固点处均设横隔板，间距4m，边室横隔板厚度为30cm，中室横隔板厚度为40cm。主梁采用三向预应力结构，纵向预应力采用15-9、15-12钢绞线，横向预应力采用BM15-4、BM15-5、15-12、15-15、15-19钢绞线，分别布置在顶板和横隔板内，竖向预应力采用直径32mm高强精轧螺纹粗钢筋，布置在腹板内。主梁0号块节段长10m，在墩顶和墩旁临时支架上立模现浇，边跨支架现浇梁段长11.5m，边中跨合拢段长2m，1、2、3号梁段长3m，4号梁段长3.5m，其余梁段长度均为4m，采用挂篮悬臂浇筑法施工。2、主塔主塔高24.5米，采用钢筋混凝土独柱实心矩形截面，顺桥向长3米，横桥向宽2米，布置在中央分隔带上，并与主梁固接。此处桥梁内侧波形梁护栏需改为0.5米宽的防撞护墙，以便放置索塔。塔身上部设鞍座，以便斜拉索通过。斜拉索横桥向呈两排布置，鞍座亦设两排。鞍座采用双重钢管结构形式，外管预埋于混凝土塔内，内管置于外管内，斜拉索穿过内管。在两侧出口处的斜拉索上设有索夹，以防止斜拉索滑动；内、外管均与各自的钢管座焊固，以防止内外管相对滑动。为与斜拉索通过鞍座相适应，双重管中段采用圆弧形，内、外管圆弧段中心线弯曲半径分别为3.020m和3.028m。1315、6264号桥墩为薄壁式主塔墩，每个塔墩基础由18根2.0m的钻孔桩组成群桩基础，桩基均为摩擦桩。13号主塔墩设计桩长80m，14号主塔墩设计桩长87m，15号主塔墩设计桩长65m，62号主塔墩设计桩长80m，63号主塔墩设计桩长90m，64号主塔墩设计桩长76m。承台厚4.0m。在桥墩和承台的端部设置分水尖以抵抗冬季可能发生的冰凌危害。12、16、61、65号桥墩采用门架柱式墩。承台厚度2.5m，下设8根2.0m的双排钻孔灌注桩基础。16、61号桥墩及承台端部设置分水尖以抵抗冬季可能发生的冰凌危害。3、斜拉索斜拉索为单索面，双排布置在中央分隔带上，每个塔上设有9对18根斜拉索，全桥共108根（两联）。斜拉索在主梁上纵向标准间距4米，双排横向布置 间距1米，塔上竖向间距1米。斜拉索在塔顶连续通过鞍座，两侧对称锚于主梁。斜拉索采用钢绞线，每根拉索由34根j15.24mm单根环氧钢绞线组成。位于索鞍处的钢绞线为裸索，待施工完毕后，在内钢管灌注60号环氧树脂砂浆。斜拉索采用多重防腐措施，单根环氧钢绞线，外包单层PE，钢绞线索外包HDPE套管。六、结构计算1、 计算参数的取值（1）温度a、体系温差，取合拢温度1015，根据当地月平均最高气温和最低气温情况，综合考虑后计算取体系升温16.4，体系降温19。b、 梁上下缘温差5；c、 索梁温差10；d、 索塔温差10。（2）支座不均匀沉降主塔墩取2cm。 （3）其他混凝土容重=26kN/m3，E=35000MPa；斜拉索=82.4kN/m3，E=195000MPa；施工挂蓝按1200kN计；桥面铺装及防撞护栏等按87.4 kN/m3计。2、 结构分析结构分析主要采用我院编制的“钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁综合设计程序（GPRBP）”、空间有限元程序等多个软件进行结构静力、动力分析。总体静力计算采用平面杆系理论，主梁从0#节段开始，各节段悬臂浇注施工至边跨合拢、中跨合拢、桥面施工到成桥运营进行计算，其中包括：自重、预应力的加载、混凝土的收缩和徐变、施工荷载、桥面系荷载等影响。在成桥运营阶段，考虑了汽车、挂车、墩身沉降、汽车制动力、温度力、支座摩阻力等作用和影响。其中温度计算考虑了体系升降温、梁上下缘温差、梁塔索温差等。计算时，对于斜拉索的几何非线性影响，通过修正斜拉索弹性模量的方法予以考虑。为了进一步对结构进行分析，采用了空间杆系计算模型、空间实体单元模型对结构进行了分析。主要计算内容如下：(1) 主梁各施工阶段、成桥阶段内力分析。(2) 12、16、61、65号桥墩的帽梁、墩身、承台、桩基内力分析。(3) 1315、6264号主塔墩的墩身、承台与桩基计算。(4) 主塔锚索区局部应力分析。(5) 主梁锚索区局部应力分析。(6) 主梁横梁应力分析。(7) 斜拉索索力计算。(8) 全桥动力分析：采用“单梁式”模型，用空间分析程序对成桥阶段用反应谱理论计算地震荷载。七、主梁施工要点1、总则桥梁施工除严格遵守现行公路桥涵施工技术规范，并按公路工程质量检验评定标准进行质量检验外，还应注意：(1)混凝土：本桥主梁混凝土为50号，施工时应仔细研究确定施工工艺和选用的材料，进行高强度混凝土最佳配合比设计与试验，制定质量控制和检测方法，并从严控制。主塔、主梁节段施工时，新旧混凝土接缝表面必须凿毛、清洗，以保证新旧混凝土结合良好。(2)钢材：普通钢筋、预应力钢材和锚具应按设计技术指标和型号进行采购，并按有关质量检验标准进行严格的检验，遵照施工技术规范及有关要求进行施工。(3)各部分应严格控制截面尺寸，施工误差应限制在施工规范容许的偏差范围之内。应重视主梁的施工观测和施工控制，按有关要求与科研试验项目紧密结合，做好各项参数和数据的实验和采集，做到准确的控制分析和调整，确保箱梁受力状态和线性控制在允许范围内。图中标高均未考虑支架、挂蓝的变形，对它们产生的弹性、非弹性变形，施工中通过施工监控准确估算并设预拱度予以消除。在桥梁施工过程中，必须由专门的监控单位进行监控，对桥梁施工过程和成桥状态的主梁变形、主塔偏位、斜拉索索力、控制截面的应力或应变进行全面监测监控。监控单位应制定详细的施工监控实施细则，在采集必要的数据并通过参数识别后，对理论值进行修正计算；据此对主梁和主塔施工的立模标高和斜拉索的安装索力给予调整，以满足设计要求。2、主桥上部构造主梁施工顺序应严格按施工程序施工。主梁预应力施工应采用真空辅助吸浆工艺，以确保预应力施工的质量。（1）0号梁段的施工由于0号梁段混凝土方量较大，且管道、钢筋密集，为保证混凝土浇筑质量，竖向可分层浇筑，各层混凝土龄期差应尽可能小(在下层混凝土初凝或能重塑前浇筑完成上层混凝土)，避免因各层混凝土收缩的差异导致混凝土开裂。0号块浇筑完成后，应切实注意浇水养生，加强块件内的通水降温、及时拆模，以避免因内外温差造成混凝土内外开裂。（2）箱梁的悬臂施工115号梁段箱梁在挂篮上对称悬臂浇筑。挂篮必须保证足够的承载能力和刚度，以免因挂篮变形较大而导致块件结合面的开裂。此外挂篮尽可能轻型化和行走方便。悬浇挂篮在0号梁段上安装完毕后，应进行预压测试，并记录预压时的弹性变形曲线，以尽可能消除非弹性变形和获得标高控制的数据。各悬臂施工梁段要求一次浇筑完成，无论在浇筑阶段、挂篮移动或拆除阶段，均应严格保持对称平衡施工。每一梁段混凝土浇注完毕，并达到85%设计强度后，先张拉纵向预应力钢束，再张拉横向、竖向预应力钢束，最后张拉斜拉索。每个梁段最前端的一束横向预应力及竖向预应力应待下一梁段混凝土达到85%设计强度时张拉。横隔板较薄，预应力孔道与钢筋间距较小，施工时应注意混凝土粗骨料粒径不宜太大，以保证混凝土浇注密实，振捣时宜用 小型插入式振动棒。（3）边跨现浇段的施工边跨现浇段在支架上一次浇筑完成，支架应进行预压以确保安全和消除非弹性变形，并按实测的弹性变形量和施工控制要求，确定立模标高和预拱度。现浇段底模安装时应按要求在现浇段横梁底安设支座。（4）箱梁合拢段的施工箱梁的合拢是控制全桥受力状况和线形的关键工序，因此箱梁的合拢顺序、合拢温度和工艺都必须严格控制。合拢段的施工应尽量安排在日最低温的时间进行。合拢段浇筑后应加强箱梁的覆盖，浇水降温养护，混凝土达到强度后应尽快张拉预应力。合拢时要求施工控制单位、监理、施工单位做好充分准备，严格控制合拢程序。保证合拢段不发生过大的不平衡荷载及变位。边跨合拢是在支架上完成，中跨合拢是采用吊篮完成。边跨合拢顺序： a、 合拢边跨之前，拆除边跨挂篮，在边跨悬臂端设置51吨压重，并安装劲性骨架。b、 浇筑合拢段混凝土，同时卸掉等重量的压重物。c、 待混凝土达到85的强度后张拉边跨顶、底板预应力钢束。d、 拆除边跨支架和主墩上临时约束。中跨合拢顺序：a、 拆除跨中挂篮，安装合拢吊架。在中跨两悬臂端各设置51吨压重，并安装劲性骨架。b、 在当天温度最低时浇筑合拢段混凝土，同时卸掉等重量的压重物。c、 待混凝土达到85的强度后张拉中跨顶板、底板预应力钢束。d、 拆除吊篮。主梁合拢时相对高度误差不得大于2.5cm，横向偏差不得大于1.5cm。（5）斜拉索安装钢绞线在索鞍部分应对号入座，防止错位、缠绕和搅索。钢绞线防腐工作十分重要，施工中应认真操作，切实做好。斜拉索安装应采取稳妥措施，防止外层PE护套的划痕和破裂，并应防止外层颜色的污染。每个塔柱内有18个鞍座管道，结构复杂，钢筋数量较多，施工时务必谨慎。斜拉索鞍管道定位误差不超过1cm，角度误差不得大于5”。若普通钢筋与其相碰，可适当调整普通钢筋位置。斜拉桥施工时应建立严格的监控系统，适时采集结构几何尺寸、容重、收缩徐变、弹性模量、预应力、斜拉索张力、施工温度等各类技术参数，按实际参数跟踪计算、分析，确定下阶段立模标高及斜拉索初始张拉力，做好施工控制。（6）其它注意事项a、箱梁混凝土的内在质量和外观质量应严格控制，混凝土浇筑时应保证浇筑进度和振捣密实，所有工作缝应认真凿毛清洁，确保新老混凝土的结合强度，并应注意混凝土的养生。所有箱梁的外表均应达到平整、光洁和全桥混凝土颜色一致。b、箱梁施工中因施工所需开设的孔洞，均应征得设计单位的同意。所有施工预埋件，在施工完成后予以割除，恢复原状，并注意防锈和美观。所有永久预埋件定位必须准确，特别是斜拉索预埋管道，其定位误差不得超过设计规定。c、竖向预应力施加的准确与否，对腹板斜截面主应力影响极大，要求采取可靠的施工方法确保竖向预应力施加的准确，建议通过试验确定正确的施工程序，竖向预应力采用二次张拉，并且二次张拉时间不能过长。预应力施加完毕后，要在24小时内及时灌浆；同时注意防止桥面施工用水流入竖向预应力管道。全桥合拢后，应对所有竖向预应力钢束进行检查，确保有效的预应力及灌浆饱满。d、箱梁内齿板钢筋应与箱梁钢筋绑扎为整体。齿板混凝土应与箱梁混凝土同时浇筑。e、箱梁内各部位的钢筋如与预应力管道发生干扰，可局部调整钢筋的位置和形式，禁止截断钢筋，如确有必要，需经设计单位认可，截断的钢筋应及时补强。f、挂篮自重不得大于120吨。悬臂浇筑施工前，应对挂篮自身进行详细的结构验算，以保证挂篮能够承担最大悬浇重量。挂篮移动和定位时，应采取可靠的锚固措施，确保挂篮不发生坠落。g、在施工组织过程中应对本设计各部分图纸进行综合考虑，注意一些容易被遗漏的问题，如预应力齿板、槽口、防撞护栏、伸缩缝、挂篮后支点等预埋件的安装等。3、主桥下部结构（1）本桥采用钻孔灌注桩基础，按摩擦桩设计，桩长根据相邻钻孔地质资料计算确定。若地质情况有变，应及时与有关单位协商。（2）施工时必须严格控制墩身的垂直度。（3）支座底面标高、支座垫板的位置、平整度均须严格控制,以保证支座的正常使用；支座须按要求进行安装。（4）每根基桩均应埋设三根检测管，以便采用超声波法检验其混凝土质量。（5）钢筋混凝土钻孔桩，在造孔完毕和清孔后应进行质量检查，其允许偏差应符合交通部颁发公路桥涵施工技术规范要求。（6）为了便于起吊，钢筋骨架可分节吊装，就地焊接，两截主筋应对准，轴线应一致，焊接质量应检验证明符合要求。（7）其它未尽事宜，应按交通部部颁标准公路桥涵施工技术规范办理。八、科研及试验根据本桥的特点，在施工图设计阶段提出如下科研及试验专题：1、塔鞍座处节段模型试验该试验以验证主塔鞍座区段的受力性质。2、主墩基础试桩（桩承载力自平衡测试法）试验，以验证和优化基桩设计。3、主塔鞍座处斜拉索抗滑性能通过抗滑性能试验，以验证主塔鞍座的锚固性能。4、施工控制本桥为部分斜拉桥，其受力兼有普通斜拉桥和连续梁的特点。为保证成桥线形和运营阶段的索力在合理范围内，需进行施工控制。