湖南工程学院毕业设计第1章 工程概况及方案比选1.1工程概述漳卫新河大桥位于津汕高速公路河北、山东交界的八标段，横跨漳卫新河，是连接河北、山东两省的重要通道，为多孔跨径不通航大桥。将于2011年1月1日开工，2011年11月10日竣工通车。该桥的建成，确保了津汕高速公路按时竣工，对加强山东、河北两省的经济、文化交流，促进地方经济发展，提高公路运营效益和强化路网结构功能具有十分重要的意义。 1.2 工程地质条件1.2.1 工程地质条件概述拟建场地地处河海冲淤积平原区，第四纪堆积约25m厚，基底为中粒花岗岩，地基土类型多，变化大，土质不均，工程地质条件复杂。详细地质分布由上至下如下：1、填土：灰色，灰黄色，稍松稍密，稍湿湿，成分以粘性土为主，含有中粗砂，瓦砾及碎石块等，土质不均。本层东西岸均有分布，层厚1.4-2.0m，堆积时间大于15年之久。2、粘土：灰黄色，褐黄色，湿饱和，软可塑可塑，成分以粘土为主，含氧铁结核，此层ZK2孔被填土替代缺失，ZK4孔为耕植粘土0.3m厚，层厚0.3-3.2m。3、淤泥质土：灰色，青灰色，软流塑，饱和，由淤泥质粘土、淤泥质亚粘土组成。但是，ZK4孔一带中上部为淤泥，下部为淤泥质土，中混10-15%的粉细砂及少量有机质，含腐殖物，具腐臭味。该层东西岸均有分布，层厚4.1-6.0m。4、含泥中细中粗砂夹淤泥质土、砂质粘土层：含泥中细粗砂：灰色，灰黄色，稍密，饱和，北岸中粗砂为主，西岸中细砂为主含砾卵石（直径0.5-5cm），泥质含量约10-20%，该层于ZK3孔，10-11.7m相变为稍密状砂粒卵石；于ZK2、ZK3、ZK4孔一带中部夹软流塑淤泥质土厚约1-2m；于ZK4孔一带中下部夹2m厚之可塑状砂质粘土。全层总厚度5.35-6.40m，纯砂厚3.5-6.5m。5、砂卵石：黄色，灰黄色，稍密，饱和，由卵石，沙砾组成，卵石直径2-6cm，个别大于10cm，呈亚圆状，成分为中风化凝灰熔岩，分选性较差，磨圆度中等，卵石含量30-60%，泥质含量约10-15%。砂泥充填，该层东西岸均有分布，层厚4.10-7.15m。6、残积质粘性土：褐黄色，灰白色，黄白色，饱和，可塑硬塑，母岩为中粒结构花岗岩，此层由粘性土，石英砂，云母片等组成，原岩结构大部已破坏，该层东西岸均有分布，层厚3.30-5.10m。7、强风化花岗岩：褐黄色，黑夹白色，硬塑，由长石、石英、云母片及暗色矿物组成，中粒结构，呈砂砾状，矿物已显著变化，岩芯易碎成半土半岩，钻进时有“咔嚓”声，该层东西岸均有分布，层厚3.5-5.7m。8、中风化花岗岩：灰白色，黑夹白色，坚硬，岩芯呈碎块状，裂隙发育，中粒结构，矿物成分基本未变，该层东西岸均有分布，层厚0.4-1.1m。9、微风化花岗岩：墨黑夹白色，灰白色，坚硬，中粒结构，块状构造，裂隙中等发育，岩芯完整，呈短柱状，本层东西岸均有分布，该层钻孔最大控制厚度为6m。岸坡稳定性分析：拟建场地东西两岸，经河流上、下游两条断面图实测结果，岸坡陡直，坡角85-90度。但是，东岸ZK2孔一带岸坡相对较缓，坡角约45度。根据东岸ZK1、西岸ZK4孔按条分法、圆弧法计算，ZK1孔按坡身园设定，其稳定安全系数Ks=0.635；ZK4孔按坡身园、坡角园设定，安全系数分别为0.463，0.909，均属不稳定岸坡。计算的安全系数系指自然岸坡状态，倘若顾及地震作用、动水力作用更加不稳定，故应采取护坡措施。1.2.2岩土层物理力学指标统计表1.1 岩土层物理力学指标统计表层号土名土工试验标贯测试重力动探测试天然含水量w（%）天然容重g(kN/m3)天然孔隙比e液性指数II内聚力C(Kpa)内磨擦角f()压缩模量Ee1-2（Mpa）击数N63.5值(修正值)击数N63.5值(修正值)2粘土43.2181.180.7134.416.14.023淤泥质土44.47517.21.2391.539.051.72.4434中细中粗砂8.8265砾卵石9.4486残积质粘性土25.418.70.820.1521.5326.134.55722.631.2.3地基承载力表1.2 地基承载力表层号土名状态地基土标准承载力fk（kpa）压塑模量Ee1-2（Mpa）冲钻孔灌注桩桩周土摩擦力极限承载力（kpa）桩端极限承载力（kpa）1填土松散稍密80-90252粉质粘土软缩可塑1003303淤泥质粘土软流塑50-701.5-2.512-144含泥中细中粗砂稍密110-1603.920-404-1淤泥质土软流塑70-802.54-2砂质粘土可塑18065砾卵石稍密380-40070-804.06残积质粘性土硬塑220-2504.5-5.5502.0-2.47强风化花岗岩硬塑500-550604.0-4.58中风化花岗岩坚硬1500-1600909微风化花岗岩坚硬8000-900012016.0-18.01.2.4工程地质评述桥基持力层及基础类型：拟建场地地基土由人工填土（厚1.4-2.0m）、河漫滩相可塑状粘土层（厚0.3-3.2m）、海相高压缩性淤泥质土（厚4.1-6.0m）、含泥中细中粗砂（厚5.35-6.4m）、河床相稍密状砾卵石（厚4.10-7.15m）、残积质粘性土（厚3.30-5.10m）、强风化花岗岩（厚3.5-5.7m）、中风化花岗岩（厚0.4-1.1m）、微风化花岗岩组成。上部：填土呈稍松稍密状，均匀性差；粘土层厚度变化大，中压塑性；淤泥质土流塑状，高压塑性，承载力低；含泥中细中粗砂饱和可液化砂土均不具备天然持力层条件。中部：砾卵石层分布稳定，工程性能差，强透水性，无下伏软弱土层，低压塑性，承载力高；残积质粘性土工程性质较好，承载力较大。下部：强风化花岗岩，微风化花岗岩层厚大，其中微风化花岗岩饱和单轴极限抗压强度高，为115.49-136.40Mpa，是桥基良好的桩端持力层。鉴于中风化花岗岩上覆地基土土质不均，桥梁竖直荷载大，加之风力、地震力水平荷载作用，桩基承受一定的上拔作用，为减少桩基沉降差异，确保桩基稳定性，建议桩基持力层选用微风化花岗岩。1.2.5河床横断面表1.3 河床横断面标高表桩 号标 高（m）桩 号标 高(m)0+0002.800+110-2.600+0101.700+120-2.900+046.600.200+134.60-1.100+057.60-2.600+166.400.300+070-2.950+1802.600+080-2.60常水位1.050+090-3.10设计水位5.100+100-2.80桥面设计标高7.80标高高程采用黄海高程1.3 方案比选1.3.1 比选方案的主要标准桥梁方案比选有四项主要标准：安全，材料，功能，经济，其中以安全与经济为重。过去对桥下结构的功能重视不够，现在航运事业飞速发展，桥下净空往往成为运输瓶颈，比如南京长江大桥，其桥下净空过小，导致高吨位级轮船无法通行，影响长江上游城市的发展。至于桥梁美观，要视经济与环境条件而定。根据桥梁的功能要求，结合桥位地形、地质，通过方案比选，确定桥型。方案比选应包括：(1) 桥梁型式：思路要宽广，可暂不管经济、美观与否都可提出，可不拘材料类型，或可同时考虑上、中、下承式各种桥型。总之，凡具有一定优点而有可能实现的体系，均可提出。(2) 截面类型在确定桥梁型式后，对各种可能采用的截面型式进行比选。(3) 墩柱型式：应使上下部协调一致，轻巧美观，与环境和谐、匀称。墩台选型一般服从梁部型式，此外，也受占地、道路、通视等限制。1.3.2 具体方案比选初步设计阶段，对桥型提出四种方案，分别是：上承式桁架拱桥、预应力混凝土刚构桥、部分预应力混凝土斜拉桥、预应力混凝土简支梁桥。(1) 上承式刚架拱桥方案跨度为180m。刚架拱由刚架拱片、微弯板和横系梁组成，两岸桥台采用轻型结构，采用块石圬工砌筑。简图如图1.1所示： 图1.1 上承式刚架拱桥(2) 预应力混凝土刚构桥方案（25+30+40+30+25）m三跨预应力混凝土T形刚构桥，桥梁全长158.25m。上部为单箱双室的T形刚构，下部为箱式空心墩，灌注桩基础。简图如图1.2所示： 图1.2 预应力混凝土刚构桥(3) 部分预应力混凝土斜拉桥方案（20+30+90+30+20）m三跨部分预应力混凝土斜拉桥, 桥梁全长195.4m。采用双索面形式，塔、梁固结，主梁采用变高度预应力混凝土箱梁，单箱多室截面，主塔采用实心混凝土矩形截面。下部采用钢筋混凝土空心墩，灌注桩基础。简图如图1.3所示： 图1.3 部分预应力混凝土斜拉桥(4) 预应力混凝土简支梁桥方案m五跨预应力混凝土简支梁桥。主梁采用T形截面，桥墩均采用双柱式桥墩，桥台为肋式桥台，基础为钻孔灌注桩基础。简图如图1.4所示： 图1.4 预应力混凝土简支梁桥四种方案比较详见表1.2。- 7 -湖南工程学院毕业设计 上承式桁架拱桥预应力混凝土刚构桥部分预应力混凝土斜拉桥预应力混凝土简支梁桥安全性拱的承载潜力大。但伸缩缝较多。上承式拱曲线底面将增加桥面高程。行车条件较差。静定结构，桥面平整度易受悬臂挠度影响。梁高小，跨度大，带有横梁的双肢薄壁墩具有一定的联合刚度，要承受较大弯矩，但薄壁墩的刚度小。基础沉降对结构影响大。行车条件较差。高次超静定结构，包含更多设计变量，全桥中的技术经济合理性不能简单地由结构体积小、重量轻或者满足应力要求等概念准确表示，给选定桥型方案和寻求合理设计带来一定困难。主桥跨度适中，拉索是柔性体系，风力作用下会振动，会影响桥上行车和桥本身的安全，横向刚度小。行车平顺舒适。静定结构，构造简单，对墩台不均匀沉降无影响。主梁高跨比适中， 技术成熟，计算简单，施工方法简单，质量好，保证工程本身安全。行车较为平顺。可保证司机正常行驶，满足交通运输安全要求经济性需要大量的吊装设备，占用施工场地大，需劳动力多。工序较多，建桥时间也较长。技术较先进，工艺要求较严格。上部构造除用挂篮施工外，挂梁须另搞一套安装设备。主桥后期营运养护较麻烦，费用较多。需要大量拉索钢丝，预应力束，主塔构造复杂，高空作业多，斜拉索施工复杂，工期较长。斜拉索后期营运养护费用较高，基础施工复杂，还需要减震装置。施工技术成熟，方法简单，易掌握，需要的机具少，无需大型设备，可充分降低施工成本，所用材料简单，价格低，成桥后养护费用少。表1.2 方案比选表续表1