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设计施工方案比选Word文档
滨州孙武黄河大桥
设计--施工方案比选
一、主桥桥型方案比较:
1、根据初步设计汇报材料中,我方采取方案二和方案三进行综合比较。
方案二矮塔斜拉桥(预应力混凝土箱梁)方案造价略高,施工工艺比较成熟,施工难度一般,但措施费较高,景观效果较好,创新性较强,富于古典美,古今结合。
方案三预应力混凝土钢构-连续梁桥为较常规的大跨径梁式桥,造价低,桥上视野通透,施工技术可控,难度一般,但是由于近些年来这种大跨径结构逐渐显露出一些不足,主要是跨中下挠和腹板结构裂缝。
2、设计方案分析:
1)矮塔斜拉桥优点:
(1)造型上结构新颖,桥梁造型独特,古今结合,五塔体现了大气高端之美。
桥梁跨度较大,桥梁基础较少、有利于跨越很宽的障碍物,梁体尺寸较小,桥梁的跨越能力较大;
(2)受桥下净空和桥面标高的限制少,不需集中锚碇构造,便于悬臂施工等。
2)矮塔斜拉桥缺点:
(1)柔性结构,变形较大,后期维护工作量大,造价高,运营期间
的养护费用比较高。
尤其是换索费用高。
(2)与下游黄河桥型一致,不符合一桥一景的景观设计。
(3)施工技术要求严格,施工难度较大,现场措施费较高。
(4)它是多次超静定结构,设计计算复杂;索与梁或塔的连接构
造比较复杂;施工中高空作业较多,且施工控制等技术要求严格。
3)钢构连续梁优点
(1)技术成熟,施工难度一般,施工质量和进度处于可控状态。
(2)造价低,施工合作单位较多,招标范围扩大。
(3)经营期间的养护费用低,可以在施工完成后随意设计桥梁装饰。
连续刚构桥一览表
序号
桥名
国家
建成年
跨径
截面
备注
1
斯托马桥
挪威
1998
94+301+72
单室箱
主跨中部182m用轻质砼;
边跨梁内填砾石
2
拉夫特桑德特大桥
挪威
1998
86+202+298+125
单室箱
桥在R3000m平曲线上,中部224m轻质砼,边跨压重
3
虎门大桥辅航道桥
中国
1997
150+270+150
双单室箱
桥在R=7000m平曲线上,C55砼
4
苏通长江大桥辅桥
中国
2006
140+268+140
双单室箱
(在建)跨中设体外索
5
云南元江大桥
中国
2003
58+182+265+194+70
单室箱
桥高163m
6
门道桥
澳大利亚
1985
145+260+145
单室箱
边跨悬出与引桥相连
7
宁德下白石大桥
中国
2003
145+2×260+145
双单室箱
梁底用1.6次抛物线
8
泸州长江二桥
中国
2002
150+252+55
单室箱
边跨重力式锚碇桥台,C60砼
9
Schottwien桥
奥地利
1989
250
单室箱
四跨连续刚构
10
Doutor河桥
葡萄牙
1991
250
单室箱
双线铁路
11
重庆黄花园大桥
中国
1999
137+3×250+137
双单室箱
连续长度1024m
12
马鞍石嘉陵江大桥
中国
2001
146+3×250+146
双单室箱
双幅,连续长度1042m
13
宜水路金沙江大桥
中国
2005
140+249+140
单室箱
(在建),C65砼
14
黄石长江大桥
中国
1995
162.5+3×245+162.5
单室箱
连续长度1060m,C55砼
15
江津长江大桥
中国
1997
140+240+140
单室箱
C50砼
16
重庆嘉陵江大桥
中国
1997
140+240+140
双单室箱
---,,
17
重庆龙溪河大桥
中国
1999
140+240+140
双单室箱
---
18
贵州六广河大桥
中国
2002
145+240+145
双单室箱
桥墩高73m和90m
4)钢构连续梁缺点:
(1)跨中下挠是我国预应力砼连续梁(刚构)桥当前的通病问题,
近20多年来,不少大跨径梁桥先后出现持续下挠的现象。
(2)腹板结构裂缝是方案三的重大缺点,我国已建成200米以上的
连续钢构桥已有20座,跨径在100---200米之间的有100余座,然
而调查发现大部分连续钢构桥建成通车后几年箱梁腹板出现裂缝,有名的黄石长江大桥和广东虎门大桥就出现类似现象。
二、钢构连续梁缺陷的预防和处理:
1、挠度控制措施:
1)设计控制:
(1)增加跨中梁高。
将跨中部分箱梁高度增加,对跨中下缘应力有
所改善。
(2)增加跨中底板预应力索数。
安排三对31φj15.24体内索在施工结束后1~2年后进行张拉。
不但可以保证张拉预应力阶段下缘应力不大,同时也可以提高跨中下缘的安全储备。
(3)中跨底板预留体外备用钢索。
但由于收缩徐变的不确定性,尤其中跨对收缩徐变增长速度的敏感性较大,设计仍在箱梁内设置3对25φj15.24钢铰线(共2145t)做体外备用索,并要求载跨中区域预埋光纤光栅应变传感器或相当精度的其它装置,使用阶段定期对应力及挠度进行观测。
(4)调整顶板预应力钢束配置,使其满足连续梁恒载零弯矩要求。
(5)提高混凝土加载龄期减小徐变对结构的影响。
根据现有规范对徐变的有关规定,徐变终极值的大小与加载龄期直接相关,如当相对湿度为55%,构件理论厚度≥60cm,加载龄期3~6天时,徐变终极值为2.9,加载龄期7~60天时,徐变终极值为2.5。
因此在悬臂浇筑阶段,设计要求适当延长张拉预应力,张拉龄期不小于7天。
牺牲一部分建设速度,来降低徐变对结构的影响。
(5)增大混凝土含筋率至2%,减少混凝土的收缩徐变影响。
2)施工控制:
(1)做好高性能混凝土的原材料检测和配合比设计,加强施工控制和混凝土养护作业。
(2)专题进行混凝土不同龄期(7、28、90天)自由收缩和徐变值试验,并测定相应的弹性模量E,以取得较符合实际情况的徐变系数。
(3)对主梁和桥墩布置测点,对外形变化进行24小时连续测量,找到不同季节中大气温度对桥梁线形的影响规律。
(4)成立施工监控检测小组。
对连续刚构主梁施工过程中的结构内力、位移进行有效检测、分析、计算和预测,为施工提供工程控制信息(立模标高、预应力张拉顺序和吨位),以保证施工安全并最终达到设计成桥状态。
2、腹板结构裂缝控制措施:
对于腹板裂缝成因主要有混凝土收缩裂缝、预应力损失导致开裂、温度影响、施工材料影响等原因。
主要通过以下措施进行预防和处理。
1)0号块裂缝预防:
(1)由于水泥水化热是引起混凝土温升的主要因素,因此尽可能减少水泥用量,选用低水化热的普通硅酸盐水泥掺入15%的一级粉煤灰,降低混凝土入模的温度。
采用冷却水管控制水化热温度。
(2)尽可能采用连续一次浇筑,万一不得不采用二次浇注,也要尽可能缩短两次浇注的时间间隔。
(3)合理养护,控制拆模时间。
混凝土拆模时间应考虑气候环境等情况,必须有利于强度的正常增长,并防止混凝土开裂。
(4)选用高强度低松弛钢绞线、格构锚固并采用超张拉的方法都可以减少预应力损失。
2)箱梁节段间施工接缝处腹板竖向裂缝预防:
(1)支架必须具备足够的刚度和强度,必须采用相遇实际荷载的荷载预压,出强度满足需要外,其最大挠度应小于或等于2.0cm。
(2)采用正确的混凝土浇注顺序,先浇注前端,从前到后逐步浇注,当全节段接近浇筑完时,才浇注节段接缝处混凝土。
3)箱梁腹板斜裂缝
(1)张拉竖向预应力采用测力扳手,严格控制张拉到位,采用二次张拉,防止预应力损失。
(2)对预应力管道采用真空注浆技术,严格监控饱满度,封锚前认真清理锚头槽孔,并涂抹阻锈剂,采用低收缩混凝土浇注密实。
4)箱梁跨中腹板竖向裂缝和其相连的地板水平裂缝
(1)设计时充分考虑混凝土徐变因素,纵向预应力张拉必须足够,防止预应力损失。
(2)采用真空压浆技术,严格控制饱满度,确保压浆饱满,同时精心操作封锚工艺。
5)裂缝的处理
(1)对于宽度不大(0.1mm左右)的裂缝可采取表面修补法,即将表面灌浆涂抹或嵌缝封堵。
灌浆法一般适用于影响结构整体性或有防渗要求的混凝土;裂缝的修补,用浆泵使胶结材料(水泥浆、环氧树脂、聚氨酯等)凝结、硬化,从而达到修补裂缝的目的。
嵌缝法通常沿裂缝凿槽中填塑性材料(聚氧乙烯胶泥、塑料油膏等)或聚合物水泥砂浆,进而封闭裂缝。
(2)产生裂缝面积较大时,宜用黏贴碳纤维布的方法,对裂缝进行封闭,其抗酸碱性较好且轻质高强,对结构自重及刚度基本没有影响。
(3)当出现严重损坏混凝土结构裂缝时,应先去除已损坏的混凝土,在置换新的混凝土或改性聚合物混凝土。
结论:
通过以上设计、技术、经济必选,同时对常见问题的预防和处理措施的论述,同时考虑后期维修和养护费用低的因素,建议主桥桥型方案采用钢构-连续梁结构体系。
3、钢构连续梁施工的一些建议
1)跨径比
一般情况下,为使边跨正弯矩和中支点负弯矩大致接近的原则,
以使布束更趋合理,构造简单,故L1/L2=0.239~0.692是常见的边、主跨的跨径比范围,当L1/L2≤0.419时,边跨则需压重,应属于非常规的特殊处理;大都L1/L2=0.54~0.58则较合理,这将有可能在边跨悬臂端用导梁支承于端墩上合拢边跨,取消落地支架。
2)梁高
主跨箱梁跨中截面的高跨比h0≈(1/46.2~1/86)L2,通(1/54~1/60)L2,在箱梁根部的高跨比h1≈(1/15~1/20.6)*L2,大部分为(1/18)*L2左右。
目前在国际上有减少主梁高跨比的趋势,已建成的挪威stolma桥和Raftsundet桥,在跨中区段采用了轻质砼,减轻了自重,减小了主梁高跨比,其跨中h0≈1/86•L2和1/85.1•L2,根部高度分别为h1=1/20.1•L2和1/20.6•L2。
一般情况下,可采用2次抛物线的梁底变高曲线,但往往会在1/4•L2和1/8•L2处的底板砼应力紧张,且在该截面附近的主拉应力也较紧张,因而,可将2次抛物线变更为1.5~1.8次方的抛物线更合理。
在江苏平原通航河道上,为了满足通航净空的要求,在设计时甚至采用大于2次抛物线的幂级数设置底板曲线,这是值得十分注意的问题,事实证明,跨中挠度一般较大,极易发生正弯矩裂缝和斜裂缝。
3) 顶板厚度
以往通常采用28cm,近年来已趋向于减小为25cm,这显然与箱宽和施工技术有关。
4)底板厚度
以往通常采用32cm(跨中),逐渐向根部变厚,少数桥梁已开始采用28-25cm者,其厚跨比通常为(1/140~1/160)L2,也有用到1/200•L2者。
挪威stolma桥和Raftsundet桥最大底板厚度为105cm和120cm,合跨径的1/286.7和1/248.3,这将取得了明显的经济效益。
5) 腹板
一般为40~50cm,但应特别注意主拉应力的控制,近年来在腹板上出现较多斜裂缝的病害甚多,应予谨慎。
增加箱梁的挖空率,减轻截面的结构自重,采用高标号砼,采用较大吨位的预应力钢束,采用三向预应力体系等,无疑都是提高设计水平,获得良好经济效益的重要措施,但同时又必须合理地掌握好“度”,必须确保结构的安全度和耐久性。
6) 连续通长束不宜过长
根据连续结构的受力特点,截面上既有正弯矩也有负弯矩,个别设计中将连续通长束顺应弯矩包络图仅作简单布置是欠合理的,尤其对于较小跨径的矮箱梁,其摩擦损失单项即可达40~60%σk之多。
建议此时可采用两根交叉束布置,也可改用接长器接长,分成多次张拉等。
但在具体设计时接长器也不宜集中在某一个断面上,以使截面的削弱过于集中,同时也会造成施工上困难。
7)普通钢筋是预应力砼结构中必须配置的材料
当混凝土立方体试块受压破坏时,可以清楚地看到混凝土立方体试块侧向受拉破坏的形态。
也即预应力仅在某一个方向上施加了预压应力,而在其正交方向却会产生相应的侧向拉应力,这是预加应力的最基本概念,必须牢固掌握,灵活应用。
因而,在预应力混凝土结构中必须配置一定数量的非预应力钢筋,以保证预压应力的可靠建立。
为此,在一般情况下,非预应力钢筋约为80-100kg/m3(一立方米砼中的含筋量)。
偏少、偏多的构造钢筋均需作适当优化和调控。
例如××桥为多跨L=42m的预应力混凝土等高度连续箱梁,设计中采用了185kg/m3的普通钢筋,明显偏多,但在某些局部的普通钢筋却又偏少。
又如某桥的非预应钢筋仅为36.6kg/m3,实属太少。
8)关于扁波纹管、扁锚的采用
扁波纹管的采用,日益广泛,有利于减少构件的截面尺寸,但必须注意如下几点:
(1)波纹管的尺寸高度不宜太小,不利于饱满灌浆。
例如目前采用的M15-4,其相应的扁波纹管内径为70×19mm,一般常采用的钢绞线直径为φ15.24mm,则可灌浆的间隙仅有3.76mm<<10.0mm(公路桥规JTJ023-85,第6.2.26条、四中要求:
“管道的内径应比预应力钢筋外径至少大1.0cm”)。
在宽度方向:
70-4×15.24=9.04mm<10mm,其平均间隙为(70-4×15.24)/(4+1)=1.8mm。
因此很难保证灌浆的饱满度和可靠握裹。
在施工过程中扁波纹管的变形的可能性远大于圆波纹管。
(2)扁波纹管的根数。
在实际工程中常用的钢束根数为每管内4束或5束。
其锚圈口的损失,5束应大于4束,远较圆锚时要大,其锚固效率系数也较难保证达到95%,同时在穿束过程中也极易绞缠在一起,因而建议,每管内3.0束合适,4.0束尚可,5.0束不妥。
(3)扁锚用作横向预应力束合适;用作纵向受力主束欠妥,不应采用“扁锚竖置”作为纵向受力主束(弯起),这将会使实际有效预应力严重不足,各股钢束在竖置弯起的扁波纹管内互相嵌挤,摩阻损失很大,对扁波纹管的横向扩张力也很大,各束受力很不均匀,延伸率无法控制,这种“扁锚竖置”方案已有多座实桥失败,应该禁止采用
三、概算和估算对比:
A、根据孙武黄河大桥初步概算分析,方案二主桥建安费为27731万元,方案三主桥建安费为25900万元,方案二比方案三在主桥建安费上高1000~1500万,并且在10年一次的换索和大修要耗资1500~2000万,所以方案二比方案三在建安费上高7.5%,在后期养护费用上高出25%,综合上述从建安费和运营费指标上选择方案三,即钢构—连续预应力混凝土箱梁。
B、方案三概算分析:
1、人工费2011年和2014年取费一致。
2、现在钢材价格为3250元/吨(不含17%的增值税),2011年钢材价格5050元/吨(不含17.8的增值税),钢材价格下调了35.64%。
3、水泥、砂、石子的价格要比2011年下调了10%,具体还要参考当地市场价格。
4、柴油价格比2011年下调了8.54%,具体价格以当地为主。
5、土地征用及拆迁补偿费与2011年文件一致。
6、项目管理费、前期工作费、评估费以及前期运营资本费需要各个部门共同沟通而定。
7、施工和运营期间不可预见费用估定为总价的0.5‰。
8、方案概算值一般比实际预算高出10%。
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