摘 要：金湖大橋位于金湖縣城的淮河入江水道，水文復(fù)雜，下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大。本文針對(duì)初步設(shè)計(jì)中必須解決的水文計(jì)算、合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)橋型等重大技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了探討和研究，并提出了具體的實(shí)施方案。
關(guān)鍵詞：橋梁 設(shè)計(jì) 技術(shù) 研究
金湖大橋位于金湖縣城的淮河入江水道，治理淮河時(shí)，將原三河改造南泄高郵湖，整個(gè)淮河流域16萬(wàn)km2的洪水經(jīng)此流入長(zhǎng)江，屬季節(jié)性行洪河道。鹽金國(guó)防公路穿過(guò)此處進(jìn)入太行山脈，該河是我省除長(zhǎng)江以外的第二大水系，設(shè)計(jì)流量15000m3/s，主河槽寬3100m，是典型的排洪河流。改造后的水流在橋址處，幾乎與大堤成80°交角，因此水文復(fù)雜，下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大，初步設(shè)計(jì)必須解決水文計(jì)算、合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及經(jīng)濟(jì)橋型等重大技術(shù)問(wèn)題。
1、復(fù)雜的水文計(jì)算
我省水系有兩類河流，一是渠化河流，主要是通航和灌溉，它受上下水閘的嚴(yán)格控制和調(diào)節(jié)，河床穩(wěn)定，水流緩慢，水位變化小，特別是兩岸已有永久性加固河堤，故而這類河流的橋長(zhǎng)不直接取決于流量的大小，橋高與水位的關(guān)系也不大，滿足通航凈空即可，基礎(chǔ)的深度則略去沖刷的影響，設(shè)計(jì)時(shí)一般不作水文計(jì)算；另一類是泄洪河流，特別是瞬時(shí)洪峰流量大、速度快、沖刷嚴(yán)重，橋梁的長(zhǎng)度、高度、基礎(chǔ)的深度等均由水文條件決定。金湖大橋淮河入江水道正是后者，水文計(jì)算是總體設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。
?由橋址處15000m3/s流量時(shí)的速度等高線分布圖可以看出，入江水道東堤是洪峰的迎峰面，洪峰撞擊東大堤后，折向西大堤，東堤下的東偏泓水流紊亂，流速等高線密集，水頭落差大，流速變化快，渦流現(xiàn)象十分顯著。最大流速達(dá)1.8m/s，而上下游不遠(yuǎn)處流速不足1.0m/s，顯然該區(qū)域應(yīng)引起足夠的重視，屬最危險(xiǎn)區(qū)。
橋跨必須加大，必須避免由于橋梁跨度不足而進(jìn)一步增大流速的現(xiàn)象。由東偏泓向西，大橋與漫水路斜交35°左右，該路與東偏泓水閘都高于河底，從而提高了上游的水位，增加了水深（用于灌溉），因而洪峰經(jīng)過(guò)時(shí)，提高了落差，增大了流速，故漫水公路下游的沖刷就不可忽視，該區(qū)域流速達(dá)1.3～1.5m/s，影響范圍沿橋長(zhǎng)約500m左右。第三個(gè)區(qū)域是西大堤段，洪峰流速已降低至1.0～1.2m/s，屬正常水流區(qū)。由此可知：
①須分三個(gè)區(qū)域分別計(jì)算流量、流速與沖刷；
②主河槽橋跨的布置可設(shè)計(jì)為40+3×70+40m為連續(xù)結(jié)構(gòu)，因水深超過(guò)4m，推薦采用斜拉桁架連續(xù)梁；
③在不壓縮過(guò)水?dāng)嗝娴那疤嵯拢瑔慰缫?0m較好，這樣主河槽的橋長(zhǎng)約3150m.第Ⅰ區(qū)域是東偏泓區(qū)，長(zhǎng)約480m，過(guò)水面積3011m2，最大流速1.75m/s，平均流速1.54m/s，設(shè)計(jì)最高洪峰時(shí)，通過(guò)區(qū)域的流量為4643m3/s，橋長(zhǎng)僅占全橋的15.6%，而流量卻占總流量的31%.
也就是說(shuō)，東偏泓1/6.5的橋長(zhǎng)，須通過(guò)近1/3的流量。最能表達(dá)這一特性的水文參數(shù)是單寬流量qc，該區(qū)域的平均單寬流量高達(dá)9.67m3/s，與其相對(duì)應(yīng)的單孔橋跨應(yīng)在60～100m之間，本橋設(shè)計(jì)為70m跨徑，滿足要求。 根據(jù)《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》在主流深泓線上不宜布設(shè)橋墩的規(guī)定，該段有兩條水深超過(guò)8.5m的深泓線（設(shè)計(jì)水位時(shí)），且相距199.1m，故主河槽必須布設(shè)三跨70m主跨，方能跨越該深泓線，因此主橋中的主跨布置為40+3×70+40m斜拉桁架連續(xù)梁是適宜的。
第Ⅱ區(qū)域，可稱為漫水公路區(qū)域（橋與漫水路交叉區(qū)），這段橋長(zhǎng)約1200m，最大流速1.5m/s，平均流速1.35m/s，流量7035m3/s，占總流量的46.9%，平均單寬流量為5.86m3/s，與其對(duì)應(yīng)的單孔跨度20～40m，本橋采用30m預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T梁。
? 第Ⅲ區(qū)域?yàn)槠溆?420m的橋跨區(qū)，流速1.165m3/s，流量3322m3/s，占全部流量的22.1%，平均單寬流量為2.34m3/s，與其相對(duì)應(yīng)的單孔跨度約20m，為不壓縮水流，本橋仍用30mT梁，同Ⅱ區(qū)域。
這樣，位于兩大堤之間的主橋即為2×20+89×30+40+3×70+40+3×20+3×10m，西大堤以外的引橋?yàn)?孔20m簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力空心板，全橋總長(zhǎng)3293.38m.橋梁基礎(chǔ)埋置深度的確定，須進(jìn)行沖刷計(jì)算，由于三個(gè)區(qū)域的流速、跨度、下部結(jié)構(gòu)均不同，故也應(yīng)分別計(jì)算。沖刷計(jì)算有兩部分內(nèi)容，一是一般沖刷，二是局部沖刷。我國(guó)常用的是鐵三院的推薦公式，
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地質(zhì)鉆探資料表明，河床是粘性土，因此按“公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范”的規(guī)定，一般沖刷公式為：式中：hp—為一般沖刷后的水深（沖止時(shí)的水深）；hmax—橋下河槽最大水深（原始斷面）；hc—橋下河槽平均水深（原始斷面）；A—單寬流量集中系數(shù)，其中：B為平攤時(shí)河槽水面寬度，H為河槽平均水深；Q2—河槽部分通過(guò)的設(shè)計(jì)流量m3/s，最高洪水位時(shí)Q2=OP，QP=15000m3/s；μ—橋墩水流側(cè)向壓縮系數(shù)，μ=0.99；B′C—橋下河槽部分橋孔過(guò)水凈寬，m，IL—粘性土液性指數(shù)。局部沖刷公式為：hb=ξB10.6IC1.25V式中：hb—局部沖刷深度；Kξ—墩形系數(shù)；B1—橋墩計(jì)算寬度；IC—粘性土液性指數(shù)；V—一般沖刷后墩前行近流速。式中：E—與汛期含沙量有關(guān)的系數(shù)；d—河床泥沙平均粒徑。總體設(shè)計(jì)中樁底高程的確定，實(shí)際是樁長(zhǎng)的確定。
2、取消習(xí)慣的承臺(tái)結(jié)構(gòu)
上述計(jì)算表明，沖刷深度幾乎約占整個(gè)樁長(zhǎng)的15%～20%，因此必須在下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能減少?zèng)_刷的影響。由于水流與橋的縱軸線斜交12°左右，要克服這一影響勢(shì)必采用園形基礎(chǔ)和墩身，并避免系梁與承臺(tái)的使用。特別是后者，不僅工程量大、投資多，而且施工困難，壓縮河床斷面，提高流速，加大沖刷深度。
?新的結(jié)構(gòu)是單排樁系梁上移與蓋梁合拼，形成一個(gè)整體。其優(yōu)點(diǎn)為：
①受力明確，結(jié)構(gòu)合理，新的蓋梁同時(shí)兼有承臺(tái)的剛度；
②施工方便，周期縮短；
③減少混凝土、鋼筋數(shù)量，降低工程造價(jià)，節(jié)省投資；
④不壓縮河床斷面，有利泄洪。
由計(jì)算結(jié)果可知，采用新結(jié)構(gòu)形式，可減少工程數(shù)量，縮短施工周期，降低工程造價(jià)，避免水中施工，僅此項(xiàng)就能節(jié)約投資500萬(wàn)元。
3、空心板與普通T梁的經(jīng)濟(jì)選擇
20mT梁和20m空心板，常規(guī)都認(rèn)為前者較后者經(jīng)濟(jì)。但經(jīng)過(guò)多次比較后發(fā)現(xiàn)，結(jié)論完全相反，而且20m空心板梁高僅0.95m，較T梁低0.55m.采用20m空心板降低橋梁的建筑高度，在中小橋效果并不顯著，但對(duì)于特大橋梁來(lái)說(shuō)節(jié)約工程量顯著。由表2可知，雖說(shuō)空心板較T梁砼體積較大、又使用預(yù)應(yīng)力筋，但是普通鋼筋將節(jié)省56.1%，更可以工廠化生產(chǎn)，定額低、效率高，橋型美觀。因此空心板較T梁總造價(jià)約低10%，本橋引橋的方案當(dāng)選空心板更優(yōu)。如果東接線采用分離式交叉時(shí)，對(duì)梁高的要求將較嚴(yán)，空心板就有更好的適應(yīng)性。
4、結(jié)束語(yǔ)
（1）本文根據(jù)水文資料將金湖大橋設(shè)計(jì)劃分為三個(gè)區(qū)域，通過(guò)水文計(jì)算，得出的沖刷深度和模型試驗(yàn)結(jié)果基本一致，說(shuō)明區(qū)域的劃分及計(jì)算公式的選用是合理可行的。?
（2）橋梁下部采用的結(jié)構(gòu)型式，為橋梁設(shè)計(jì)提供了可以利用的結(jié)構(gòu)型式。?
（3）通過(guò)預(yù)應(yīng)力空心板和普通T梁的經(jīng)濟(jì)性比較，為橋梁設(shè)計(jì)提供了比較經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)型式。
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