溪口大桥设计开题报告
2020-02-10 11:02
1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1 设计的背景
溪口桥位于莆田市城厢区阔口村木兰溪干流处，为多孔跨径不通航大桥：总长度近90m。为解决交通拥挤，扩大车流量，决定在原大桥的两侧新建特大桥。随着我国经济的飞速发展，带动着改革开放先锋地区福建省经济的迅速腾飞，不光是城镇地区的发展在大踏步前进，农村地区同样迸发出新的活力，并且在连接城镇之间、城乡之间起着至关重要的作用。而连接各个地区经济发展的纽带，便是交通基础设施，溪口桥位于木兰溪干流处，具有交通量大、人流密集等特点，原有桥梁已远远不能满足现有的交通需求，迫切需要在现有基础上新建一座大桥来跟进经济发展的脚步。
1.2 设计的意义与价值
2. 研究的基本内容与方案
1.1 设计基本资料
2.1.1设计标准
桥面净空：净－12 2×1.0米人行道
设计速度：80km/h
设计荷载：公路—II级，人群2.5kN/m2
桥面横坡：双向2%
设计洪水频率：100年一遇，桥下不通航。
2.1.2设计规范
《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）
《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）
《公路RC及PC 桥涵设计规范》（JTG3362-2018）
《公路桥涵地基及基础设计规范》（JTG D63-2007）
《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）
2.1.3工程地质条件
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，曾厚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。
2.1.4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 | 43.2 | 18 | 1.18 | 0.71 | 34.4 | 16.1 | 4.02 |
|
|
| 3 | 淤泥质土 | 44.475 | 17.2 | 1.239 | 1.53 | 9.05 | 1.7 | 2.443 |
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| 4 | 中细—中粗砂 |
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| 8.826 |
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| 5 | 砾卵石 |
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| 9.448 |
| 6 | 残积质粘性土 | 25.4 | 18.7 | 0.82 | 0.15 | 21.53 | 26.13 | 4.557 | 22.63 |
|
2.1.5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 | 80-90 |
| 25 |
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| 2 | 粉质粘土 | 软缩—可塑 | 100 | 3 | 30 |
|
| 3 | 淤泥质粘土 | 软流塑 | 50-70 | 1.5-2.5 | 12-14 |
|
| 4 | 含泥中细—中粗砂 | 稍密 | 110-160 | 3.9 | 20-40 |
|
| 4-1 | 淤泥质土 | 软流塑 | 70-80 | 2.5 |
|
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| 4-2 | 砂质粘土 | 可塑 | 180 | 6 |
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| 5 | 砾卵石 | 稍密 | 380-400 |
| 70-80 | 4.0 |
| 6 | 残积质粘性土 | 硬塑 | 220-250 | 4.5-5.5 | 50 | 2.0-2.4 |
| 7 | 强风化花岗岩 | 硬塑 | 500-550 |
| 60 | 4.0-4.5 |
| 8 | 中风化花岗岩 | 坚硬 | 1500-1600 |
| 90 |
|
| 9 | 微风化花岗岩 | 坚硬 | 8000-9000 |
| 120 | 16.0-18.0 |
2.1.6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。
2.1.7河床横断面
| 河 床 横 断 面 | |||
| 桩 号 | 标 高（m） | 桩 号 | 标 高(m) |
| 0 000 | 2.80 | 0 110 | -2.60 |
| 0 010 | 1.70 | 0 120 | -2.90 |
| 0 046.60 | 0.20 | 0 134.60 | -1.10 |
| 0 057.60 | -2.60 | 0 166.40 | 0.30 |
| 0 070 | -2.95 | 0 180 | 2.60 |
| 0 080 | -2.60 | 常水位 | 1.05 |
| 0 090 | -3.10 | 设计水位 | 5.10 |
| 0 100 | -2.80 | 桥面设计标高 | 7.80 |
| 标高高程采用黄海高程 |
2.2拟采用的方案
2.2.1 方案一：简支梁桥方案
1.方案概况：拟采用35m×3跨径布置，主跨35m。简支梁桥的优点在于在地基沉降，温度变化的影响下结构不会产生内力，结构受力简单，施工方便。
2.方案设计图：
2.2.2 方案二：连续箱梁桥方案
1.方案概况：拟采用36m 60m 36m三跨连续梁方案，主跨60m。连续梁桥相比简支梁桥具有跨越能力强、结构整体性好等特点。
2.方案设计图：
2.2.3 方案三：系杆拱桥方案
1.方案概况：拟采用系杆拱桥，主拱圈跨度70m，系杆拱桥具有结构美观，稳定性好，材料充分利用等特点。
2.方案设计图：
2.3 方案比选
|
序
号 |
方案类别
比较项目 | 第一方案 | 第二方案 | 第三方案 |
|
主梁：预应力混凝土简支梁 （35m×3） |
主梁：三跨预应力混凝土连续梁桥（36m 60m 36m） |
主梁：系杆拱桥 （主拱70m）
| ||
| 1 | 桥高（m） | 10.50 | 10.45 | 10.56 |
| 2 | 桥长（m） | 105 | 132 | 95 |
| 3 | 最大纵坡（%） | 2.4 | 2.2 | 2.5 |
| 4 | 工艺技术要求 | 技术简单，所需设备较少，占用施工场地少。 | 技术先进，工艺要求较严格，所需设备较少，占用施工场少 | 已有成熟的工艺技术经验，需要大量的吊装设备，占用施工场地大，需用劳力多 |
| 5 | 使用效果 | 属于静定结构，受力不如超静定结构好。但不会由于地基沉降或是温度变化等因素产生内力。 | 属于超静定结构，受力较好。主桥桥面连续，无伸缩缝，行车条件好，养护也容易 | 拱的承载潜力大。伸缩缝多，养护较麻烦。纵坡较大，东岸广场及引道填土太高，土方量大，土方来源困难 |
| 6 | 造价及用材 | 造价及三材排第三 | 造价及钢材排第二，其他各项最省 | 造价最低，耗用钢材少，但木材、水泥和劳动力消耗均最多 |
3. 研究计划与安排
1-3周 完成方案设计
4-6周 技术设计
7-11周 结构计算及验算
4. 参考文献（12篇以上）
1. 交通部标准 .公路桥涵设计通用规范(jtg d60-2015).人民交通出版社，2015.
2. 周念先著 . 桥梁方案比选 . 同济大学出版社 ，1997.
3. 向中富.桥梁工程毕业设计指南 人民交通出版社，2010.
