一.工程概况

1.工程背景

胥河大桥位于高淳县东坝镇东约500m，是S246（高望公路）上的一座公路桥，路线北面与芜太公路（S239）平交，南连接双碑石～望牛墩。胥河历史上是由伍子胥领导开挖的运粮河，距今已有1700多年历史。河南岸在大跃进年代因河流疏浚而堆填了大量土方，且堆积距河边达200多米，低处的废土被用机械方法翻运到南岸坡顶。胥河桥位为古滑坡地段，历史上曾出现过不同程度的滑坡和河岸剥落。由于运河航道整治，全线要求达到Ⅲ级航道标准，要求通航净空满足60#215;7m要求，通航水位12.5m。胥河桥主桥拟采用预应力混凝土连续箱梁，主跨需跨越航道，边跨需跨越防洪堤。全桥横向为双幅桥，单幅桥宽约16m，拟设3车道(注：参考附图为2车道)，桥梁设计荷载标准为公路-Ⅰ级，路线线形设计要求100km/h时速标准，两侧设置防撞护栏。

桥址区工程地质分区属宁镇扬丘陵岗地区，地貌类型为侵蚀与剥蚀堆积地貌中的Ⅱ～Ⅲ堆积阶地。场地地形起伏较大，河道两侧岸坡陡立，地势北高南低，地面高程一般在24～33m。地表土层为粘土、粉质粘土。根据国家质量技术监督局发布的《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），项目地区地震动峰值加速度为0.05g，相当于地震烈度7度区。为了满足使用的要求连续梁桥的主跨要大于90m，边跨约50～60m主桥拟采用三跨连续箱梁桥。

2.设计依据

本设计采用的主要设计标准和规范如下：

[1] JTG D62#8212;2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2004

[2] JTG D6022004．公路桥涵设计通用规范[S]．北京：人民交通出版社，2004

[3] JTG D6322007．公路桥涵地基与基础设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2007

[4] JTG B0122003．公路工程技术标准[S]．北京：人民交通出版社，2004.2

[5] JTG T F50-2011．公路桥涵施工技术规范 [S]．北京：人民交通出版社，2011

[6] JTJ004289．公路工程抗震设计规范[S]．北京：人民交通出版社，1989

[7] CJJ37290．城市道路设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，1991.8

[8] CJJ77298．城市桥梁设计荷载标准[S]．北京：中国建筑工业出版社，1998.12

[9]GJJ 11293．城市桥梁设计准则[S]．北京：中国建筑工业出版社，1993.10

[10] JTG D6122005．公路圬工桥涵设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2005.10

[11] DB32/112-95．南京地区地基基础设计规范[S]．

[12] JCJ 95-2003．冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程[S]．

[14] BS54001978-82．钢桥、混凝土桥及结合桥[S]．英国标准学会

3.主要技术标准和设计

1.设计荷载：公路─I；设计车速：100公里/小时；道路标准轴载：Bzz=100；

2.桥梁净空及其它要求：①桥梁单向标准宽度为15m(可调整)；②桥上净空高度为5m；③桥下净空高度为7m；④设单向三车道；⑤纵坡：lt;3％；⑥横坡：2％；

3.该桥拟建于桩号K0 105.351～K0 326.471；

4.桥梁结构设计基准期：100年。

二．桥型方案

1.方案设计宗旨

方案的设计和评价应考虑桥梁的综合指标，按照设计原则，做出造价低、材料省、劳动力少、造型美观的优秀设计。在设计过程中，应尽量体现经济上的合理性。在设计中必须进行详细周密的技术经济比较，使桥梁的总造价和材料消耗最少，因地制宜，方便施工。同时，整个桥梁结构，在制造、运输、安装、使用过程中都应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。桥梁结构的强度应使全部构件的材料抗力或承载能力具有足够的安全储备。同时，应具有优美的外形，与周围的景观相协调。

在这些因素中，以结构安全为侧重点，分清主次，根据地质条件及施工条件，灵活的设计出满足要求的桥型。

2.方案设计

2.1主梁跨径拟定

主跨拟定采用三跨设计，根据经验，连续梁分跨布置时，各孔宜布置成对称于中央孔的不等跨径，三跨时边跨与主跨的比为0.65-0.8，取0.7，即65 90 65m，全长220m。

2.2主梁截面尺寸拟定

主梁高度

连续梁的截面高度，为适应内力变化，延跨度变化，根据经验，变高度曲线形连续梁支点梁高一般为1/16-1/20跨径，跨中梁高一般为1/30-1/50跨径。取支点梁高5.3m，跨中梁高2.6m。由支点跨中可取得边跨与中跨的截面底部曲线采用二次曲线为：

2.3截面细部尺寸

由于梁板较宽，采用单箱双室直腹板，腹板间距拟定为6m，顶板取腹板间距的1/25厚25cm，宽16m。腹板厚度应根据抗剪强度、钢筋和预应力钢筋要求确定，腹板厚40cm等厚度，底板厚为35cm宽5.7m支点处底板厚80cm由距离支点7m处开始以直线变化。在每跨支座及l/4 跨中共设5个横隔板，横隔板支点处厚2m，其他部位厚1m，每隔10m设一块。

取支点,l/4截面,跨中截面共9个截面作为控制截面进行截面性质计算

毛截面的截面性质如下

桥面铺装使用8cm混凝土垫层和5cm的沥青混凝土面层。

桥面使用墙式防撞护栏，高120cm，截面面积约0.5194m2

2.4恒载试算

使用截面平均高度来计算一期恒载

横隔梁重量为

二期恒载包含桥面铺装和防撞栏

得到恒载的剪力和弯矩图如下

内力计算由结构力学求解器得到如下

杆端内力值 ( 乘子 = 1)

--------------------------------------------------------------------------------------------

杆端 1 杆端 2

---------------------------------------- ------------------------------------------

单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩

--------------------------------------------------------------------------------------------

1 0.00000000 11441.3843 -0.00000000 0.00000000 5950.75931 108700.897

2 0.00000000 5050.75931 108700.897 0.00000000 658.259314 137245.990

3 0.00000000 -241.740685 137245.990 0.00000000 -4634.24068 112866.083

4 0.00000000 -5534.24068 112866.083 0.00000000 -9926.74068 35561.1771

5 0.00000000 -10826.7406 35561.1771 0.00000000 -15219.2406 -94668.7297

6 0.00000000 -16119.2406 -94668.7297 0.00000000 -21609.8656 -330475.644

7 0.00000000 23366.2500 -330475.644 0.00000000 18973.7500 -118775.644

8 0.00000000 18073.7500 -118775.644 0.00000000 13681.2500 39999.3554

9 0.00000000 12781.2500 39999.3554 0.00000000 8388.75000 145849.355

10 0.00000000 7488.75000 145849.355 0.00000000 3096.25000 198774.355

11 0.00000000 2196.25000 198774.355 0.00000000 -2196.25000 198774.355

12 0.00000000 -3096.25000 198774.355 0.00000000 -7488.75000 145849.355

13 0.00000000 -8388.75000 145849.355 0.00000000 -12781.2500 39999.3554

14 0.00000000 -13681.2500 39999.3554 0.00000000 -18073.7500 -118775.644

15 0.00000000 -18973.7500 -118775.644 0.00000000 -23366.2500 -330475.644

16 0.00000000 21609.8656 -330475.644 0.00000000 16119.2406 -94668.7297

17 0.00000000 15219.2406 -94668.7297 0.00000000 10826.7406 35561.1771

18 0.00000000 9926.74068 35561.1771 0.00000000 5534.24068 112866.083

19 0.00000000 4634.24068 112866.083 0.00000000 241.740685 137245.990

20 0.00000000 -658.259314 137245.990 0.00000000 -5050.75931 108700.897

21 0.00000000 -5950.75931 108700.897 0.00000000 -11441.3843 -0.00000000

--------------------------------------------------------------------------------------------

2.5活载计算

冲击系数

冲击系数由经验公式得

计算得

横向折减系数为0.78

活载造成的弯矩和剪力按照规范最不利布载计算如下

2.6荷载组合计算

初算效应组合为

2.7跨中截面承载力验算

箱型截面翼缘有效长度

其中查表得

翼缘有效长度即为实际长度

其中边跨跨中弯矩和中跨跨中弯矩分别为

由于跨中截面一样，以中跨跨中为验算截面

令翼缘的平均厚度为525mm

由于Σx=0受压区高度为

合力为

截面满足设计要求。

2.8边跨跨中弯矩承载面验算

翼缘平均厚度为525mm

活载最大弯矩位于0.44l处，恒载弯矩大小为61120kN#183;m，活载弯矩大小为9601.74kN#183;m。

0.44l处的截面高度为3.24m

受压区高度为

所以截面承载力满足要求。

2.9支点处负弯矩承载力验算

支点处恒载负弯矩为-357918.52kN#183;m，活载为-10274.58kN#183;m。

支点处翼缘高度为350mm。

受压区高度和上部构造钢筋面积为

下部受拉钢筋采用HRB335螺纹筋，结构抗弯承载力构成如下

所以支点截面负弯矩满足要求。

2.10支点截面抗剪承载力验算

由于为全预应力梁，使用预应力混凝土截面进行抗剪承载力验算

箍筋采用HRB335螺纹钢筋

所以支点抗剪符合要求。

3.下部构造设计

3.1桥墩形式设计及支座选择

本次设计拟采用圆端形实体式桥墩，四个支座恒载反力分别为

初算按照1.2倍扩大反力安全系数取1.1

各支点采用GPZ25000DX型号盆式橡胶支座各3个。

支座承载力25000kN，横桥向1.55m，顺桥向1.68m，高0.27m，承载力足以满足设计要求。

则顺桥向墩帽宽度为

横桥向墩帽宽度为

1号桥台路面标高为25.70m，地面高程为25.60m，根据《地基和基础设计规范》，埋置深度需要冲刷线下1.5m，则墩底标高定位21.30m，桥台全高1.70m。

2号墩路面标高为25.56m，地面高程为19.00m，根据《地基和基础设计规范》，埋置深度需要冲刷线下2m，则墩底标高定位10.50m，桥墩全高9.49m。

3号墩路面标高为25.30m，地面高程为12.70m，根据《地基和基础设计规范》，埋置深度需要冲刷线下2m，则墩底标高定位10.50m，桥墩全高9.25m。

4号桥台路面标高为25.00m，地面高程为24.80m，根据《地基和基础设计规范》，埋置深度需要冲刷线下1.5m，则墩底标高定位20.60m，桥台全高1.70m。

为减小结构次内力影响，支座布置如下：

其中5号支座为固定支座，4,6为横桥向单向活动支座，2,8,11为顺桥向单向活动支座，其余为活动支座。

由于2，3号桥墩受竖向力较大，且截面尺寸相同，高度相似，以2号桥墩为验算，墩身采用C40混凝土，HRB335受力钢筋，R235箍筋和加劲箍筋。

3.2墩柱的设计计算

由于2,3号墩截面相同，针对2号墩进行设计计算，设计时采用矩形截面进行设计。

永久荷载计算

永久荷载包括上部结构恒载和内力自重。

可变荷载计算

由于横桥向方向的风力，撞击力相对竖向力很小，验算不控制设计，在此不做考虑。

竖向力由支座反力得知为：

顺桥向的次内力初算中不做考虑，顺桥向制动力作用于2号墩，根据桥规规定，同向行驶三车道为一个设计车道的2.34倍，一个设计车道上汽车荷载的制动力标准值为车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%。

3.3墩身截面配筋计算

设计截面取墩柱底部截面，墩高9.49m，按12#215;2.2m截面估算。

由于偏心距较小，先按照轴心受压进行设计。

结构长细比为

查表得

初步配筋率选取为0.01，移项可得：

取墩身为尺寸为7#215;2m，

验算得只需要按照最小配筋率配筋：

由于长细比为3.16lt;5。

结构的抗压承载力满足要求。

4.桩基础设计

4.1桩型桩长截面选择

工程地质勘察初步表明：场地浅部土层力学强度略偏低，不适宜采用天然地基，建议采用钻孔灌注桩基础。

④层粘土，硬塑状态，中压缩性，力学强度高。但该层埋藏较浅，如以其作为桩端持力层，则桩长较短，单桩承载力较低。⑥层粘土，硬塑～坚硬状态，中偏低压缩性，力学强度高，分布稳定深厚，是本工程良好桩端持力层。因此选择⑦层为持力层，钻孔灌注桩基础。桩端进入持力层1m。取得1号桥台桩底标高-3.600m，桩长24.9m；2号桥墩桩底标高-21.900m，桩长32.4m；3号桥墩桩底-22.000m，桩长32.5m；4号桥台桩底-2.100m，桩长22.7m。

4.2桩数及排列设计

单桩轴向受压承载力容许值为

土层资料汇总于下表

单桩直径拟定为2m,成孔直径2.1m,桩身周长为6.60m,面积3.14m2 ,λ=0.7。

其他系数汇总如下

得到4个墩台的单桩承载力分别为

桩的根数可以由

由二号墩台进行设计：

取6根，由于摩擦桩中心间距不得小于成孔直径的2.5倍，取间距为5.25m，确定承台布置如下。

承台厚度按规范取为1.5m。

4.3单桩承载力验算

承台厚度设为1.5m则其自重为

由于水平力很小，按照简化公式验算

其中F为墩底轴向力，G为承台重，代入后可得

单桩承载满足要求。

4.4桩顶水平位移验算

使用”m”法进行计算变形系数

桩的计算宽度为

地面线以下选取m值的深度为

其地基土比例系数为

由于桩身使用C20混凝土，直径为2m，

可得土中基础的变形系数为

因此按照弹性桩进行计算。

桩顶水平位移为

查表可得2.44066，1.621

桩顶水平位移满足规范要求。

得到支点处截面如下：

该方案满足设计要求。