河南省境黃河公路橋的分析研究

第24卷第6期河南科學(xué)Vol.24 No.62006年12月HENAN SCIENCEDec. 2006文章編號: 1004- -3918 (2006)06 -0869-05河南省境黃河公路橋的分析研究趙卓1，王健2，孟磊3，王用中2(1.鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，鄭州450002; 2. 河南省交通規劃勘察設計院，鄭州450052;3.河南海威工程咨詢(xún)有限公司,鄭州450002)摘要:近年來(lái),隨著(zhù)我國交通運輸事業(yè)及中部地區國民經(jīng)濟等的快速發(fā)展，河南省境內黃河公路橋的建設又進(jìn)入了一個(gè)新的階段，各地黃河公路橋的建造步伐逐漸加快.本文對河南省境內已建和在建的黃河公路橋概況進(jìn)行了系統的分類(lèi)分析研究,對其技術(shù)發(fā)展水平進(jìn)行了總結分析,為今后同類(lèi)橋梁的建設提供了經(jīng)驗和依據.關(guān)鍵詞:河南;黃河;橋梁中圖分類(lèi)號: TU 442.5文獻標識碼: A黃河是貫穿河南省中北部最大的河流,將河南省分為南北兩部分.為跨越中原腹地的黃河天塹,河南人民歷來(lái)十分重視跨越黃河的橋梁建設。近年來(lái),隨著(zhù)我國交通運輸事業(yè)的快速發(fā)展、中原地區的城市群建設以及沿黃河兩岸的經(jīng)濟大開(kāi)發(fā),河南省境內黃河公路橋的建設又進(jìn)入了一個(gè)新的階段,各地黃河公路橋的建造步伐逐漸加快,且建造規模越來(lái)越高.本文對河南省境內已建和在建的黃河公路橋概況進(jìn)行了系統的分類(lèi)綜述，對其技術(shù)發(fā)展水平進(jìn)行了總結分析,為今后同類(lèi)橋梁的建設提供了經(jīng)驗和依據.1河南 省境黃河概況黃河在河南省境內干流總長(cháng)達700多km,先后流經(jīng)河南省的三門(mén)峽、洛陽(yáng)、濟源、焦作、鄭州、新鄉、開(kāi)封和濮陽(yáng)等8市.黃河自陜西潼關(guān)進(jìn)入河南省,首先流進(jìn)中條山和崤山峽谷之間,此段黃河河床較窄,水流湍急,水利資源豐富;黃河自河南孟津縣以東進(jìn)入平原地區,河道驟然變寬,由于泥沙運動(dòng),更突出了它的強烈堆積性和游蕩性,河床逐年淤高,主槽擺動(dòng),邙山以下漸成懸河,特別自鄭州桃花峪進(jìn)入下游后更為突出.黃河自出峽谷至河南洛陽(yáng)吉利黃河大橋之間河道,地層主要分為三大層"第一大層,上部為沖積淺黃色粉細砂、粉土、砂壤土,局部為輕粉質(zhì)壤土,其厚度2~7m;下部主要為沖積砂卵石層其厚度約5~18m,局部夾淺黃色薄層中細砂層.第二大層為沖洪積層砂卵石層,分布于河床、河漫灘覆蓋層中下部。厚度- -般為10~15m,最厚達30m.第三大層為下伏基巖,河床河漫灘覆蓋層之下，以紫紅色泥質(zhì)粉砂巖與粘土巖石層為主,局部夾薄層灰黃色鈣泥質(zhì)砂巖.砂巖、粉砂巖大部分膠結較差,局部呈松散狀.本河段存在著(zhù)深度20~50 m的河床深槽,河床深槽基本呈寬緩U形狀.根據107線(xiàn)鄭州黃河公路大橋、106線(xiàn)開(kāi)封黃河公路大橋、106線(xiàn)東明黃河公路大橋凹、阿深高速公路開(kāi)封黃河公路大橋、孫口黃河公路大橋等數座跨黃大橋的工程地質(zhì)勘探資料分析,該段黃河河床地質(zhì)類(lèi)型基本相同,均處于黃河沖積扇平原的中部.中新生代沉積地層,在百米深的勘探范圍內,地層為典型的游蕩型河流沉積,主要由粉、細紗、中砂、亞粘土、輕亞粘土及粘土層等組成,300om深處未見(jiàn)基巖.隨著(zhù)小浪底等特大水利樞紐工程的投入使用，使黃河下游沿線(xiàn)的防洪、防凌、減淤、灌溉和發(fā)電綜合利用等起到了極大的改善、推動(dòng)作用,使黃河下游防洪標準從目前不足百年- -遇, 提高到千年一遇;小浪底水庫的20億防凌庫容與三門(mén)峽水庫的15億防凌庫容聯(lián)合運用,將基本解除山東河段的凌汛威脅;小浪底水庫的淤沙庫容可使下游河道20年內不淤積，下游1396km的河堤20年內不加高.但由于黃河治理的長(cháng)期性,加之黃河下游多泥砂、多淤積的特殊工程地質(zhì)條件,在黃河上建橋，仍然要明確黃河安全第--的原則，建中國煤化工收稿日期: 2006-08-18基金項目:國家自然科學(xué)基金(50508040)MHCNMHG作者簡(jiǎn)介:趙卓(1970-),男,河南鄭州人，鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院副教授,工學(xué)博士,主要從事高強混凝土、橋粱結構理論、耐久性分析方面的研究.-870-河南科學(xué)第24卷第6期橋應服從河防的要求.2河南省境已建和在建的黃河公路橋由于技術(shù)發(fā)展水平的限制，中國古代歷史記載中的黃河橋只有舟橋(浮橋),這是一種臨時(shí)性的橋梁形式;歷史上最早的一座近代永久性黃河橋為1905年由比利時(shí)人建成的京廣鐵路單線(xiàn)橋, 1987年107線(xiàn)鄭州黃河公路大橋建成后,為保障黃河河防安全,拆除了這座飽經(jīng)憂(yōu)患已近殘年的橋梁。第-座由我國自行設計、施工的河南省境黃河橋是1958年建成的京廣鐵路復線(xiàn)橋.1977年建成的洛陽(yáng)黃河公路大橋，掀開(kāi)了河南省橋梁建設新篇章,在短短近30年的時(shí)間內,先后建成、基本建成數座跨黃公路大橋,對我國橋梁建設技術(shù)的快速發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用，河南省境已建和在建(籌建)黃河公路橋梁概況如表1所示，表1河南省境已建和在 (籌)建黃河公路橋梁概況Tablel The conditions of road bridge over Huanghe river in Henan Province序號橋名建成年代橋梁概況1設計荷載:汽-20(重車(chē)30);1洛陽(yáng)黃河公路大橋19776H社樹(shù)SO中器n元4、下部結構:雙柱式墩:鉆孔灌注樁基礎:1、設計荷載:汽超20,掛-120;2.橋梁全長(cháng): 55寬:凈16+2x1m:2鄭州黃河公路大橋1986 3. 上.部結構: 20.40.50m跨預應力混凝土T型梁:3開(kāi)封黃河 公路大橋19891、設以計載:一想20.棟-130ix3m3、上部結構: 20.50m跨預應力混凝土T型梁:4、下部結構:雙柱式墩:鉆孔灌注樁基礎;2.橋梁全長(cháng): 1310m:寬:凈15+2x1.5m;4三門(mén)峽黃河公路大橋1993 3.上部結構: 主橋: 105+4x160+ 105m連續剛構:引橋: 50m跨預應力混凝土T型梁:4、下部結構;雙墻薄壁墩:鉆孔灌注樁基礎:1、設計荷載:汽-超20,掛-120;橋梁全長(cháng):30m:16+215焦鞏黃河公路大橋20013、上部結構: 50m跨徑預應力混凝土T型梁:1.設計荷載:汽-超20,掛-120;2.橋梁全長(cháng): 9849m;寬:凈2xI9.5m;6鄭州黃河二橋2004 3. 上部結構:主橋: 8x100m下 承式鋼管混凝土系桿拱;引橋:35.50m 跨預應力混凝土T型梁: 20m跨預應力混凝土空心板:4、下部結構:空心墩:雙、三柱式墩:鉆孔灌注樁基礎:1、設計何載:汽一超20,掛-120;7濟洛高速黃河公路特大橋 2005 3. 上部結構:主橋: SOm跨預應力混凝士等截面連續箱梁;4、下部結構:花瓶形墻式墩:雙柱式墩:鉆孔灌注樁基礎:1、設計荷載:公路-1級:2.橋梁全長(cháng): 7838m:寬:凈2x15.25m;8阿深高速開(kāi)封黃河二橋在建3、 上部結構:主橋: 85+7x140+85m預應力混凝土雙索面部分斜拉橋:引橋:50m跨預應力混凝土T型梁:35m跨預應力混凝土組合箱梁;4、下部結構:鉆孔灌注樁基礎:1設計荷載:汽一超20,樓-120;9孫口黃河公路大橋工程在3、上部結構:主橋:59.93+16x108 36+59 93m預應力混凝土連續箱梁帶鋼掛梁體系:引橋:40m路預應力混凝十T型梁，坐來(lái);1、技術(shù)標準:雙向六車(chē)道一10鄭州黃河三橋2、擬采用橋型:雙塔雙索面斜中國煤化工11鄭州黃河四橋籌建1、技支術(shù)標準:公鐵兩用:雙向六MHCNMHG(河南中原黃河公路大橋)(河2、擬采用橋型:六塔連續鋼桁12運三高速三門(mén)峽黃河大橋 籌建1.技術(shù)標準:雙向六車(chē)道高速公路:2、擬采用橋型:中承式鋼管混凝土拱橋:2006年12月河南省境黃河公路橋的分析研究一871-3河南 省境黃河公路橋的建造技術(shù)發(fā)展通過(guò)對河南省境跨黃公路大橋主橋結構形式的總結，可以將河南省境黃河公路橋的橋型設計發(fā)展分為三個(gè)大的歷史階段:第1個(gè)階段包括洛陽(yáng)黃河公路大橋、鄭州黃河公路大橋、開(kāi)封黃河公路大橋|和焦鞏黃河公路大橋等,以簡(jiǎn)支型橋梁為主;第2個(gè)階段包括三門(mén)峽黃河公路大橋凹和山東省境的東明黃河公路大橋叫(基本同期建成)等,以剛構和剛構連續型橋梁為主;第3個(gè)階段包括鄭州黃河二橋間、濟洛高速黃河公路特大橋T、阿深高速開(kāi)封黃河二橋同以及孫口黃河公路大橋工程!等,以拱橋、連續型橋梁為主,橋型設計思想體現了連貫性和多樣性.在第1個(gè)發(fā)展階段，考慮到黃河通航情況及泄洪的相關(guān)要求,主橋跨徑基本確定為50m,代表性的橋梁為鄭州黃河公路大橋和開(kāi)封黃河公路大橋.在這兩座橋梁的設計建造過(guò)程中，取得了一系列的技術(shù)成就，為今后河南以至國內公路橋梁建設發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用，其代表性技術(shù)成就主要有:(1)橋梁鉆孔灌注樁基礎的技術(shù)發(fā)展:1963年河南省安陽(yáng)馮宿公路橋橋臺首次采用了鉆孔灌注樁作為橋梁基礎,顯示出其巨大的技術(shù)優(yōu)越性和經(jīng)濟效益.在鄭州、開(kāi)封兩座黃河公路大橋的建設中,均采用直徑1.5~2.5m 的鉆孔灌注樁作為墩臺基礎，總數約500根.結合實(shí)際工程地質(zhì)條件,通過(guò)現場(chǎng)試樁的試驗和理論分析研究,對樁長(cháng)進(jìn)行了優(yōu)化,并對鉆孔施工工藝進(jìn)行了改進(jìn),取得了良好的技術(shù)和經(jīng)濟效益.(2)預應力體系的技術(shù)進(jìn)步:按工程習慣，預應力體系主要包括三個(gè)要素:預應力鋼材、張拉設備和錨夾具.由于技術(shù)發(fā)展水平的限制，洛陽(yáng)黃河公路大橋上部結構采用了高強鋼絲索、費式預應力錨固體系.在鄭州、開(kāi)封兩座黃河公路大橋的建設中，首次采用了國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低松弛鋼絞線(xiàn),并通過(guò)試驗及理論分析研究,開(kāi)發(fā)出我國第-一個(gè)現代預應力鋼絞線(xiàn)張拉錨固體系-XM體系,使大噸位預應力張拉成為可能。通過(guò)鄭州、開(kāi)封及焦鞏黃河公路大橋等的建設,50m跨預應力混凝土T型梁預制、架設技術(shù)逐漸成熟，并在此后的橋梁建設中得到了大范圍的應用.在第2個(gè)發(fā)展階段,由于三門(mén)峽庫區蓄清排渾的運營(yíng)特點(diǎn)、地震作用、深水施工以及較為復雜的工程地質(zhì)狀況等的影響,主橋采用了160跨的連續剛構形式,在當時(shí)國內同類(lèi)型橋梁中居第二二位.在主橋設計中,為減輕.上部結構自重，綜合采用了大噸位預應力鋼絞線(xiàn)束(最大鋼絞線(xiàn)束的張拉力為486噸)和60MPa高強度混凝土(實(shí)際強度已達到70MPa)10,扭轉了以往由構造需要確定截面尺寸的被動(dòng)局面.通過(guò)三門(mén)峽黃河公路大橋60MPa高強度混凝土在我省的首次施工應用實(shí)踐，可以看出:(1)在大跨度橋梁建設中采用高標號混凝土是可行的，是今后大跨度橋梁建設中混凝土材料應用的發(fā)展方向.這一點(diǎn)，隨著(zhù)近年來(lái)高強高性能混凝土的發(fā)展及相關(guān)混凝土結構設計規范的更新，已經(jīng)得到證明1H04; .(2)高強混凝士的單方造價(jià)雖然較普通混凝士略貴,但總體材料用量卻因強度的提高而減少，其總體造價(jià)仍能得到有效降低;(3)在常規條件下,高強混凝土的生產(chǎn)是可行的，且工藝并不復雜.針對連續結構橋梁中溫度作用等的影響，在山東省境的東明黃河公路大橋設計中創(chuàng )新提出了剛構-連續的結構體系0,合理集中了連續梁和連續剛構兩種橋型的優(yōu)點(diǎn),取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟效益.在第3個(gè)發(fā)展階段,隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的快速發(fā)展,橋型設計思路更趨于開(kāi)放.在鄭州黃河二橋的方案設計階段,先后提出了下承式鋼管混凝土系桿拱呵、預制節段拼裝以以及多塔斜拉橋舊等設計方案,并最終確定采用下承式鋼管混凝土系桿拱方案;在濟洛高速黃河公路特大橋的方案設計階段,先后提出了下承式移動(dòng)模架逐孔現澆方案M、節段拼裝連續梁!7等設計方案，并最終采用了下承式移動(dòng)模架逐孔現澆連續箱梁方案;在阿深高速開(kāi)封黃河二橋方案設計階段，先后提出了單索面中國煤化工車(chē)續梁橋、預應力混凝土雙索面部分斜拉橋、預應力混凝土連續梁一鋼管混凝土iHCNMHG凝土懸索--連續梁組合體系橋凹等橋型方案,并最終采用了預應力混凝土雙索面部分斜拉橋方案,使之成為國內最長(cháng)的多跨連續部分預應力混凝土斜拉橋;而孫口黃河橋,則最終采用了預制節段拼裝連續箱梁方案.在這個(gè)發(fā)展階段,行車(chē)舒適性及橋梁美學(xué)造型逐漸成為橋型設計較為關(guān)注的問(wèn)題,如鄭州黃河二橋和-872-河南科學(xué)第24卷第6期阿深高速開(kāi)封黃河二橋，但在橋梁方案選型時(shí),過(guò)分注重橋梁外型，將會(huì )給橋梁施工帶來(lái)一定 困難,如鄭州黃河二橋的連拱造型,確實(shí)給黃河增添了景色，但由于對施工方案的考慮欠充分,鄭州黃河二橋的上部結構施工是較為困難的.受此影響,濟洛高速黃河公路特大橋、阿深高速開(kāi)封黃河二橋以及孫口黃河橋等在關(guān)注橋梁造型的同時(shí),在技術(shù)創(chuàng )新方面則給予施工技術(shù)方案更多的關(guān)注。如濟洛高速黃河公路特大橋，采用移動(dòng)模架逐孔現澆，有效加快了主橋施工進(jìn)度,并大大降低水面施工作業(yè)給施工棧橋所帶來(lái)的壓力，而孫口黃河橋的預制節段拼裝方案,其主梁節段的預制可與下部結構施工同時(shí)進(jìn)行,使其架設工期較現澆大大縮短;在設備完善的預制場(chǎng)地上預制構件,構件質(zhì)量容易控制和得到保證;預制構件有足夠的存放期,減少了后期的收縮和徐變.隨著(zhù)對大型橋梁結構在服役期間耐久性的關(guān)注,部分橋梁結構健康監控措施也在跨黃公路大橋中得到應用819.另外， 由于跨黃特大型橋梁控制測量的要求, CPS技術(shù)也得到了廣泛的應用網(wǎng)。目前，河南省境內還有鄭州黃河二橋、鄭州黃河三橋以及運三高速三門(mén)峽黃河大橋等仍在積極籌建中，其建設必將進(jìn)一步推動(dòng)河南省黃河公路橋梁建設水平的進(jìn)-.步發(fā)展和提高.4結論和展望河南省境黃河公路橋的建造技術(shù)不是孤立發(fā)展的，其建設經(jīng)驗的積累,與相關(guān)行業(yè)及其它沿黃地區的橋梁建設發(fā)展是分不開(kāi)的，如小浪底黃河水利樞紐大橋21、山西鳳陵渡黃河公路大橋、山東東明黃河公路大橋、山東鄄城黃河公路大橋、濱州黃河公鐵兩用大橋主橋設計2、山東東營(yíng)黃河公路大橋凹等叫,這里不再贅述.在國內大型橋梁如上海東海大橋、蘇通長(cháng)江大橋、杭州灣跨海大橋等的建設中,為降低水上施工風(fēng)險、保證施工質(zhì)量、避免不良地質(zhì)條件、合理降低施工工期等,均不同程度采用了構件預制化、大型化、節段拼裝、整孔架設、移動(dòng)支架現澆及高性能混凝土等施工控制措施和技術(shù)12127272,取得了較好技術(shù)和經(jīng)濟效益，為今后河南省境黃河公路橋的建設發(fā)展提供了借鑒依據.參考文獻:[1]李金都, 周志芳,宋漢周,張發(fā)明.黃河下游河道建橋的主要工程地質(zhì)問(wèn)題[小]鐵道建筑, 2006, (3):3-5.[2] 張世霖. 鄭州、開(kāi)封及東明黃河公路大橋鉆孔灌注樁荷載試驗分析J].河南交通科技, 1994, 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Henan Highway Engineering Consultation Company, Zhengzhou 450002, China)Abstract: With the development of transportation and economic, the construction of road bridge over Yellowriver in Henan province enter a new stage. This paper summary the road bridges over Yellow river in Henanprovince that in use or under construction, their construction technology level are analysis, which will be usefulfor the construction of similar road bridges.Key words: Henan province; Yellow river; bridge中國煤化工MYHCNMHG