丹江口二橋設(shè)計的難點及先進性
2010-06-10
丹江口二橋地處深水水庫，綜合考慮通航、地質(zhì)條件、施工條件以及造價等因素，將大橋2號主墩設(shè)置于水庫深水區(qū)，大橋建設(shè)時，河床巖層表面至正常水面深度就達60米，為盡可能降低深水施工難度，設(shè)計充分結(jié)合建橋條件，創(chuàng)新地采用了大跨高樁承臺深水墩連續(xù)梁橋方案，將三個主墩承臺均設(shè)計為高樁承臺，樁基最大自由長度達52米，地面以上樁基和橋墩總高80m，橋墩樁基水下之深、樁基自由長度之長均創(chuàng)我國橋梁建設(shè)之最。
針對近年來連續(xù)梁橋常見病害：諸如梁體開裂、鋼筋銹蝕、變形過大、跨中下?lián)系痊F(xiàn)象。丹江口二橋從橋梁方案、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的擬定到結(jié)構(gòu)計算，對橋梁結(jié)構(gòu)本身所處的地理環(huán)境、實現(xiàn)功能、承受荷載、結(jié)構(gòu)體系方面等進行了深入地研究設(shè)計。橋梁結(jié)構(gòu)除保證合適的安全性要求外，尚應(yīng)考慮其應(yīng)有良好的使用性能（變形、裂縫、美觀）要求；不但重視強度極限設(shè)計而且也重視使用極限設(shè)計；在設(shè)計時還充分考慮施工的難易程度以及當時的工藝水平能否實現(xiàn)設(shè)計預(yù)想的性能，保證了可施工性。
丹江口二橋設(shè)計創(chuàng)造性地繼承和發(fā)展了我國大跨連續(xù)梁橋的設(shè)計技術(shù)和經(jīng)驗，充分體現(xiàn)了安全性設(shè)計、適用性設(shè)計、耐久性設(shè)計理念，解決了深水大跨連續(xù)梁橋耐久性、易施工性、可裝配性、可維護性、抗腐蝕性、美觀等技術(shù)難題，形成了一套完整的、有一定創(chuàng)新意義的設(shè)計方法和思路。設(shè)計人員針對本橋特點，進行了以下科研及試驗研究工作：
?。?）大跨高樁承臺深水墩連續(xù)梁橋關(guān)鍵技術(shù)研究
?。?）高樁承臺的穩(wěn)定分析
?。?）高樁承臺裂縫有限元分析
?。?）50號砼最佳配合比試驗和徐變特性研究
上述科研研究，解決了大跨高樁承臺深水墩連續(xù)梁橋的關(guān)鍵技術(shù)問題，進一步優(yōu)化了設(shè)計方案，有益地指導(dǎo)了施工，確保大橋安全優(yōu)質(zhì)建成，為我國大跨高樁承臺深水墩連續(xù)梁橋的技術(shù)發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗。
丹江口二橋工程設(shè)計的難點及先進性主要體現(xiàn)在以下幾方面：
?。?）突出了全壽命的耐久性設(shè)計。
丹江口二橋工程設(shè)計強化了橋梁全壽命的耐久性設(shè)計。設(shè)計將重點從滿足各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強度要求轉(zhuǎn)移到了對環(huán)境因素作用下的耐久性上。眾所周知，目前結(jié)構(gòu)因鋼材銹蝕或混凝土腐蝕等建筑材料性能劣化導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)安全事故，其嚴重程度已遠超過因結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力安全水準設(shè)置偏低所帶來的危害。
丹江口二橋的設(shè)計提出了“根據(jù)設(shè)計年限、相應(yīng)的極限狀態(tài)、環(huán)境類別及其作用等級來確定耐久性設(shè)計”的準則，并深化為設(shè)計方法。設(shè)計階段仔細研究了結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護以及施工等各個環(huán)節(jié)，以加強和保證結(jié)構(gòu)的耐久性。
在結(jié)構(gòu)體系的選擇上，綜合經(jīng)濟性、適用性、美觀性、耐久性及可實施性，因地制宜地選擇了四跨連續(xù)梁這一較經(jīng)濟合理的橋型。
合理選擇下構(gòu)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。結(jié)合工程的特點，考慮了可施工性。
總體布置及主跨大小、分跨及跨徑組合、主梁高度、橫截面布置形式和主要尺寸的擬定。
主拉應(yīng)力控制在1MPa以內(nèi)。
通過嚴格控制砼在使用狀態(tài)下容許主拉應(yīng)力設(shè)計值來預(yù)防箱梁斜裂縫。
?。?）在環(huán)境影響風險分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計提出了有效的環(huán)境保護措施。
設(shè)計階段對丹江口二橋全生命周期內(nèi)的各種風險進行了分析評價。通過進行風險識別、風險衡量、風險評估、減少風險的措施、結(jié)構(gòu)易損性分析、結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估、危險性預(yù)測等方面的研究，重點地環(huán)境影響風險因素加以控制和預(yù)防，在細節(jié)上突出了環(huán)境保護。
（3）系統(tǒng)地分析研究了高樁承臺的開裂模式，通過選擇合理的構(gòu)造尺寸及配筋，防范了深水中隱蔽性構(gòu)件（承臺和樁基）的耐久性差及養(yǎng)護維修難的問題。
設(shè)計組通過系統(tǒng)地分析和開展專題研究，解決了高樁承臺所在橋墩作制動墩的問題。由于該墩處地面以上樁基和橋墩總高80m，通過開展該墩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、裂縫、強度等的仿真計算分析，優(yōu)選了結(jié)構(gòu)構(gòu)造尺寸，確保了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、強度、剛度均滿足相關(guān)規(guī)范要求。同時，按耐久性設(shè)計要求，特別設(shè)計了混凝土保護層的厚度。
