悬索桥施工图设计说明

兴山县勾儿滩桥新建工程施工图设计

设计说明

一、项目概况

湖北省兴山县古洞口水库蓄水后，库区中阳垭村出行交通依靠渡口，给当地乡村发展和民生带来极大影响，经当地政府研究决定，在勾儿滩处架设桥梁以解决中阳垭村交通问题。勾儿滩大桥跨越古洞口水库，桥长185.4m。目前桥址水面宽135m左右，测时水位312.19m。

二、设计依据

1、《勾儿滩桥勘察设计委托书》。

2、《兴山县勾儿滩渡改桥新建工程初步工程地质勘察报告》。

三、主要技术标准

1、道路等级：四级道路。 2、计算行车速度：V=20km/h。 3、荷载等级：公路Ⅱ级。

4、标准桥面布置：0.5m（栏杆）+5.5m（车行道）+0. 5m（栏杆）＝6.5m。 5、桥下净空要求：桥梁底高于库区设计水位1.5m。

四、采用技术规范

《钢结构设计规范》

GB50017—2003 《混凝土结构设计规范》 GB50010-2002 《公路桥梁抗震设计细则》 JTGTB02-01-2008 《公路沥青路面设计规范》 JTJD50-2006 《公路工程技术标准》

JTGB01-2003

《公路桥涵设计通用规范》

JTGD60-2004

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 JTGD62-2004

《公路桥涵地基与基础设计规范》

JTGD63-2007 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》 JTJ025-86 《公路桥涵施工技术规范》

JTJ041-2000

《公路工程混凝土结构防腐技术规范》 JTG/TB07-1—2006 《公路悬索桥设计规范》JTJxxx-2002 《悬索桥预制主缆丝股技术条件395-1999》 《钢结构用大六角螺栓、螺母、垫圈技术条件》 《钢结构用六角大螺母》 《钢结构用六角螺栓》

《公路悬索桥吊索》 JTT449-2001 《一般工程用碳素钢构件》 《钢丝绳国家标准8706-2006》

五、工程地质条件

1、地形地貌

桥位区位于神农架南部边缘鄂西山地，地势趋向北高南低，山脉呈北东走向的带状分布，山间深切的陡峻沟谷发育，边坡坡角在35-70°之间，并常伴有陡坎及山间盆地等地貌形态发育。除了几级夷平面外，还发育有多级零星分布宽窄不一的阶地，在近期所形成的一些阶地及现代河床上均可见到厚1-30m不等的砂卵砾石层等河床沉积物。现代的古夫河床是一条宽窄不

一，小型盆地与狭谷相间分布的堆积河床。桥位区属构造剥蚀、溶蚀中低山峡谷地貌。岩石建造类型以碳酸盐岩与陆源碎屑岩互层，以碳酸盐岩构成峡谷的谷坡，以碎屑岩互层构成谷底及缓坡为基本特征。地貌的显著特点是受构造及岩性控制，河谷走向与地质构造基本一致。

桥位桥塔左岸桥塔位于紧邻库岸地段斜坡处（见插图2），坡向337度，坡度约40，地表覆盖厚度约0.2-0.5m的碎石堆积体，为209国道扩建山体开挖岩体堆积物。地表植被较发育，多为灌木丛。桥位处上下游地段基岩基本裸露。后端山体斜坡近乎直立，坡高10-70m。岩层产状

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兴山县勾儿滩桥新建工程施工图设计 设计说明 265°∠7°，与边坡呈直交。

桥位桥塔右岸地段（见插图3）为一相对平缓地带，地表基岩基本裸露，后端边坡近乎直立，坡向177度，坡度约60度，岩层基本裸露，为岩质高陡边坡，坡高100-200m，斜坡坡面发育少量灌木植被。岩层产状265°∠6°，为切向坡。

2、岩土层分布

根据本次勘察揭露，结合区域地质资料，在勘察深度范围内主要为第四系人工填土（Q4ml）层及寒武系中统覃家庙组(2qn)白云质灰岩、泥质灰岩。将本场区地层自上而下划分为如下地层：

①填土（Q4ml）：黄色、黄灰色，黄褐色。厚0.30-3.00m主要由白云岩碎石组成，粒径在50-150mm，局部夹有粒径达200mm以上块石，呈棱角状，次棱角状。主要为修建209国道开挖山体堆积的块石，斜坡后端分布厚度较薄，临水段较厚约3.0m左右。结构松散，无规律性沿斜坡分布。

②-1强风化灰岩(2qn)：灰色、灰褐、灰黑色。厚约2.0-3.5m，平均厚约2.9m。 主要为薄-中厚层状白云质灰岩、泥质灰岩。层状构造，单层厚稳定在5-25cm，岩质不新鲜，风化裂隙发育，以粘土矿物充填为主。岩体组织结构破坏严重，岩石矿物成分发生明显改变，受构造运动影响，岩层揉皱发育，岩芯破碎成块状、取芯率低。

②-2弱风化灰岩(2qn)：灰白色、灰黑色。具交错层、波痕和鲕状等结构构造，本次勘察最大揭露深度为19.0m。

左岸地段：0-15m地段岩层成薄-中厚层，单层厚10-30cm，通过钻孔ZK1、ZK2钻探可知受构造运动（岩层揉皱发育）及层理发育影响，岩芯成块状或短柱状。取芯率较低；15m以下地段岩层呈中厚-厚层状，风化裂隙发育较少岩芯相对较整状，可取长约50cm以上整状岩芯。

右岸地段：岩层呈中厚-厚层状，单层厚30-100cm风化裂隙发育较少，岩体组织结构基本完整，岩石矿物成分未发生明显变化，风化裂隙较发育，以方解石脉充填。

3、岩土层力学性质

根据地质勘探结果，选用②-2弱风化灰岩层做为持力层， 其抗剪强度指标为：②-2层弱风化灰岩：C=7.9Mpa，φ=42.6°。

岩石饱和单轴抗压强度统计表

土层试验基本值 统计修编号 岩土名称 次数标准差变异系X X正系数 标准值（n） maxmin Xm σ 数 δ γfrks (MPa) ②-2 弱风化灰岩 6 60.2 45.2 53.3 5.77 0.11 0.91 48.5

其余各土层力学特性值如下：

各岩土层岩土参数综合成果表

岩石试验 综合建议值 地层编号 岩土名称 frc ［σ0］［σ0］ E0 Es1-2 (MPa) (kPa)) (kPa) (MPa) (MPa) ① 填土 —— —— —— ②-1 强风化灰岩 800 52.0 —— ②-2 弱风化灰岩 48.5 9700 4500 视为不可压缩层 4、场地稳定性、适宜性评价 1）场地稳定性、适宜性分析

拟建物重要性等级为二级，地基等级为三级，场地等级为二级，综合确定该岩土工程勘察等级为乙级。场地内未发现断层等不良地质构造，现场地的整体稳定性较好，不存在大的严重威胁场地和工程安全的工程地质灾害。场地内无河道、沟浜、墓穴、防空洞等对工程不利的埋藏物，适宜本工程建设。

2）灰岩地带岩溶影响

场地位于灰岩地带，通过调查及现场钻探揭露，场区内灰岩岩溶一般发育，仅表现为地表裸露岩体局部地段发育小的溶槽，局部沿节理裂隙有溶蚀现象，钻孔控制范围内未发现溶洞及地下河，故岩溶现象对工程建设影响较小。

3）边坡现状稳定性分析

勾儿滩大桥两端桥塔地段均位于斜坡地段，场地内未发现断层等不良地质构造，场地的整体稳定性较好。左岸地段桥塔斜坡坡向337度，坡度约40，地表覆盖厚度约0.2-0.5m的碎石堆积体，为209国道扩建山体开挖岩体堆积物。地表植被较发育，多为灌木丛。桥位处上下游地段基岩基本裸露。后端山体斜坡近乎直立，坡高10-70m。岩层产状265°∠7°，与边坡呈直交。右岸地段桥塔处为一相对平缓地带，地表基岩基本裸露，后端边坡近乎直立，坡向177度，坡度约60度，岩层基本裸露，为岩质高陡边坡，坡高100-200m，斜坡坡面发育少量灌木植被。岩层产状260°∠6°，为切向坡。从坡面与岩层面分析，该斜坡为近切向坡，岩层倾角较缓，且均为岩质边坡，岩石质量良好，基岩基本裸露，宏观分析两岸斜坡均为稳定状态。通过现场调查未发现崩塌、危岩等影响拟建物安全及正常使用的不利地质现象。

4）不良地质作用

场地无滑坡、泥石流、岩溶、危岩和崩塌等明显不良地质作用。勘察区内的桥位左岸桥塔处由于受到构造运动影响，岩层揉皱现象频繁出现（见插图6），岩层产状其倾向由265°-290°

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兴山县勾儿滩桥新建工程施工图设计 设计说明 变化，其倾角由6-15度变化，另由于该地段岩层层理发育，单层厚度薄，大部分单层厚度在5-25cm，影响深度约10m。对桥尾锚索的设置有一定影响。

5、地震效应及场地类别

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）附录A“我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组”的规定，兴山县抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，设计地震加速度值0.05g(g为重力加速度)，对应的设计特征周期为0.25s(s为秒)。

根据场区地震效应及地形地貌、工程地质条件，本场地为建筑抗震不利地段。按《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）本工程为D类，其采用简易抗震措施。

6、水文

1）桥址区地表水属长江河流域支流香溪河水系，主要河道香溪河上游古夫河段古洞口水库。古洞口（Ⅰ级）水利水电工程位于湖北省兴山县境内，坝址在长江支流香溪河上游古夫河段的古洞口峡谷出口处，下距兴山县新县城古夫镇2.5Km，距县城高阳镇18.5Km，为古夫河流域水电开发的近期骨干工程。古洞口水库属省级大Ⅱ型水库，位于兴山县县城上游1.5千米处，库容1.49亿立方米，集防洪、发电、城市供水等功能于一体，最高蓄水水位为325.0米。

场区地表水的补给主要来源于大气降水和山体冲沟中的基岩裂隙水，山体斜坡的一般迳流方式为片流、面流→纹、细冲沟→冲沟→汇入山前河流或溪谷之中。

桥址区水文地质条件相对较简单，根据地下水含水介质及水动力特征，将地下水类型分两种，即灰岩岩溶裂隙水及第四系松散岩类孔隙水。

2）由各桥址区岩土体组成结构可知，①填土为强透水层；②-1层灰岩强风化带含少量风化裂隙水和少量岩溶裂隙水， ②-2层灰岩中、微风化带含部分岩溶裂隙水，其水量主要受地下水补给来源和岩溶发育程度控制。岩溶裂隙水活动规律左右岸有别，右岸地下水埋藏相对较浅，水力坡降为40-70%，局部地段有裂隙承压水。左岸地下水由于断层裂隙的切割，排泄条件较通畅而埋藏较深。但在近河床一带较低部位埋藏较浅，水力坡降为20-35%，河床相对抗水层埋深左、右两岸分别为70m、40m。本次勘察期间各钻孔均未见稳定地下水位存在，均为干孔。说明区内稳定地下水位埋深相对较深，对拟建物地基及施工影响较小。

3）环境水的腐蚀性分析与评价

由于桥塔紧邻于水库两岸，其地下水与地表古洞口水库水质基本一致，本次勘察取桥塔附近水库水进行室内水质简分析（见附表三），通过室内水质简分析报告可见，其水质中：PH值在7.02为中性水，cl-含量在2.13mg/L；so42-含量为101.82mg/L；矿化度为349.23mg/L，场地所属为Ⅱ类环境，判定无无腐蚀性。

六、设计要点

1、总体设计

结合桥址的地形、地貌条件，综合考虑桥跨布置的协调性及主塔基础的边坡稳定性， 为减轻主缆的荷载， 采用180m的较小跨度简支悬索桥，采用自锚式索塔锚固体系结构。桥位平面位于直线上，纵断面位于半径为8000m的竖曲线上。

吊索间距采用6.0m，充分考虑了山区预制混凝土梁块的吊装与架设， 主梁通过竖向支座支承于主塔承台上，主梁与承台间竖向设置普通板式橡胶支座，横向与纵向均设置橡胶减震块。

2、主梁设计

主梁采用薄空心板钢筋混凝土结构，梁板高0.6m，吊索锚固区局部加宽1m，，梁体混凝土采用C40混凝土。主梁采用分段预制吊装施工，预制节段长5.5m， 吊装就位后现浇0.5m的湿接头，节段吊装重42.26t。

3、主塔设计

本桥采用索塔锚固体系，索塔须承受主缆所传递的水平力，因此主塔采用直角三角形结构，将水平力转化为斜边的轴向力。主塔采用C40混凝土，斜边采用钢筋混凝土结构，直角边采用预应力混凝土结构。

4、缆索系统设计 1）主缆

每根主缆由8束19-15.2的预应力钢绞线组成，采用PPWS法工厂预制成束，运至现场后由牵索船牵引过水库，然后架设至塔顶安装就位。

2）吊索

吊索间距6.0m，采用单束7-15.2的预应力钢绞线，在主缆部位采用骑跨式跨越。索夹及锚具相关尺寸详见设计图纸。

3）鞍座

鞍座主要将主缆拉力传给主塔，为受压结构。根据本桥特点，本桥鞍座采用全封闭式结构，施工时预埋在塔内。

5、主塔基础设计

本桥基础位于中风化白云质灰岩上，选用扩大基础，基础入岩深度须满足相关规范要求。 本桥采用索塔锚固体系，因此从塔顶传至基础的水平力很大，不能仅依靠基础及索塔自重来平衡水平力，本桥考虑两种方案平衡水平力：一是在承台背面设置预应力锚杆，通过锚杆提

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兴山县勾儿滩桥新建工程施工图设计 设计说明 供拉力来平衡水平力；二是在承台下设置抗拔桩来平衡水平力。

根据计算，若采用方案一，则须在每个承台后设置20根19-15.2的预应力钢绞线，锚索有效长度为14m，取自由长度为6m，则锚索锚固长度为20m。若采用方案二，则须设置3根直径1.8m的抗拔桩，桩身有效长度为6.5m。也可采用锚索和抗拔桩共同作用的形式，但由于锚索施工相对困难，且施工费用较高，因此，本桥选用方案二，在每个桥塔承台下设置3根直径为1.8m的抗拔桩，桩长为8.0m，有效承载长度为6.5m。

6、相关计算结论 1）荷载取值

恒载：结构自重γ＝26KN/m3；二期恒载28.5KN/m；

活载：人群荷载：2.0kN/m；车辆荷载：公路二级（单车道，偏载系数取1.2）； 地震烈度：地震动加速度峰值取a=0.05g，按Ⅶ度设防；

温度荷载：整体升温：25度；整体降温：20度；加劲梁梯度升温：6.7度；加劲梁梯度降温：-3.35度；主塔内外侧、前后侧升降温：±5度；主缆升降温：±15度；吊杆升降温：±8度；

风荷载：按规范取值。 2）结构变形计算结论：

梁体在活载作用下最大竖向位移为32.6cm3）主缆计算结论：

主缆在正常使用阶段最不利组合下最大拉力为14732.4KN，钢绞线拉应力为692.3MPa，安全系数k＝1860/692.3＝2.69。

4）吊杆计算结论：

吊杆在正常使用阶段最不利组合下最大拉力为612.8KN，钢绞线拉应力为625.3MPa，安全系数k＝1860/625.3＝2.97。

5）梁体计算结论：

承载能力极限状态组合下，梁体最大正弯矩为4711.1KN.m，最大负弯矩为3314.4KN.m，根据施工图配筋计算梁体最大裂缝宽度为0.14mm。

6）主塔基础计算结论：

正常使用状态标准组合下，0号桥塔基础合力偏心距为3.97m，抗倾覆稳定系数Ko=1.61，抗滑移稳定系数Kc＝1.34；1号桥塔基础合力偏心距为4.61m，抗倾覆稳定系数Kc＝1.38，抗

滑移稳定系数Kc＝1.34。

七、公用构造

1、桥面铺装

桥面铺装层采用10～12.8cm C40防水混凝土铺装。 2、伸缩缝

桥梁两段采用SCF-120梳形钢板伸缩缝。 3、支座

桥梁支座采用GYZ250*55圆板式橡胶支座。

八、主要材料

施工图设计严格按照桥涵设计规范（JTGD62-2004、JTGD61-2005）的相关条款选取材料，以保障桥涵结构在施工及运营过程中的安全、耐久及正常使用。

1、混凝土

C40混凝土：桥塔塔柱及横梁。 C40防水混凝土：桥面铺装。 C30混凝土：加劲梁和桥塔承台。 C25片石混凝土：桥塔基础。 C25混凝土：抗拔桩和桥面防撞带。 2、钢材

普通钢筋：采用R235及HRB335钢筋，钢筋符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB13013-1991）和《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499-1998）的规定。

预应力钢绞线：采用抗拉强度标准值fpk=1860MPa，公称直径d=15.2mm的低松弛高强度钢绞线，其力学性能指标符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）的规定。竖向预应力采用JL-32精轧螺纹粗钢筋，fpk=785MPa，Es=2.0×105MPa。

钢板：满足《碳素结构钢》GB700－1988的相关规定。

焊接钢筋网：采用符合《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》JGJ114-2003、J276-2003及《钢筋混凝土用钢筋焊接网》GB/T1499.3-2002规定的焊接钢筋网。

鞍座、索夹：满足《一般工程用碳素钢构件》、《碳素结构钢》等相关标准。

锚固螺栓。螺母：满足《钢结构用大六角螺栓、螺母、垫圈技术条件》、《钢结构用六角大螺母》、《钢结构用六角螺栓》等相关标准。

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九、施工注意事项

1、主塔基础开挖施工时，应严格控制爆破规模，以防将基岩震松。

2、基坑中出露的所有溶槽和溶洞均应采用与基础同标号的混凝土填塞，并做合理的处理。 3、大体积混凝土浇注时，施工单位应制定严格的施工工艺，减少混凝土内外温差，防止其开裂。

4、所有新旧混凝土的接合面均应进行凿毛处理，特别是锚碇混凝土分块浇注时，应设置接缝钢筋。

5、进行承台锚室内施工时，应在锚室内的最低位置设置集水井，并采取适当的排水措施，以便将施工期间的积水（或运营期间的渗漏水）排除。

6、主梁预制施工时， 必须保证吊索锚固块中预埋件和纵向临时连接预埋件间相对位置的准确性。

7、为减少因主梁混凝土收缩徐变引起内力及线形变化而造成施工调整困难， 施工单位应尽早预制主梁，主梁预制段宜存放3个月以上，再行架设。

8、主塔塔顶的鞍座预埋螺栓定位应准确， 鞍座底板安装后， 其底部砂浆的密实度应予以保证。

9、鞍座密封罩及出口处防护罩需仔细检查，以防止其漏水。

10、以上未尽事宜， 详见各相关设计图和技术要求， 图纸上未予以注明的施工要求应严格按有关施工规范执行。

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