丹江口二橋設(shè)計(jì)的難點(diǎn)及先進(jìn)性
2010-06-10
丹江口二橋地處深水水庫(kù)，綜合考慮通航、地質(zhì)條件、施工條件以及造價(jià)等因素，將大橋2號(hào)主墩設(shè)置于水庫(kù)深水區(qū)，大橋建設(shè)時(shí)，河床巖層表面至正常水面深度就達(dá)60米，為盡可能降低深水施工難度，設(shè)計(jì)充分結(jié)合建橋條件，創(chuàng)新地采用了大跨高樁承臺(tái)深水墩連續(xù)梁橋方案，將三個(gè)主墩承臺(tái)均設(shè)計(jì)為高樁承臺(tái)，樁基最大自由長(zhǎng)度達(dá)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(zhǎng)度之長(zhǎng)均創(chuàng)我國(guó)橋梁建設(shè)之最。
針對(duì)近年來(lái)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(jì)算，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)本身所處的地理環(huán)境、實(shí)現(xiàn)功能、承受荷載、結(jié)構(gòu)體系方面等進(jìn)行了深入地研究設(shè)計(jì)。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(qiáng)度極限設(shè)計(jì)而且也重視使用極限設(shè)計(jì)；在設(shè)計(jì)時(shí)還充分考慮施工的難易程度以及當(dāng)時(shí)的工藝水平能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)預(yù)想的性能，保證了可施工性。
丹江口二橋設(shè)計(jì)創(chuàng)造性地繼承和發(fā)展了我國(guó)大跨連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，充分體現(xiàn)了安全性設(shè)計(jì)、適用性設(shè)計(jì)、耐久性設(shè)計(jì)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(hù)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(jì)方法和思路。設(shè)計(jì)人員針對(duì)本橋特點(diǎn)，進(jìn)行了以下科研及試驗(yàn)研究工作：
?。?）大跨高樁承臺(tái)深水墩連續(xù)梁橋關(guān)鍵技術(shù)研究
（2）高樁承臺(tái)的穩(wěn)定分析
（3）高樁承臺(tái)裂縫有限元分析
?。?）50號(hào)砼最佳配合比試驗(yàn)和徐變特性研究
上述科研研究，解決了大跨高樁承臺(tái)深水墩連續(xù)梁橋的關(guān)鍵技術(shù)問題，進(jìn)一步優(yōu)化了設(shè)計(jì)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(guó)大跨高樁承臺(tái)深水墩連續(xù)梁橋的技術(shù)發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
丹江口二橋工程設(shè)計(jì)的難點(diǎn)及先進(jìn)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(jì)。
丹江口二橋工程設(shè)計(jì)強(qiáng)化了橋梁全壽命的耐久性設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)將重點(diǎn)從滿足各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求轉(zhuǎn)移到了對(duì)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(yán)重程度已遠(yuǎn)超過因結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力安全水準(zhǔn)設(shè)置偏低所帶來(lái)的危害。
丹江口二橋的設(shè)計(jì)提出了“根據(jù)設(shè)計(jì)年限、相應(yīng)的極限狀態(tài)、環(huán)境類別及其作用等級(jí)來(lái)確定耐久性設(shè)計(jì)”的準(zhǔn)則，并深化為設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)階段仔細(xì)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(hù)以及施工等各個(gè)環(huán)節(jié)，以加強(qiáng)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(jì)性、適用性、美觀性、耐久性及可實(shí)施性，因地制宜地選擇了四跨連續(xù)梁這一較經(jīng)濟(jì)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(diǎn)，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(yán)格控制砼在使用狀態(tài)下容許主拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值來(lái)預(yù)防箱梁斜裂縫。
?。?）在環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)提出了有效的環(huán)境保護(hù)措施。
設(shè)計(jì)階段對(duì)丹江口二橋全生命周期內(nèi)的各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。通過進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)衡量、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、減少風(fēng)險(xiǎn)的措施、結(jié)構(gòu)易損性分析、結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估、危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)等方面的研究，重點(diǎn)地環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)因素加以控制和預(yù)防，在細(xì)節(jié)上突出了環(huán)境保護(hù)。
?。?）系統(tǒng)地分析研究了高樁承臺(tái)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(tái)和樁基）的耐久性差及養(yǎng)護(hù)維修難的問題。
設(shè)計(jì)組通過系統(tǒng)地分析和開展專題研究，解決了高樁承臺(tái)所在橋墩作制動(dòng)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(qiáng)度等的仿真計(jì)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(qiáng)度、剛度均滿足相關(guān)規(guī)范要求。同時(shí)，按耐久性設(shè)計(jì)要求，特別設(shè)計(jì)了混凝土保護(hù)層的厚度。
