河南省境黄河公路桥的分析研究

第24卷第6期河南科学Vol.24 No.62006年12月HENAN SCIENCEDec. 2006文章编号: 1004- -3918 (2006)06 -0869-05河南省境黄河公路桥的分析研究赵卓1，王健2，孟磊3，王用中2(1.郑州大学土木工程学院，郑州450002; 2. 河南省交通规划勘察设计院，郑州450052;3.河南海威工程咨询有限公司,郑州450002)摘要:近年来,随着我国交通运输事业及中部地区国民经济等的快速发展，河南省境内黄河公路桥的建设又进入了一个新的阶段，各地黄河公路桥的建造步伐逐渐加快.本文对河南省境内已建和在建的黄河公路桥概况进行了系统的分类分析研究,对其技术发展水平进行了总结分析,为今后同类桥梁的建设提供了经验和依据.关键词:河南;黄河;桥梁中图分类号: TU 442.5文献标识码: A黄河是贯穿河南省中北部最大的河流,将河南省分为南北两部分.为跨越中原腹地的黄河天堑,河南人民历来十分重视跨越黄河的桥梁建设。近年来,随着我国交通运输事业的快速发展、中原地区的城市群建设以及沿黄河两岸的经济大开发,河南省境内黄河公路桥的建设又进入了一个新的阶段,各地黄河公路桥的建造步伐逐渐加快,且建造规模越来越高.本文对河南省境内已建和在建的黄河公路桥概况进行了系统的分类综述，对其技术发展水平进行了总结分析,为今后同类桥梁的建设提供了经验和依据.1河南 省境黄河概况黄河在河南省境内干流总长达700多km,先后流经河南省的三门峡、洛阳、济源、焦作、郑州、新乡、开封和濮阳等8市.黄河自陕西潼关进入河南省,首先流进中条山和崤山峡谷之间,此段黄河河床较窄,水流湍急,水利资源丰富;黄河自河南孟津县以东进入平原地区,河道骤然变宽,由于泥沙运动,更突出了它的强烈堆积性和游荡性,河床逐年淤高,主槽摆动,邙山以下渐成悬河,特别自郑州桃花峪进入下游后更为突出.黄河自出峡谷至河南洛阳吉利黄河大桥之间河道,地层主要分为三大层"第一大层,上部为冲积浅黄色粉细砂、粉土、砂壤土,局部为轻粉质壤土,其厚度2~7m;下部主要为冲积砂卵石层其厚度约5~18m,局部夹浅黄色薄层中细砂层.第二大层为冲洪积层砂卵石层,分布于河床、河漫滩覆盖层中下部。厚度- -般为10~15m,最厚达30m.第三大层为下伏基岩,河床河漫滩覆盖层之下，以紫红色泥质粉砂岩与粘土岩石层为主,局部夹薄层灰黄色钙泥质砂岩.砂岩、粉砂岩大部分胶结较差,局部呈松散状.本河段存在着深度20~50 m的河床深槽,河床深槽基本呈宽缓U形状.根据107线郑州黄河公路大桥、106线开封黄河公路大桥、106线东明黄河公路大桥凹、阿深高速公路开封黄河公路大桥、孙口黄河公路大桥等数座跨黄大桥的工程地质勘探资料分析,该段黄河河床地质类型基本相同,均处于黄河冲积扇平原的中部.中新生代沉积地层,在百米深的勘探范围内,地层为典型的游荡型河流沉积,主要由粉、细纱、中砂、亚粘土、轻亚粘土及粘土层等组成,300om深处未见基岩.随着小浪底等特大水利枢纽工程的投入使用，使黄河下游沿线的防洪、防凌、减淤、灌溉和发电综合利用等起到了极大的改善、推动作用,使黄河下游防洪标准从目前不足百年- -遇, 提高到千年一遇;小浪底水库的20亿防凌库容与三门峡水库的15亿防凌库容联合运用,将基本解除山东河段的凌汛威胁;小浪底水库的淤沙库容可使下游河道20年内不淤积，下游1396km的河堤20年内不加高.但由于黄河治理的长期性,加之黄河下游多泥砂、多淤积的特殊工程地质条件,在黄河上建桥，仍然要明确黄河安全第--的原则，建中国煤化工收稿日期: 2006-08-18基金项目:国家自然科学基金(50508040)MHCNMHG作者简介:赵卓(1970-),男,河南郑州人，郑州大学土木工程学院副教授,工学博士,主要从事高强混凝土、桥粱结构理论、耐久性分析方面的研究.-870-河南科学第24卷第6期桥应服从河防的要求.2河南省境已建和在建的黄河公路桥由于技术发展水平的限制，中国古代历史记载中的黄河桥只有舟桥(浮桥),这是一种临时性的桥梁形式;历史上最早的一座近代永久性黄河桥为1905年由比利时人建成的京广铁路单线桥, 1987年107线郑州黄河公路大桥建成后,为保障黄河河防安全,拆除了这座饱经忧患已近残年的桥梁。第-座由我国自行设计、施工的河南省境黄河桥是1958年建成的京广铁路复线桥.1977年建成的洛阳黄河公路大桥，掀开了河南省桥梁建设新篇章,在短短近30年的时间内,先后建成、基本建成数座跨黄公路大桥,对我国桥梁建设技术的快速发展起到了极大的推动作用，河南省境已建和在建(筹建)黄河公路桥梁概况如表1所示，表1河南省境已建和在 (筹)建黄河公路桥梁概况Tablel The conditions of road bridge over Huanghe river in Henan Province序号桥名建成年代桥梁概况1设计荷载:汽-20(重车30);1洛阳黄河公路大桥19776H社树SO中器n元4、下部结构:双柱式墩:钻孔灌注桩基础:1、设计荷载:汽超20,挂-120;2.桥梁全长: 55寬:净16+2x1m:2郑州黄河公路大桥1986 3. 上.部结构: 20.40.50m跨预应力混凝土T型梁:3开封黄河 公路大桥19891、设以计载:一想20.栋-130ix3m3、上部结构: 20.50m跨预应力混凝土T型梁:4、下部结构:双柱式墩:钻孔灌注桩基础;2.桥梁全长: 1310m:宽:净15+2x1.5m;4三门峡黄河公路大桥1993 3.上部结构: 主桥: 105+4x160+ 105m连续刚构:引桥: 50m跨预应力混凝土T型梁:4、下部结构;双墙薄壁墩:钻孔灌注桩基础:1、设计荷载:汽-超20,挂-120;桥梁全长:30m:16+215焦巩黄河公路大桥20013、上部结构: 50m跨径预应力混凝土T型梁:1.设计荷载:汽-超20,挂-120;2.桥梁全长: 9849m;宽:净2xI9.5m;6郑州黄河二桥2004 3. 上部结构:主桥: 8x100m下 承式钢管混凝土系杆拱;引桥:35.50m 跨预应力混凝土T型梁: 20m跨预应力混凝土空心板:4、下部结构:空心墩:双、三柱式墩:钻孔灌注桩基础:1、设计何载:汽一超20,挂-120;7济洛高速黄河公路特大桥 2005 3. 上部结构:主桥: SOm跨预应力混凝士等截面连续箱梁;4、下部结构:花瓶形墙式墩:双柱式墩:钻孔灌注桩基础:1、设计荷载:公路-1级:2.桥梁全长: 7838m:宽:净2x15.25m;8阿深高速开封黄河二桥在建3、 上部结构:主桥: 85+7x140+85m预应力混凝土双索面部分斜拉桥:引桥:50m跨预应力混凝土T型梁:35m跨预应力混凝土组合箱梁;4、下部结构:钻孔灌注桩基础:1设计荷载:汽一超20,楼-120;9孙口黄河公路大桥工程在3、上部结构:主桥:59.93+16x108 36+59 93m预应力混凝土连续箱梁带钢挂梁体系:引桥:40m路预应力混凝十T型梁，坐来;1、技术标准:双向六车道一10郑州黄河三桥2、拟采用桥型:双塔双索面斜中国煤化工11郑州黄河四桥筹建1、技支术标准:公铁两用:双向六MHCNMHG(河南中原黄河公路大桥)(河2、拟采用桥型:六塔连续钢桁12运三高速三门峡黄河大桥 筹建1.技术标准:双向六车道高速公路:2、拟采用桥型:中承式钢管混凝土拱桥:2006年12月河南省境黄河公路桥的分析研究一871-3河南 省境黄河公路桥的建造技术发展通过对河南省境跨黄公路大桥主桥结构形式的总结，可以将河南省境黄河公路桥的桥型设计发展分为三个大的历史阶段:第1个阶段包括洛阳黄河公路大桥、郑州黄河公路大桥、开封黄河公路大桥|和焦巩黄河公路大桥等,以简支型桥梁为主;第2个阶段包括三门峡黄河公路大桥凹和山东省境的东明黄河公路大桥叫(基本同期建成)等,以刚构和刚构连续型桥梁为主;第3个阶段包括郑州黄河二桥间、济洛高速黄河公路特大桥T、阿深高速开封黄河二桥同以及孙口黄河公路大桥工程!等,以拱桥、连续型桥梁为主,桥型设计思想体现了连贯性和多样性.在第1个发展阶段，考虑到黄河通航情况及泄洪的相关要求,主桥跨径基本确定为50m,代表性的桥梁为郑州黄河公路大桥和开封黄河公路大桥.在这两座桥梁的设计建造过程中，取得了一系列的技术成就，为今后河南以至国内公路桥梁建设发展起到了重要的推动作用，其代表性技术成就主要有:(1)桥梁钻孔灌注桩基础的技术发展:1963年河南省安阳冯宿公路桥桥台首次采用了钻孔灌注桩作为桥梁基础,显示出其巨大的技术优越性和经济效益.在郑州、开封两座黄河公路大桥的建设中,均采用直径1.5~2.5m 的钻孔灌注桩作为墩台基础，总数约500根.结合实际工程地质条件,通过现场试桩的试验和理论分析研究,对桩长进行了优化,并对钻孔施工工艺进行了改进,取得了良好的技术和经济效益.(2)预应力体系的技术进步:按工程习惯，预应力体系主要包括三个要素:预应力钢材、张拉设备和锚夹具.由于技术发展水平的限制，洛阳黄河公路大桥上部结构采用了高强钢丝索、费式预应力锚固体系.在郑州、开封两座黄河公路大桥的建设中，首次采用了国产优质低松弛钢绞线,并通过试验及理论分析研究,开发出我国第-一个现代预应力钢绞线张拉锚固体系-XM体系,使大吨位预应力张拉成为可能。通过郑州、开封及焦巩黄河公路大桥等的建设,50m跨预应力混凝土T型梁预制、架设技术逐渐成熟，并在此后的桥梁建设中得到了大范围的应用.在第2个发展阶段,由于三门峡库区蓄清排浑的运营特点、地震作用、深水施工以及较为复杂的工程地质状况等的影响,主桥采用了160跨的连续刚构形式,在当时国内同类型桥梁中居第二二位.在主桥设计中,为减轻.上部结构自重，综合采用了大吨位预应力钢绞线束(最大钢绞线束的张拉力为486吨)和60MPa高强度混凝土(实际强度已达到70MPa)10,扭转了以往由构造需要确定截面尺寸的被动局面.通过三门峡黄河公路大桥60MPa高强度混凝土在我省的首次施工应用实践，可以看出:(1)在大跨度桥梁建设中采用高标号混凝土是可行的，是今后大跨度桥梁建设中混凝土材料应用的发展方向.这一点，随着近年来高强高性能混凝土的发展及相关混凝土结构设计规范的更新，已经得到证明1H04; .(2)高强混凝士的单方造价虽然较普通混凝士略贵,但总体材料用量却因强度的提高而减少，其总体造价仍能得到有效降低;(3)在常规条件下,高强混凝土的生产是可行的，且工艺并不复杂.针对连续结构桥梁中温度作用等的影响，在山东省境的东明黄河公路大桥设计中创新提出了刚构-连续的结构体系0,合理集中了连续梁和连续刚构两种桥型的优点,取得了较好的技术经济效益.在第3个发展阶段,随着社会经济的快速发展,桥型设计思路更趋于开放.在郑州黄河二桥的方案设计阶段,先后提出了下承式钢管混凝土系杆拱呵、预制节段拼装以以及多塔斜拉桥旧等设计方案,并最终确定采用下承式钢管混凝土系杆拱方案;在济洛高速黄河公路特大桥的方案设计阶段,先后提出了下承式移动模架逐孔现浇方案M、节段拼装连续梁!7等设计方案，并最终采用了下承式移动模架逐孔现浇连续箱梁方案;在阿深高速开封黄河二桥方案设计阶段，先后提出了单索面中国煤化工车续梁桥、预应力混凝土双索面部分斜拉桥、预应力混凝土连续梁一钢管混凝土iHCNMHG凝土悬索--连续梁组合体系桥凹等桥型方案,并最终采用了预应力混凝土双索面部分斜拉桥方案,使之成为国内最长的多跨连续部分预应力混凝土斜拉桥;而孙口黄河桥,则最终采用了预制节段拼装连续箱梁方案.在这个发展阶段,行车舒适性及桥梁美学造型逐渐成为桥型设计较为关注的问题,如郑州黄河二桥和-872-河南科学第24卷第6期阿深高速开封黄河二桥，但在桥梁方案选型时,过分注重桥梁外型，将会给桥梁施工带来一定 困难,如郑州黄河二桥的连拱造型,确实给黄河增添了景色，但由于对施工方案的考虑欠充分,郑州黄河二桥的上部结构施工是较为困难的.受此影响,济洛高速黄河公路特大桥、阿深高速开封黄河二桥以及孙口黄河桥等在关注桥梁造型的同时,在技术创新方面则给予施工技术方案更多的关注。如济洛高速黄河公路特大桥，采用移动模架逐孔现浇，有效加快了主桥施工进度,并大大降低水面施工作业给施工栈桥所带来的压力，而孙口黄河桥的预制节段拼装方案,其主梁节段的预制可与下部结构施工同时进行,使其架设工期较现浇大大缩短;在设备完善的预制场地上预制构件,构件质量容易控制和得到保证;预制构件有足够的存放期,减少了后期的收缩和徐变.随着对大型桥梁结构在服役期间耐久性的关注,部分桥梁结构健康监控措施也在跨黄公路大桥中得到应用819.另外， 由于跨黄特大型桥梁控制测量的要求, CPS技术也得到了广泛的应用网。目前，河南省境内还有郑州黄河二桥、郑州黄河三桥以及运三高速三门峡黄河大桥等仍在积极筹建中，其建设必将进一步推动河南省黄河公路桥梁建设水平的进-.步发展和提高.4结论和展望河南省境黄河公路桥的建造技术不是孤立发展的，其建设经验的积累,与相关行业及其它沿黄地区的桥梁建设发展是分不开的，如小浪底黄河水利枢纽大桥21、山西凤陵渡黄河公路大桥、山东东明黄河公路大桥、山东鄄城黄河公路大桥、滨州黄河公铁两用大桥主桥设计2、山东东营黄河公路大桥凹等叫,这里不再赘述.在国内大型桥梁如上海东海大桥、苏通长江大桥、杭州湾跨海大桥等的建设中,为降低水上施工风险、保证施工质量、避免不良地质条件、合理降低施工工期等,均不同程度采用了构件预制化、大型化、节段拼装、整孔架设、移动支架现浇及高性能混凝土等施工控制措施和技术12127272,取得了较好技术和经济效益，为今后河南省境黄河公路桥的建设发展提供了借鉴依据.参考文献:[1]李金都, 周志芳,宋汉周,张发明.黄河下游河道建桥的主要工程地质问题[小]铁道建筑, 2006, (3):3-5.[2] 张世霖. 郑州、开封及东明黄河公路大桥钻孔灌注桩荷载试验分析J].河南交通科技, 1994, (3):3-6.3]王用中.河南省境的黄河桥[CVI.河南省交通规划勘察设计院建院三+周年纪念论文集.郑州:河南省交通规划勘察设计院，1994,60-75.[4]王用中,黄峪陵， 杨兴其.三门峡黄河公路大桥主桥设计[I].桥梁建设1994, (3):12-21.[5] 万科蜂,王用中，陈厚河.东明黄河公路大桥主桥结构设计[CVI. 河南省交通规划勘察设计院建院三十周年纪念论文集.郑州:河南省交通规划勘察设计院, 1994, 100-112.[6] 汤意.郑州黄河公路二桥设计[].交通标准化，2006, (4): 129-131. .[7] 叶东升.洛阳黄河公路 大桥设计[].桥梁建设, 2004, (1):24-26.[8]史福明. 开封黄河公路二桥桥型方案研究J],河南科学, 200422(4):542 -546.[9] 岳建光. 孙口黄河公路大桥主桥节段胶拼I艺[J].交通标准化, 2005, (8):67-69.[10) 胡仁东， 廖七云.三门峡黄河公路大桥60MPa混凝土的试验研究与施I].桥梁建设, 1994, (3):61- 68.[11] CECS104:99, 高强混凝土结构技术规程[S].[12] 中国土木工程学 会高强混凝土委员会.高强混凝土结构设计与施工指南(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社, 2001.[13] GB50010- -2002,混凝土结构设计规范[S].[14] JTCD62- -2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].[15] 刘东旭， 张世霖.预制节段拼装PC连续梁桥-新乡至郑州高速公路郑州黄河大桥桥型方案的构思[小].公路，2001,9:2-7.[16] 王伟,魏平,贺虹.郑州黄河公路二桥多塔斜拉桥方案浅析[J].河南交通科技?000 20(4).34 -36 .中国煤化工17] 史福明.节段拼装连续梁方案设计构思([]世界桥梁，2004, (1): 15[18]曹成茂, 唐建生.黄河二桥健康监测系统-温度 监测子系统[].传层YHCNMHG[19] 段香英. 黄河二桥温度检测系统[].交通标准化，2004, (9): 102-104.[20] 薛建成， 宁金成，郑莉. 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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中国煤化工MYHCNMHG