黃向平，楊偉佳

(中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海市 200030)

1工程概況

吳淞口郵輪碼頭位于上海寶山吳淞口，作為世博配套工程，必須在世博前投入使用。作為上海窗口的郵輪碼頭工程在設計中，非常注重景觀性，同時工期也非常緊迫。碼頭引橋的荷載及上部結(jié)構(gòu)計算按公路-I級荷載和相關(guān)橋梁結(jié)構(gòu)要求進行，下部結(jié)構(gòu)則為水工構(gòu)筑物，須考慮水流、波浪對橋梁基礎結(jié)構(gòu)的作用和橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的要求以及水上施工的可行性。根據(jù)總體設計，碼頭上設有一棟聯(lián)檢大樓，除交通外還有大量管線通過引橋。碼頭所處區(qū)域，船只密集，橋梁還有被船只撞擊的風險性。受多種因素的限制，本橋設計有如下特點：荷載大，景觀、防撞、防腐要求高。引橋總長約450 m，寬15 m。引橋設4跨一聯(lián)，每2跨設一個景觀平臺，見圖1。

圖1 吳淞口游輪碼頭

2 引橋總體設計思路

作為郵輪碼頭引橋，引橋的線形受到很多條件限制。為順接陸域和碼頭，引橋平面半徑為1 995 m的圓曲線?？v斷面為順接碼頭和陸域標高，從景觀考慮，引橋縱向設平坡。該區(qū)水域設計高水位標高為4.01 m，極端高水位約5.87 m，橋面標高約7.6 m。為使箱梁梁底在高水位之上，梁高不能超過1.8 m。照“安全、經(jīng)濟、適用、美觀”的原則，盡量選擇合理的相同跨徑來布設，以方便施工，并達到均勻和諧的效果?？鐝教。瑯蚨仗?，下部結(jié)構(gòu)過多，造價過高，且不美觀；跨徑太大，則梁高較大，對施工機械設備，都有較高的要求，同時梁高較高，看起來有厚重感，不美觀，且造價也將提高。綜合以上因素，但是受梁高的限制，直線段主引橋橋梁跨徑選擇為30 m。

考慮到本工程橋梁位置隸屬于海洋環(huán)境，應盡量選用外表面積較少的斷面，有利于防腐。本工程引橋有一定長度，且無通航要求，采用梁橋比較經(jīng)濟、美觀、合理。梁橋中也分空心板梁、T梁、箱梁?？招陌辶菏┕ず唵?，也比較經(jīng)濟，但是需要蓋梁，美觀稍有不足，且跨徑一般不宜超過25 m。T梁跨越能力稍強，最大跨徑能到50～60 m，可采用預制吊裝的工藝，缺點是外表面積太多，不利于結(jié)構(gòu)防腐，而且也不美觀。且跨徑大了后梁高也較高，T梁也需設置蓋梁，美觀性較差。箱梁外表面簡潔大方，結(jié)構(gòu)整體性好，抗扭轉(zhuǎn)效果好，有利于防腐。

經(jīng)綜合比較，引橋方案標準段從景觀要求選定采用跨徑適中的30 m跨徑等高預應力混凝土連續(xù)箱梁橋。橫斷面采用弧形橫斷面。橫斷面布置見圖2。

圖2 引橋方案標準段橫斷面(單位：mm)

每隔一跨設觀景平臺，觀景平臺尺寸為半橢圓形，橢圓長軸為5 m，短軸3 m。

3 引橋結(jié)構(gòu)設計

3.1 樁基

一般港口、橋梁工程中常用樁型有預應力混凝土方樁、高強度預應力混凝土管樁(PHC樁)、鋼筋混凝土灌注樁、鋼管樁等。

鋼管樁相對于混凝土樁，樁身的抗彎抗拉能力強，自重輕，耐錘擊性能好，施工快速，適合于水深大，可能有船只碰撞發(fā)生的情況。本工程所屬區(qū)域為于吳淞口錨地，小型船只眾多，船只撞擊橋梁的概率較高。而且大部分引橋水域的水深條件較好，適合打樁船施工。標準段橋墩樁基推薦采用鋼管樁。A3～A15橋墩承臺下設置6根1 m直徑的鋼管斜樁，計算樁長65 m左右，持力層選用7層粉砂層，計算單樁極限承載能力標準值為7 500 kN。鋼管樁采用適當預留壁厚和涂環(huán)氧類重防腐涂料的方法防腐。A1～A2兩個橋墩，根據(jù)現(xiàn)場情況，近岸的灘地堆有較厚的鋼渣堆，為方便施工，考慮采用沖孔灌注樁。具體每個承臺采用5根直徑1.2 m，混凝土標號C40的沖孔灌注樁，估計樁長65 m左右，持力層選用7層粉砂層。計算單樁極限承載能力標準值為7 300 kN，見圖3。

圖3 鋼管樁

3.2 承臺

承臺大部分采用為高樁承臺，考慮施工的可操作性，布置如下：

A1～A2承臺標高設在2.3 m，其余承臺標高設在2.8 m。根據(jù)設計水位，承臺在常水位大部分不露出水面，在高水位不露出水面。

A1～A2承臺形狀選用矩形帶圓倒角，尺寸為6.6 m×6.6 m；A3～A18承臺形狀選用橢圓形，平面上迎水面呈半圓型，尺寸為6.9 m×4.5 m，承臺采用C40現(xiàn)澆鋼筋混凝土，水上部分采用鋼套箱施工方法施工承臺，見圖4。

3.3 橋墩立柱

A1～A15標準段橋墩立柱采用獨柱Y型花瓶狀橋墩(見圖5)，線型由多段圓弧組成，線條流暢優(yōu)美。立柱底面尺寸2.5m×1.2m，頂面尺寸4.3m×1.8 m。高度2.75～3.25 m。

圖5 標準段橋墩立柱

3.4 箱梁

3.4.1 箱梁施工方法

連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)的設計和施工方式密切相關(guān)?？梢圆捎脻M堂支架施工方法，少支架施工方法以及架橋機逐孔現(xiàn)澆施工方法。由于本橋橋梁長度短，采用架橋機不經(jīng)濟。水深較深，采用滿堂支架不現(xiàn)實，最終施工單位選用了打設臨時樁，用貝雷架的少支架施工方法。這種施工方法，箱梁設計計算可以按照成橋狀態(tài)計算，見圖6。

圖6 箱梁施工現(xiàn)場

3.4.2 箱梁縱向預應力設計

按箱梁為單箱兩室，梁高取1.7 m。中腹板厚度為45 cm，外腹板采用斜腹板，厚50 cm。和花瓶式橋梁相呼應。箱梁頂寬15 m，底寬7.5 m，頂板22 cm，底板25 cm。懸挑翼緣長約3.25 m，端厚20 cm，懸臂根部55 cm。

同普通陸上橋梁不同，本橋需要考慮高水位時的浮托力，除考慮規(guī)范的正常組合外，還需考慮有浮托力的組合。

上下緣最小應力見圖7。

圖7 上下緣最小應力圖

縱向鋼束采用18根Φs15.20-15的腹板通長束，4根Φs15.20-9的頂板束和8根Φs15.20-9的底板束。整個引橋共四聯(lián)，為不影響端部張拉，通長束端頭設在端部頂板上。為避免邊跨下方出現(xiàn)裂縫，底部端頭設單端張拉的鋼束。

3.4.3 箱梁橫向預應力設計

為滿足景觀要求，橫斷面采用整體感強的單箱斜腹板箱梁，箱梁底部采用曲線，使橋梁看起來更加動感現(xiàn)代。橫斷面內(nèi)僅設兩個支座。

由于碼頭引橋上有座聯(lián)檢大樓，因此有大量管線要從引橋上過，水電專業(yè)提出，最小凈高要500 mm。本橋景觀要求很高，不允許橋下懸掛管線，那就僅能懸臂考慮了。同樣由于停車及景觀要求，人行道僅高于車行道20 cm，在懸臂處設計了管線溝。

同樣由于景觀要求，本橋除了設計普通欄桿外，還另外設計了景觀欄桿。景觀欄桿和景觀平臺錯開布置。原本的普通大挑臂變成錯綜復雜。引橋是邊施工邊設計，方案不斷調(diào)整。

橫向僅在景觀平臺處設計了橫向預應力筋，其它為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。懸臂處的荷載見圖8。

圖8 懸臂處荷載示意圖

3.5 引橋防沖系統(tǒng)設計

本橋的前提條件是該引橋下不通航。但是該區(qū)域?qū)儆诒茱L港，船只較多，使用中的長航碼頭離引橋更是非常近。引橋初步設計的時候，僅考慮上游小船失控撞擊橋墩的可能。實際施工期間就發(fā)生了一次船舶撞擊了施工中臨時導樁的事情。由于平時水位較高，船舶一旦撞擊橋梁，容易撞到上部結(jié)構(gòu)。而上部結(jié)構(gòu)為薄壁箱梁，是經(jīng)不起撞擊的。為防止上游的?？康拇白矒魳蛄?，不允許船舶靠近橋梁停靠。

在接近現(xiàn)有長航碼頭引橋處，用直徑1.0 m的鋼管樁設成鋼柵欄緩沖失控的船舶漂向引橋。根據(jù)公路橋涵設計通用規(guī)范，表4.4.2.1內(nèi)河船舶撞擊力標準值，3 000 t極船舶撞擊力為1 400 kN，設作用在中間5排樁上。經(jīng)Ansys軟件模擬，最大位移40 cm，鋼管樁應力達291 MPa，見圖9。

圖9 Ansys軟件計算示意圖

在每個橋墩的兩側(cè)方向20 m左右，設置一個防撞墩.防撞墩的作用是攔阻失控船舶撞擊下游橋梁，使其停止或大大減速，但在撞擊過程中，允許防撞墩被撞壞便于修復。引橋其它部分考慮100 t級船舶撞擊。防撞墩為圓形直徑4 m，底標高1.5 m，頂標高3 m，每個橋墩設三個直徑1.0 m的鋼管樁，兩個橋墩之間設兩根鋼管樁，間距10 m。鋼管和防撞墩的間隙用錨鏈相連，見圖10。

圖10 錨鏈連接鋼管和防撞墩間隙示意圖

考慮以下兩種工況，工況一：100 t船舶撞擊到承臺上。

承臺位移2.8 cm,鋼樁應力68 MPa，見圖11。

圖11 工況一示意圖

工況二：100 t船舶撞擊到中間兩根鋼樁上。

鋼樁位移2 cm,鋼樁應力243 MPa，見圖12。

圖12 工況二示意圖

根據(jù)計算結(jié)果，承臺自身的防撞能力是有富余的，但是一旦船只進入承臺之間，則無多大富余。

3.6 引橋與防洪堤、隧道工程的結(jié)合

引橋設計之初，后方陸域接線地塊的設計未定。但是引橋施工一半時，其它工程與引橋有交叉。后方陸地設有200 a一遇的防洪堤，且為了更大程度利用土地，將堤線設在A1位置。且防洪堤斷面為斜坡堤斷面，坡腳到到達A3橋墩，斷面對橋墩水平影響較大，見圖13。

圖13 引橋與防洪堤、隧道結(jié)合示意圖(單位：mm)

為配合整體工程進度和引橋的安全，同意業(yè)主將A0～A1跨取消，并將A1橋墩改造成具有擋土功能的橋臺，并說服防洪堤設計在引橋范圍不設斜坡堤，一定范圍內(nèi)設直立式駁岸和橋臺相連接。

A0～A1，A1～A2之間還有兩條規(guī)劃隧道盾構(gòu)通過，A0～A2均為直樁，為避免樁基離隧道邊線太近，A2橋墩往江側(cè)移了1 m，調(diào)整了下第一聯(lián)的跨徑。

3 .7耐久性設計

(1)所有橋墩和箱梁外側(cè)表面圖硅烷浸漬材料以防腐。支座采用球鋼支座，為滿足防腐要求，采用定制方法，采用不銹鋼，使球鋼支座滿足海港工程的防腐要求。

(2)保證混凝土保護層的厚度，所有鋼筋外側(cè)保護層要求凈保護層5 cm。

(3)預應力筋的耐久性防護措施：管道填充漿體中加入阻銹劑，采用塑料波紋套管，保證預應力鋼束的混凝土凈保護層。波紋管應采用高密度聚乙烯和聚丙烯塑料套管。

(4)預應力錨固端的耐久性防護：預應力錨固端的耐久性應通過錨頭組件材料、錨頭封罩、封罩填充、錨固區(qū)封填等環(huán)節(jié)提供保證。錨固端的防護工藝如下：錨頭封罩內(nèi)部填充材料中加入阻銹劑，錨頭封罩采用高耐磨性材料。

(5)承臺表面設從中央到四邊的排水坡度，避免漲潮落潮后在承臺表面形成積水。

4 結(jié)語

隨著人們對橋梁的景觀要求日益提高，碼頭引橋的功能不僅僅局限于滿足使用功能要求。受到水上諸多條件的限制，景觀要求高的碼頭引橋的設計比公路橋梁考慮更多的因素。本設計可供同類橋梁參考。