陳 亮

(廈門中平公路勘察設(shè)計院有限公司)

南平樟湖庫區(qū)大橋設(shè)計綜述

陳 亮

(廈門中平公路勘察設(shè)計院有限公司)

樟湖庫區(qū)大橋跨越水口庫區(qū)，橋位處湖面寬710 m，最大水深42 m，墩高約20 m。主橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)采用矩形板式雙薄壁墩、高樁承臺、群樁基礎(chǔ)。主橋橋墩位于庫區(qū)超深復(fù)雜水域，局部區(qū)域巖面傾斜裸露，且基巖承載力較高，深水裸巖大直徑超深樁基施工是項目的一大難點?？紤]水文、地質(zhì)條件及施工設(shè)備，主墩鉆孔樁選用浮式鉆孔平臺施工。介紹樟湖庫區(qū)大橋橋型結(jié)構(gòu)和施工方案，可為同類型橋梁的設(shè)計提供參考。

連續(xù)剛構(gòu)橋;橋梁設(shè)計;深水裸巖樁基;浮式平臺

1 概述

福建省南平市樟湖庫區(qū)大橋跨越閩江水口水電站庫區(qū)，水口水電站是華東地區(qū)最大的水電站。大橋建成后連通閩江南、北兩岸，使北岸庫區(qū)移民便捷到達(dá)國道316線，對加快樟湖作為中心城鎮(zhèn)全面發(fā)展、整合水口庫區(qū)資源及完善福建省公路網(wǎng)具有重要意義。

樟湖庫區(qū)大橋全長788 m，全橋平面位于直線上，橋面縱坡為單向0.3%。設(shè)計汽車荷載為公路—Ⅱ級，人群荷載3.0 kN/m2，地震動峰值加速度0.05 g。橋梁全寬 12.0 m=1.5(人行道)+9.0(行車道)+1.5(人行道)，雙向兩車道。橋下通航內(nèi)河Ⅳ級航道(普通500 t級貨船)，單孔通航凈寬90.0 m，凈高8.0 m。

2 主要工程特點

根據(jù)橋址處自然、地理條件及勘測資料，本項目的建設(shè)具有如下特點。

(1)橋位處庫區(qū)湖面寬約710 m，最大水深約42 m，常年水位變動只有3～4 m。

(2)湖床基巖覆蓋層較薄，厚0.8～14 m，下伏巖層以弱～微風(fēng)化花崗巖為主，局部區(qū)域巖面傾斜裸露，基巖承載力較高，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值35.2～89.4 MPa。

(3)橋址兩岸臨河面岸坡及巖面坡度達(dá)30°～36°，河床地面則較平坦。

(4)庫區(qū)施工，大型設(shè)備難以進(jìn)場，深水裸巖大直徑超深樁基施工是本項目的一大難點。

3 橋型及結(jié)構(gòu)整體構(gòu)思

鑒于上述項目建設(shè)特點，橋型方案選擇在安全、實用的前提下，結(jié)構(gòu)型式力求經(jīng)濟(jì)、美觀，橋跨布置均衡協(xié)調(diào)，同時應(yīng)充分考慮施工作業(yè)條件。水中區(qū)域要在考慮施工方案切實可行的前提下適當(dāng)加大橋梁跨度;岸灘區(qū)應(yīng)采用常規(guī)的能快速施工的橋型結(jié)構(gòu)，以簡化工序，縮短工期。經(jīng)多方案比選后，選用較為實用、經(jīng)濟(jì)的(70+4×125+70)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)主橋+(4×35)m預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土T梁引橋。

主橋采用多孔連續(xù)剛構(gòu)，引橋采用預(yù)制T梁方案具有以下優(yōu)點。

(1)根據(jù)勘測資料揭示:閩江北岸及舊航道主河槽水深較大、基巖覆蓋層淺;南岸水深較小、基巖覆蓋層深。北岸大跨徑連續(xù)剛構(gòu)與南岸預(yù)制T梁搭配布置，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)、受力合理。

2.定干。對于截干移植的苗木，待萌條長到15—30厘米高時，選留一個健壯直立的萌條作為主干，其余的全部除掉。

(2)主橋采用多孔連續(xù)剛構(gòu)跨越能力大、整體性好、行車舒適、外形美觀，上部結(jié)構(gòu)施工技術(shù)成熟可靠，下部結(jié)構(gòu)工程量小。

(3)引橋上部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、工廠機(jī)械化施工，造價經(jīng)濟(jì)、施工便捷。

4 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 主橋箱梁結(jié)構(gòu)

主橋采用單箱單室變截面箱型梁結(jié)構(gòu)，主跨支點梁高7.5 m，邊跨直線段及主跨跨中處梁高2.6 m，梁高變化段梁底曲線采用1.5次拋物線。箱梁頂板寬12 m，底板寬6.5 m，兩翼板懸臂長度2.75 m，懸臂根部高度 0.75 m，頂板厚 0.3 m，腹板厚在11#梁段由0.45 m 漸變至0.6 m，底板厚由0.3 m漸變至0.8 m，箱梁底板厚度按線性變化。箱梁底板水平，通過兩腹板的高差，實現(xiàn)頂板雙向橫坡。

主梁每個單“T”劃分為16個梁段，其中0#塊長12.0 m，1#塊長2.5 m，2#塊至4#塊長3.1 m，5#塊至9#塊長3.7 m，10#塊至15#塊長4.2 m，邊跨支架現(xiàn)澆段長6.5 m，邊跨及中跨合攏段長度均為2.0 m。

4.2 主橋箱梁預(yù)應(yīng)力體系

箱梁為縱向、豎向預(yù)應(yīng)力體系，箱梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用19Φs15.2、17Φs15.2 高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa。預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管成型，預(yù)應(yīng)力錨固體系采用群錨15-19、群錨15-17。腹板及0#塊豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32精軋螺紋粗鋼筋，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=785 MPa。箱梁橫向為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。箱梁典型斷面縱向預(yù)應(yīng)力鋼束類型及數(shù)量見表1。

表1 縱向預(yù)應(yīng)力鋼束類型

4.3 引橋主梁

引橋主梁采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁(后張)，結(jié)構(gòu)體系為先簡支后連續(xù)。T梁梁高2.3 m。上部橫向由5片梁組成，梁中距2.4 m，濕接縫寬度0.7 m。T梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束及墩頂負(fù)彎矩鋼束均采用Φs15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線。

5 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

5.1 主橋橋墩

根據(jù)橋位地質(zhì)、庫區(qū)水文條件及橋型結(jié)構(gòu)，主橋橋墩采用嵌巖高樁承臺基礎(chǔ)，樁長約60 m，自由長度約24～35 m，為提高樁基承載力，并滿足上部結(jié)構(gòu)懸臂施工過程中樁基的穩(wěn)定性要求，經(jīng)比較分析，主墩基礎(chǔ)采用6Φ2.0 m鉆孔灌注群樁基礎(chǔ)，樁基縱橋向間距6.3 m，橫橋向間距2×4.5 m。墩身采用矩形板式雙薄壁墩，墩高19～20.5 m，壁厚1.4 m，寬6.5 m，縱橋向凈距4.9 m。主墩承臺高度4.0 m，平面尺寸為9.9×10.4～18.0 m。為減小船舶對橋墩的撞擊力，通航孔兩側(cè)主墩承臺及墩身設(shè)置橡膠防撞船舷。

5.2 交接墩

主橋與引橋交接墩采用4Φ2.0 m鉆孔灌注群樁基礎(chǔ)，墩身為 Φ2.0 m雙柱式墩，墩高25.5 m，承臺高度3.5 m。5.3 引橋橋墩、橋臺

引橋橋墩采用2Φ2.0 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，墩身為Φ1.8 m雙柱式墩。兩側(cè)橋臺均采用鋼筋混凝土U型橋臺，鉆孔灌注群樁基礎(chǔ)。

6 主梁、墩身及承臺施工方案

6.1 主梁施工方案

主橋箱梁共有5個“T”構(gòu)，采用三角掛籃進(jìn)行箱梁懸臂施工。由于主墩為水中墩，主墩施工中采用三角托架法施工0號塊，邊跨現(xiàn)澆段采用鋼管樁支架施工。上部箱梁共有六個合攏段，施工時合攏順序為先邊跨合攏，再中跨合攏，最后次邊跨合攏。

6.2 主墩墩身施工方案

主墩為薄壁矩形高墩施工，最大墩高達(dá)20.48 m，施工采用翻模法進(jìn)行，模板每節(jié)高度2 m，一次澆筑6 m，分4次澆筑。

6.3 主墩承臺施工方案

主橋為高樁承臺，其承臺施工采用鋼吊箱方案。由于承臺體積龐大，承臺混凝土澆筑時，混凝土水化熱集聚在承臺內(nèi)部不易散發(fā)出去，造成內(nèi)外溫差過大，混凝土表面可能出現(xiàn)過大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋。為此制訂如下措施，以保證承臺混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量:(1)合理選擇原材料，優(yōu)化混凝土配合比;(2)預(yù)埋冷卻水管;(3)降低混凝土入模溫度;(4)加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù);(5)加強(qiáng)混凝土內(nèi)部溫度測量監(jiān)控。

7 深水基礎(chǔ)施工方案

7.1 深水基礎(chǔ)施工方案選擇

樟湖庫區(qū)水流流速及水位落差較小，常水位水深約25～42 m，主橋樁位處湖床基巖覆蓋層較薄，局部區(qū)域巖面傾斜裸露，基巖承載力較高。由于主橋存在上述水文、氣象、地質(zhì)特點，如按常規(guī)深水樁基施工經(jīng)驗搭設(shè)固定平臺(如鋼管樁施工平臺、鋼套箱圍堰)，則存在固定平臺材料投入大、工序時間長、穩(wěn)定性差等不利因素?？紤]庫區(qū)無大型起吊設(shè)備及比較有利的水文條件，經(jīng)方案比選，主橋橋墩深水基礎(chǔ)采用浮式鉆孔平臺方案，南岸淺灘采用鋼管樁平臺方案。

7.2 浮式鉆孔平臺設(shè)計原理

浮式鉆孔平臺是利用水的浮力來承受豎向荷載的一種剛性浮體作業(yè)平臺。主墩樁基施工需起吊的鋼護(hù)筒、鋼筋籠重量大(最大起吊重40 t)，庫區(qū)內(nèi)無大型浮吊，故需選用有足夠承載力及剛度的浮體來支承相應(yīng)的施工荷載。浮式平臺選用浮箱組合體作為剛性浮體，兩組浮體通過鉆孔平臺連為整體，平臺設(shè)置龍門吊以解決鋼護(hù)筒、鋼筋籠起吊等作業(yè)問題。浮式平臺通過設(shè)置地錨來承受水平荷載。鋼護(hù)筒插打完成后通過水下連接系對其進(jìn)行剛性連接，鉆孔作業(yè)時鋼護(hù)筒與平臺完全脫離。浮式平臺可對角布置3臺沖擊鉆經(jīng)2輪循環(huán)成孔進(jìn)行施工。

7.3 浮式鉆孔平臺結(jié)構(gòu)組成

浮式鉆孔平臺由浮體，鉆孔平臺，起吊系統(tǒng)，錨錠系統(tǒng)，連接系等組成。

(1)浮體:浮體分兩組，每組由18個浮箱連接而成。其上安裝有鉆孔平臺、龍門吊、卷揚(yáng)機(jī)、馬口、帶纜樁等。

(2)鉆孔平臺:為鉆孔樁施工作業(yè)平臺，平臺桁架采用萬能桿件，其上鋪設(shè)I56a工字鋼作為承重梁，承重梁上鋪設(shè)間距40 cm I18a工字鋼，面板為6 mm厚壓花鋼板。

(3)起吊系統(tǒng):由雙懸臂門架、天車走行大梁及天車等組成。門架支承在浮體上，天車走行大梁可走行于門架頂軌道上，從而解決鉆孔作業(yè)起吊問題。

(4)錨錠系統(tǒng):平臺的錨固定位裝置，由混凝土錨、錨繩、錨鏈、馬口、卷揚(yáng)機(jī)等組成。

(5)連接系:通過水下連接系對鋼護(hù)筒進(jìn)行剛性連接。

8 結(jié)語

樟湖庫區(qū)大橋因地制宜地選用多孔連續(xù)剛構(gòu)主橋與預(yù)制T梁引橋方案，并對上下部結(jié)構(gòu)的施工方案進(jìn)行了較為詳細(xì)的設(shè)計。所提出的浮式鉆孔平臺及其他施工方案在施工階段均為施工單位所采納，并順利完成上下部結(jié)構(gòu)的施工，較好地控制了施工進(jìn)度及工程造價，能夠給同類型橋梁建設(shè)提供參考。

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1008-3383(2014)03-0118-02

2013-11-01

陳亮(1981-)，男，福建龍巖人，工程師，研究方向:橋梁工程。