張云洪，葉國勇

（中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西西安 710064）

1 工程概況

廈門島位于祖國的東南沿海，自建立廈門經(jīng)濟特區(qū)以來，廈門的經(jīng)濟的發(fā)展促進(jìn)了交通的發(fā)展。20世紀(jì)50年代建成第一個進(jìn)入廈門的通道——高集海堤，20世紀(jì)90年代又建成了第二個進(jìn)出廈門的通道——海滄大橋。目前，盡管海滄大橋分擔(dān)了部分交通流量，但進(jìn)廈門的交通仍然十分擁擠，開辟廈門島的第三個進(jìn)出島通道——東通道，已經(jīng)十分迫切[1]。

該項目的建設(shè)將縮短東部方向與廈門島行車距離15 km左右，明顯緩解廈門大橋和島內(nèi)城市交通的壓力，有利于拓展城市發(fā)展空間，構(gòu)建海灣型城市框架，形成“城在海中，海在城中”的城市格局，促進(jìn)廈門市環(huán)東海域的開發(fā)，實現(xiàn)廈門市由海島型城市向海灣型城市的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變。廈門東通道是一項規(guī)模宏大的跨海工程，跨越海域總長約4500 m，設(shè)雙向六車道，跨海形式首選橋梁和隧道。東通道是連接廈門市本島和同安區(qū)陸地的重要通道，兼具公路城市道路雙重功能，該通道的建設(shè)將對廈門市特別是同安區(qū)乃至閩東南地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的作用。

2 項目的規(guī)模、范圍及內(nèi)容

本項目的工程范圍僅限于跨海通道主體工程（橋梁方案或隧道方案）及兩岸的接線工程。根據(jù)廈門城市路網(wǎng)規(guī)劃，東通道在廈門岸向西與仙岳路相接，與環(huán)島路有交叉口；在同安岸向東與規(guī)劃的西濱至內(nèi)厝城市Ⅰ級主干道相接，在東通道與規(guī)劃的環(huán)東海域公路交叉處設(shè)置西濱互通式立交。目前作為城市道路的仙岳路和環(huán)島路已進(jìn)入具體實施階段。

為了便于對東通道建設(shè)方案進(jìn)行同等深度的比較，東通道路線起訖點樁號定為K5+500～K14+500，總長為9.0 km，分五通接線、跨海橋梁（跨海隧道）和西濱接線三部分。

3 設(shè)計技術(shù)指標(biāo)

3.1 技術(shù)指標(biāo)

擬建東通道工程按六車道高等級公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）計算行車速度：主線80 km/h；

（2）車輛荷載等級：公路－I級；

（3）行車道凈空：0.5 m+3.0 m+3×3.75 m+0.5 m+1.5 m(中央分隔帶)+0.5 m+3×3.75 m+3.0 m+0.5 m=32 m；

（4）地震基本烈度：地震峰值加速度0.1 g，地震設(shè)計參數(shù)根據(jù)地震烈度危險性分析取值；

（5）設(shè)計洪水頻率：1/300；

（6）通航凈空

a.東通航孔：孔雙向為530 m×56.5 m，雙孔單向為300 m×56.5 m；

b.西通航孔：單孔單向為152 m×39 m；

（7）橋梁設(shè)計最高通航水位：按照歷史最高潮位計，為黃海高程4.51 m；

（8）船舶撞擊力：主墩120 MN，輔助墩6 MN，邊通航孔橋墩6 MN，非通航孔橋墩1 MN；

（9）85黃海高程；

（10）采用92廈門獨立坐標(biāo)系。

3.2 橋梁通航標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)廈門東通道工程設(shè)計方案一為雙孔單向，東通道東通航孔要求通航凈寬大于300 m，凈高大于56.5 m；西通航單孔單向，通航孔要求通航凈寬大于152 m，凈高大于39 m。方案二為單孔雙向，東通道東通航孔要求通航凈寬大于530 m，凈高大于56.5 m；西通航為單孔單向，要求通航凈寬大于152 m，凈高大于39 m;

3.3 航空限高

航空要求建筑物最大標(biāo)高；初步計算為黃海高程150～160 m，設(shè)計暫按150 m控制。

4 橋址的選擇

根據(jù)《廈門東通道預(yù)、工可報告》，第Ⅲ橋軸線位為建橋較為理想的橋位，此橋位拆遷工作量不大；且無地質(zhì)構(gòu)造上的大問題；河面寬度最小，主橋投資較省，是理想的建橋橋位。

橋位的選擇主要考慮橋梁工程的技術(shù)可行性，社會效益的長久性、經(jīng)濟效益的合理性及工程的可靠性。實際要考慮以下問題：

（1）結(jié)合城市道路規(guī)劃和城市對外交通規(guī)劃，完善交通網(wǎng)絡(luò)布置；

（2）符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略部署；

（3）注重橋位與環(huán)境景觀協(xié)調(diào)的效果；

（4）考慮噪聲、風(fēng)塵及汽車尾氣對城市的影響。

5 橋位的地形、地貌、地質(zhì)

5.1 地形地貌

廈門市位于福建省東南沿海，廈門島內(nèi)地勢由南向北傾斜，東南部多山，東北、西北部較為平坦，最高處在南面的云頂巖，海拔近340 m。擬建工程區(qū)域位于廈門島東北側(cè)，地貌單元屬閩東南沿海低山丘陵——濱海平原區(qū)。工程區(qū)主要為陸地地貌、岸灘帶地貌和海域地貌。

5.2 區(qū)域地質(zhì)情況

東通道場區(qū)工程地質(zhì)條件比較簡單，地層穩(wěn)定，宜于建設(shè)跨隧道或橋梁。東通道工程可作為隧道洞身圍巖或橋梁基礎(chǔ)持力層的弱、微風(fēng)化花崗巖在海域埋深大約-32～-33.5 m。有關(guān)詳細(xì)地質(zhì)資料見東通道工程地質(zhì)物探及地質(zhì)鉆探專題報告。

6 氣象及水文

6.1 氣象

6.1.1 氣溫

廈門地處歐亞大陸的東南緣，背山面海，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，溫和多雨，暖熱濕潤。夏天酷暑，冬無嚴(yán)寒。多年平均氣溫21℃左右。最熱月7月的平均氣溫28.2℃，累年極端最高氣溫為38.5℃（1979年8月15日）；最冷月2月的平均氣溫12.5℃，累年極端最低氣溫為2℃（1957年2月12日）。

6.1.2 風(fēng)況

廈門位于副熱帶季風(fēng)區(qū)，全年盛行風(fēng)向偏東風(fēng)，年平均風(fēng)速3.4 m/s。冬半年盛行NE—ENE風(fēng)，風(fēng)速較大；夏半年以SE為主，風(fēng)速一般較小。多年平均6級以上大風(fēng)日數(shù)為30.2 d，最多大風(fēng)日數(shù)為53 d，累年各月最大、極大風(fēng)速及風(fēng)向風(fēng)表。

6.1.3 災(zāi)害性天氣

廈門地區(qū)災(zāi)害性天氣主要有臺風(fēng)、暴雨、寒潮、大風(fēng)等。

6.2 水文

廈門是一個天然島港城市，海域接近內(nèi)灣型，潮汐現(xiàn)象多樣，水文條件復(fù)雜。廈門海域為正規(guī)半日潮，歷年來最高潮位4.53 m，最低潮位-3.30 m，平均高潮位2.39 m，平均低潮位-1.53 m，平均潮差3.92 m，最大潮差6.92 m，平均海平面-0.32 m（黃海高程）。潮流形式屬往復(fù)型，漲潮時最大流速1.3節(jié)，流向333°；落潮時最大流速1.4節(jié)，流向137°。

6.2.1 設(shè)計高潮位

東通道工程區(qū)域，各重現(xiàn)期的潮位，其中100 a一遇、300 a一遇的高潮位，4.44 m、4.65 m（含臺風(fēng)增水影響）。

6.2.2 浪高

廈門海域外海區(qū)浪向為E，頻率37%。海區(qū)內(nèi)3～4級浪出現(xiàn)頻率高達(dá)60%，每年8～10月為強風(fēng)多發(fā)季節(jié)，臺風(fēng)風(fēng)力可達(dá)12級以上，波浪高度在10 m以上，具有較大破壞力。

6.2.3 海流

在東通道擬建海域，大潮漲潮時垂線平均最大海流是97 cm/s，流向319°，落潮時垂線平均最大海流是95 cm/s，流向122°；小漲潮時垂線平均最大海流是59 cm/s，流向321°,落潮時垂線平均最大海流是62 cm/s，流向127°。本海域潮流性質(zhì)屬半日潮流，同時又表現(xiàn)為往返潮流。

斷面流速及斷面流量：大潮落潮時全斷面平均最大流速是71 cm/s,最大落潮量為36.1×103m3/s；大潮漲潮時全斷面平均最大流速是65 cm/s，最大落潮量為32.1×103m3/s；小潮落潮時全斷面平均最大流速是41cm/s，最大落潮量為19.3×103m3/s；小潮漲潮時全斷面平均最大流速是36 cm/s，最大落潮量為17.5×103m3/s。

6.2.4 海床形態(tài)及沖淤情況

東通道工程海域海床沖淤變化海域東北部基本穩(wěn)定，局部出現(xiàn)弱沖刷、弱淤積；西側(cè)海域處于弱沖刷狀態(tài)，東南側(cè)海域基本穩(wěn)定，僅潮間淺灘淤積；中部海域基本處于沖刷狀態(tài)。

7 橋梁總體設(shè)計方案

7.1 橋梁總體設(shè)計原則

橋型方案選擇是否合理，是否有利于施工是設(shè)計的關(guān)鍵問題。針對建設(shè)本橋的特點，確定以下原則：

（1）本項目兼有提升廈門市的旅游公路的功能，橋梁選擇將從美學(xué)考慮，不僅要考慮橋型美觀，同時從橋孔布設(shè)的合理性與協(xié)調(diào)性。

（2）橋梁跨徑的選擇要符合通航要求，并注重高跨比的協(xié)調(diào)性，特大橋要嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。引橋布孔要考慮其經(jīng)濟性，當(dāng)水中墩較多，且墩又較高時，選擇較大的跨徑，反之則選擇較小的跨徑。對于相同的跨徑的引橋，再考慮其經(jīng)濟性情況下，選擇施工方便，工期又短的截面形式和施工方法。

（3）橋墩的選擇，由于本橋墩柱普遍偏高，故引橋選擇空心薄壁墩，全橋墩柱統(tǒng)一形式，且美觀又施工方便。

7.2 橋孔的布置

根據(jù)大橋兩岸的地形、地貌、通航和河流水文的特點，對推薦橋位擬定了一種跨徑兩種結(jié)構(gòu)形式的橋型方案，橋梁起點樁號為K7+571.864，終點樁號為K12+611.364，橋梁全長為5039.5 m，路線總長9 km，見圖1。

圖1 橋位位置圖

（1）廈門東通道主橋推薦橋型方案跨徑為：54 m+121 m+350 m+350 m+121 m+54 m四跨鋼箱梁斜拉橋，主橋長1050 m。

（2）廈門東通道主橋比較橋型方案跨徑為：54 m+121 m+350 m+350 m+121 m+54 m四跨鋼箱梁懸索橋橋，主橋長1050 m。

（3）西引橋、西引道布置：3.5 m+3×39.5 m+2×(7×65 m）+（95 m+175 m+95 m）+（69.5 m+70 m+69.5 m），為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，全長1606 m，西引道長2071.864 m。

（4）東引橋、東引道布置：4×（7×65 m）+2×（8×35 m）m+3.5 m，為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，全長2383.5 m，東引道長1888.636 m

7.3 主橋設(shè)計方案總體思想

7.3.1 前言

計劃建設(shè)于廈門市東北部的五通道～劉五店的東通道工程方案,隧道方案和橋梁方案最有競爭力。

橋梁方案有以下優(yōu)點：橋梁方案與隧道方案相比較在經(jīng)濟性上占優(yōu)勢的可能性較高；將成為經(jīng)濟發(fā)展的象征,通向新港灣的門戶；相對隧道方案而言,火災(zāi)等受災(zāi)較少。

但是,關(guān)于橋梁方案,也存在以下問題：橋位位置的西面約7 km處有廈門國際機場,對飛機起飛和降落的影響；臺風(fēng)等強風(fēng)時禁止通行的可能性較高；對通航于五通道至劉五店之間的船舶的影響。

因此,在提出主橋方案時,對以上的有利和不利點揚長避短,根據(jù)以下的基本思想提出橋梁方案特別是主橋方案。

（1）為了對航行船只不產(chǎn)生影響,橋梁的跨徑劃分要留有充分的余地。

（2）對航行船舶的沖撞是安全的。

（3）遵守航空限制,盡量降低主塔高度。

（4）即使在強風(fēng)時,也能用最小的交通限制保證通行可能。

（5）對南西方向的舊市區(qū)而言,代表北東方向的現(xiàn)代化,創(chuàng)造出與新廈門相稱的先進(jìn)橋梁技術(shù)。

（6）不僅要建成高質(zhì)量、耐久性強的橋梁,還要采用先進(jìn)的施工方法。

7.3.2 航道

主橋橋位位置上的東通航道按以下2個方案的航道形狀考慮。

（1）方案一 (雙孔單向航道)

航道寬：300 m+300 m；

航道高度：56.5 m（從廈門基面7.78 m起）；

航行對象船舶：50 000t級集裝箱船。

（2）方案二（單孔雙向航道）

航道寬：530 m；

航道高度：56.5 m（從廈門基面7.78 m起）；

通航船舶：50 000t級集裝箱船。

對于航道方案一，橋梁采用雙主跨350 m布置,航道方案二單主跨約600 m的布置。跨越此航道時,橋梁的規(guī)模以懸吊結(jié)構(gòu)(懸索橋、斜拉橋)的橋梁形式為優(yōu)勢。在此、對各個方案，以下列橋梁形式為基礎(chǔ)考慮航道問題，見表1。

表1 航道方案與適合的橋梁形式

7.3.3 航空制限對策

本橋的橋址位置要考慮近處的廈門國際機場里起飛和降落的飛機。結(jié)構(gòu)物的高度限制為150 m,為了確?？缭胶降赖目鐝?主塔的高度一般需要控制在如表1所示的高度。其結(jié)果,采用方案二的斜拉橋方案(主跨600 m)就比較困難，見表2。

表2 橋梁形式和主塔高度

主塔高度中,包含有結(jié)構(gòu)所必需的富余高度和避雷針的高度。

因此,將以下橋梁形式作為橋梁基本結(jié)構(gòu)研究。

（1）4跨斜拉橋；

（2）4跨懸索橋；

（3）3跨懸索橋。

7.3.4 災(zāi)害性氣候的對策

（1）災(zāi)害性氣象和道路交通規(guī)則的關(guān)系

橋梁有時會由于強風(fēng)、霧、下雨而實行必要的交通規(guī)制。表3匯總了日本國本州四國連絡(luò)橋的交通規(guī)劃值。

表3 本四連絡(luò)橋的道路交通規(guī)制值(參考)

根據(jù)廈門的氣象觀測記錄、因降雨量實行交通規(guī)制較少，年平均3.6 d左右。另一方面,根據(jù)廈門1952年～1980之間的大風(fēng)觀測記錄,1959年8月23日襲擊廈門的臺風(fēng)瞬時最大風(fēng)速為60.0 m/s,之外強風(fēng)的頻率較高。由此,為了在強風(fēng)時也能一定程度地確保交通,在橋梁上設(shè)置擋風(fēng)板。

圖2為在道路上設(shè)置擋風(fēng)板地數(shù)值風(fēng)洞解析結(jié)果。本橋也期望達(dá)到如此的效果。

圖2 在道路上設(shè)置擋風(fēng)板地數(shù)值風(fēng)洞解析結(jié)果

7.3.5 船舶的沖撞對策

作為對主橋的船舶沖撞荷載,主塔基礎(chǔ)為撞擊力為120 MN,邊墩基礎(chǔ)為撞擊力為6 MN。此荷載較之同類船舶的沖撞力大。將此荷載全部作為沖撞荷載考慮時，基礎(chǔ)的形狀和尺寸相應(yīng)增大不太經(jīng)濟。由此,本橋采用設(shè)置多框型緩沖工程來吸收船舶沖撞能量,從而降低船舶的沖撞荷載的方法。通過設(shè)置多框型緩沖工程可以降低船舶沖撞荷載約50%，見圖3。

圖3 多框型緩沖示意圖

7.3.6 防銹對策

本橋為了實現(xiàn)快速施工與輕型化,使用鋼梁和鋼塔。為了防止鋼材腐蝕(銹)而需要防銹。先進(jìn)的防銹方法有：長期防銹涂漆(氟化乙稀樹脂)、鋅鋁噴鍍、使用海洋用抗風(fēng)化性鋼材。本橋擬使用長期防銹涂漆(氟化乙稀樹脂)。

7.3.7 海象條件和基礎(chǔ)形式

本橋的基礎(chǔ)設(shè)置于水深約15～20 m處。而且,承載層的風(fēng)化花崗巖層出現(xiàn)在較淺的位置。基礎(chǔ)形式可以采用直接基礎(chǔ)形式或樁基礎(chǔ)形式,但考慮以下的各點,選定了鋼外殼直接沉箱基礎(chǔ)(直接基礎(chǔ)形式)。

（1）堅硬花崗巖層在較淺的位置。

（2）采用樁基礎(chǔ)時,由于水深施工時需要堅固的作業(yè)腳手架。

（3）船舶的沖撞荷載及地震時有可能產(chǎn)生較大的水平變形。

（4）水深的軟巖層上設(shè)置直接沉箱基礎(chǔ)形式的實際成果較多。

8 結(jié)論

本橋方案雖然最終沒有被采用，但由于屬于海灣大橋，條件復(fù)雜，方案設(shè)計中要全面綜合考慮各種因素，并滿足功能要求下，特別要考慮大橋的抗災(zāi)害能力和景觀設(shè)計，可以為同類建設(shè)環(huán)境的橋梁提供一定參考價值。

[1]廈門東通道工程可行性研究報告[R].武漢:中交第二公路勘察設(shè)計研究院,2004.