大洲港大橋方案設(shè)計(jì)

劉麗鵬

(廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司)

簡單介紹了惠州大洲港大橋主橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，擬訂了連續(xù)剛構(gòu)橋、斜拉橋等幾個(gè)方案，通過綜合比選確定連續(xù)剛構(gòu)橋作為大洲港大橋主橋推薦方案。

方案設(shè)計(jì)；連續(xù)剛構(gòu)；斜拉橋

1 橋梁概況

擬建大洲港大橋位于廣東省惠州市惠東縣稔平半島境內(nèi)，跨越了考洲洋河口航道，該航道規(guī)劃為5000噸級海輪航道，擬建大橋按通航5000噸級海輪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 主要技術(shù)指標(biāo)

公路等級：雙向4車道高速公路；

設(shè)計(jì)時(shí)速：100km/h；

設(shè)計(jì)荷載：公路Ⅰ級；

通航標(biāo)準(zhǔn)：5000噸級海輪；

地震荷載：動峰值加速度為0.1g,地震烈度為Ⅶ度。

3 橋型方案設(shè)計(jì)

根據(jù)擬建大洲港大橋所處地理位置，該大橋在滿足行車和通航功能要求的前提下，重點(diǎn)突出結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性以及耐久性，同時(shí)還應(yīng)該重點(diǎn)考慮以下關(guān)鍵問題：

⑴5000噸級海輪通航凈寬要求，由于目前該項(xiàng)目的通航論證報(bào)告尚未批復(fù)，暫時(shí)參考附近項(xiàng)目惠東縣大亞灣范和港大橋的通航報(bào)告批復(fù)文件進(jìn)行設(shè)計(jì)。范和港大橋通航報(bào)告批復(fù)文件對5000噸級海輪通航凈空要求：單孔雙向通航宜采用300m左右跨徑；雙孔單向通航宜采用190m左右跨徑。

⑵橋梁位于外海與內(nèi)灣交匯處，應(yīng)考慮海水及海洋大氣對橋梁結(jié)構(gòu)的腐蝕作用，結(jié)構(gòu)耐久性要適當(dāng)提高。

⑶海水潮汐作用外加波浪力影響，5000噸級海輪通行前提下，對橋墩的防撞能力提出更高要求。

在雙孔單向通航190m左右主跨時(shí)橋梁類型的選擇有：連續(xù)剛構(gòu)、矮塔斜拉橋、斜拉橋、拱橋、自錨式懸索橋等；在單孔雙向通航300m左右主跨時(shí)，可考慮斜拉橋和自錨式懸索橋。

自錨式懸索橋：可采用單塔或者雙塔結(jié)構(gòu)，施工順序?yàn)橄攘汉罄|，主梁一般采用頂推法施工，施工時(shí)需在水中搭設(shè)臨時(shí)墩，施工過程通航影響大且施工過程復(fù)雜?？紤]在300m左右跨徑時(shí)，上部結(jié)構(gòu)宜采用鋼箱梁，相對于鋼筋砼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)高，且橋位處于咸淡水交匯處，海水及空氣對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕較大，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高，不推薦采用。

拱橋：可采用中承式或下承式拱橋，結(jié)構(gòu)形式有鋼管混凝土或鋼結(jié)構(gòu)，拱橋的施工可以先梁后拱，也可以先拱后梁。先梁后拱影響航道，需海中臨時(shí)設(shè)墩，對通航安全影響較大；先拱后梁需設(shè)置扣索、風(fēng)纜等許多施工臨時(shí)構(gòu)造，施工復(fù)雜且措施費(fèi)高；若采用整體吊裝，則對施工場地、設(shè)備以及安裝技術(shù)的要求都特別高，風(fēng)險(xiǎn)大施工安全難保證?？傊?，拱橋施工費(fèi)用高風(fēng)險(xiǎn)大，也不推薦。

該項(xiàng)目相對比較適合的橋型有連續(xù)剛構(gòu)、矮塔斜拉橋、斜拉橋，下面對這幾個(gè)方案進(jìn)行詳細(xì)比較以確定大洲港大橋的推薦方案。

3.1 (110+190+190+110)m連續(xù)剛構(gòu)方案

方案一：主橋采用(110+190+190+110)m連續(xù)剛構(gòu)，邊中跨比0.579。橋型布置見圖1。半幅橫斷面為0.5m (防撞欄)+2.5m(硬路肩)+2×3.75m(行車道)+0.5m(左側(cè)路緣帶)+0.25m(C值)+0.5m(防撞欄)=24/2m。

主梁為預(yù)應(yīng)力鋼筋砼結(jié)構(gòu)，截面為變高度直腹板單箱單室斷面。主梁頂寬12m，底寬6m,兩側(cè)翼緣板寬3m。墩頂梁高11m，高跨比1/17.3；跨中梁高4m，高跨比1/47.5，梁高按2次拋物線變化；底板水平，頂板通過邊腹板不等高設(shè)2%的橫坡。主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系。

圖1 連續(xù)剛構(gòu)橋型布置圖

主墩采用空心薄壁墩，截面尺寸為7m×2.5m。承臺以上6m范圍內(nèi)縱橋向兩個(gè)薄壁采用實(shí)心斷面連接形成一個(gè)10m×7m的整體箱室，增強(qiáng)橋墩的防撞能力。墩身采用海工C50砼；基礎(chǔ)采用15根2.8m鉆孔灌注樁。承臺為左右幅整體式鋼筋砼承臺，順橋向尺寸16m，橫橋向尺寸32m，厚度5m，采用海工C40混凝土。

本方案施工時(shí)先搭設(shè)施工棧橋，插打鋼護(hù)筒，架設(shè)施工平臺，施工鉆孔灌注樁。承臺施工采用鋼套箱，在鋼套箱定位之后，依次進(jìn)行封底砼和承臺施工，最后澆筑橋墩，主梁采用掛籃懸澆施工，工期約24個(gè)月。

3.2 (110+190+190+110)m矮塔斜拉橋方案

方案二主橋采用三塔單索面矮塔斜拉橋，塔墩梁固結(jié)體系，邊中跨比為0.579。橋型布置見圖2。半幅橫斷面為0.5m(防撞欄)+2.5m(硬路肩)+2×3.75m(行車道) +0.5m(左側(cè)路緣帶)+0.25m(C值)+0.5m(防撞欄)+ 2.5/2m(塔柱寬)=26/2m。

主梁為預(yù)應(yīng)力鋼筋砼結(jié)構(gòu)，截面為變高度、斜腹板單箱三室斷面。主梁頂寬26m，兩側(cè)翼緣板寬4.5m，墩頂梁高7.5m，高跨比1/25.3；跨中梁高3m，高跨比1/63.3；梁高按2次拋物線變化；底板水平，頂板通過邊腹板不等高來設(shè)2%的橫坡。主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系。

主橋斜拉索采用單索面扇形布置。斜拉索采用環(huán)氧噴涂鋼絞線索，主塔塔根沿縱橋向兩側(cè)無索區(qū)長度為34m，中跨跨中無索區(qū)長度為20m。梁上索距為4m，塔上索距為0.8m，全橋共有108對216根斜拉索。拉索在塔端采用分絲管錨固方式，在梁上的錨固方式采用箱內(nèi)錨固，錨固塊位于頂板之下。

主塔采用雙柱式矩形實(shí)心斷面砼塔，主塔高28m。塔柱在順橋向由上到下逐漸收窄，上塔柱拉索區(qū)采用連體構(gòu)造，下塔柱無索區(qū)雙柱獨(dú)立。主塔順橋橋向?qū)挾?m～6.5m,橫橋向?qū)挾?.5m。

主墩采用鋼筋砼矩形實(shí)體墩，墩身橫橋向尺寸12m～16m；順橋向尺寸與梁(承臺)相交處為5m,中間縮短至4m?；A(chǔ)采用15根2.8m的鉆孔灌注樁，采用整體式鋼筋砼承臺，順橋向16m,橫橋向32m，厚5m。

本方案樁基用鉆孔灌注樁施工，承臺用鋼板樁圍堰施工，主墩用爬模法施工；主梁用掛籃懸澆施工，主梁施工同時(shí)主塔用爬模法現(xiàn)澆施工；有斜拉索錨點(diǎn)的節(jié)段在該節(jié)段澆筑完成后掛前移之后進(jìn)行斜拉索的安裝和張拉，先合攏邊跨再合攏中跨，橋面系和附屬完成后，無需調(diào)整斜拉索索力，施工工期約27個(gè)月。

3.3 (190+190)m獨(dú)塔斜拉橋方案

方案三主橋采用獨(dú)塔單索面斜拉橋，塔墩梁固結(jié)體系。橋型布置見圖3。半幅橫斷面為0.5m(防撞欄)+2.5m (硬路肩)+2×3.75m(行車道)+0.5m(左側(cè)路緣帶)+0.25m (C值)+0.5m(防撞欄)+3.4/2m(塔柱)=26.9/2m。

主梁為單箱三室倒三角箱型斷面。主梁寬26.9m，中心高3.2m，兩個(gè)橫梁間距4.0m。橋面板厚0.25m，局部加厚到0.65m；普通橫梁厚0.4m，邊跨壓重段橫梁厚0.6m，過渡墩、主塔處橫梁加厚至1.5m。主梁橫斷面見圖4。

圖2 矮塔斜拉橋橋型布置圖

圖3 獨(dú)塔斜拉橋橋型布置圖

圖4 獨(dú)塔斜拉橋橫斷面布置圖

斜拉索采用空間扇形索面布置，為平行高強(qiáng)鋼絲斜拉索，主梁索間距為8m，塔上索間距為2m，主塔兩側(cè)各分布46對92根斜拉索。

主塔采用獨(dú)柱式鋼筋混凝土矩形截面，橋面以上塔高85m，塔身截面順橋向頂部寬度為6m，底部寬度8m,橫橋向3.5m。基礎(chǔ)采用15根3.0m的鉆孔灌注樁，左右幅采用整體式鋼筋混凝土承臺，承臺順橋向?qū)挾?7m,橫橋向?qū)挾?4m，承臺厚度5m。

本方案樁基用鉆孔灌注樁法施工，主塔用爬?，F(xiàn)澆法施工，主梁用掛籃現(xiàn)澆施工，用主塔下橫梁安裝主梁0#段托架，在托架上澆筑0#～1#節(jié)段砼，安裝前支點(diǎn)掛籃，澆筑2#節(jié)段，張拉2#梁段的縱橫向預(yù)應(yīng)力束，安裝第一對斜拉索，前移掛籃澆筑剩下梁段直至合攏，工期約29個(gè)月。

3.4 (152+300+152)m雙塔斜拉橋方案

方案四主橋?yàn)?52.5+99.5+300+99.5+52.5)雙塔單索面斜拉橋，采用塔墩梁固結(jié)體系。橋型布置見圖5。半幅橋橫斷面布置同方案三。主梁橫斷面布置同方案三，詳見圖4。

斜拉索為空間扇形索面布置，為平行高強(qiáng)鋼絲斜拉索，熱擠壓索套防護(hù)。主梁索間距為6m，塔上索間距為1.6m。主塔兩側(cè)各分布92對184根斜拉索。

主塔采用獨(dú)柱式鋼筋砼橢圓形截面，橋面以上塔高80m，塔身截面順橋向?qū)挾葹?.5m，橫橋向3.5m。基礎(chǔ)采用16根2.8m的鉆孔灌注樁，左右幅采用整體式鋼筋混凝土承臺，承臺順橋向?qū)挾?6m,橫橋向?qū)挾?3.6m，承臺厚度6m。本方案施工步驟同方案三，施工工期約32個(gè)月。

3.5 設(shè)計(jì)方案綜合比選

從景觀效果上看，連續(xù)剛構(gòu)造型單調(diào)，根部梁高較高，橋梁景觀效果相對較差。部分斜拉橋和雙塔斜拉橋比較輕盈梁高較低，與引橋梁高比較接近，整體協(xié)調(diào)性及景觀效果都比較好。

圖5 雙塔斜拉橋橋型布置圖

從技術(shù)上看，連續(xù)剛構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)上均積累相當(dāng)成熟的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)箱梁裂縫和跨中下?lián)系葐栴}也表現(xiàn)的比較突出。但連續(xù)剛構(gòu)橋經(jīng)過多年經(jīng)驗(yàn)的積累，設(shè)計(jì)中可以采取一定的措施來防止主梁開裂和較大的后期變形。部分斜拉橋與連續(xù)剛構(gòu)橋相比，可以減少主梁的彎矩和剪力，能有效降低梁高減輕自重，通過調(diào)整索力也可以改善主梁的下?lián)蠁栴}。雙塔斜拉橋目前也是一種很成熟的橋型，施工工藝也成熟，但是造價(jià)較高。

從防撞能力看，連續(xù)剛構(gòu)本身雙薄壁墩防撞能力差，但方案一通過將墩底一定范圍內(nèi)的雙薄壁連成整體箱室，可以極大的提高橋墩的防撞能力。部分斜拉橋和斜拉橋采用單薄壁墩，但橋墩結(jié)構(gòu)剛度大，抗船撞能力較強(qiáng)。雙塔斜拉橋跨度大，通航能力較好，在不考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下，能有效降低船舶撞擊橋墩的概率。

從后期的運(yùn)營養(yǎng)護(hù)看，連續(xù)剛構(gòu)維護(hù)最簡單。部分斜拉橋和斜拉橋在使用過程中都要定期的對斜拉索進(jìn)行檢測和維護(hù)甚至更換，維護(hù)工程量大。

表1 主橋方案綜合比較

4 結(jié)論

通過對以上四種橋型綜合比較，主橋采用(110+190+190+110)m連續(xù)剛構(gòu)在使用功能、造價(jià)、工期等方面均具有一定優(yōu)勢，而且連續(xù)剛構(gòu)橋有成熟的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)及施工設(shè)備，能有效降低整個(gè)項(xiàng)目的工程造價(jià)，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用比斜拉橋小，可以大幅度降低成橋后的運(yùn)營成本，故將連續(xù)剛構(gòu)方案作為推薦方案?！?/p>

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