林晚蘭

（中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司深圳分公司， 深圳 518001）

1 工程概況

深圳至中山跨江通道（以下簡(jiǎn)稱“深中通道”）位于虎門大橋下游約 30km，港珠澳大橋上游約38km。項(xiàng)目東接深圳機(jī)荷高速，跨越珠江口，西至中山市橫門互通立交。

深中通道主體工程全長(zhǎng)約24km，包括6.8km的沉管隧道、東西兩座人工島、約17km的橋梁。其中淺水區(qū)非通航孔橋長(zhǎng)5344m，占橋梁比重約31%，選用合理的橋梁方案對(duì)于工程投資和施工工期的控制具有重要意義。

圖1 全線橋梁區(qū)段劃分圖

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）公路等級(jí)：雙向8車道高速公路。

（2）設(shè)計(jì)荷載：公路I級(jí)。

（3）設(shè)計(jì)速度：100km/h。

（4）設(shè)計(jì)使用年限：100年。

（5）橋面寬度：2×[0.5m（護(hù)欄）+3.0m（緊急停車帶）+4×3.75（行車道）+0.75m（路緣帶）+1.0m（中央分隔帶）]=40.5m。

（6）橋面橫坡：2.5%。

（7）設(shè)計(jì)洪水頻率：1/300。

3 項(xiàng)目特點(diǎn)

主梁方案的選擇依照施工可行、經(jīng)濟(jì)合理、工期可控以及景觀協(xié)調(diào)的原則，主要考慮以下因素：

（1）此部分橋梁占比較大，為節(jié)省投資，應(yīng)選用經(jīng)濟(jì)合理的跨徑。

（2）考慮海上施工作業(yè)特點(diǎn)，盡量采用預(yù)制吊裝的施工方案，減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工作量。

（3）橋址地質(zhì)條件復(fù)雜，覆蓋層較厚，基巖埋深起伏變化大，且埋深普遍較深，

最大埋深-85m。

（4）橋梁范圍大部分常水位下水深在3.5m以下，局部區(qū)段出現(xiàn)潮退灘露，水深條件不滿足大型吊船的吃水深度要求。

（5）盡量減少橋墩的阻水面積，保證阻水率不大于5%的要求。

4 主梁方案

根據(jù)防洪要求，淺水區(qū)非通航孔橋跨徑不得小于50m。考慮橋梁結(jié)構(gòu)合理性，跨徑考慮50m、60m、70m，梁型考慮預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁、組合梁和鋼箱梁連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。50m跨預(yù)應(yīng)力混凝土梁方案采用節(jié)段拼裝、整孔吊裝和梁上運(yùn)梁，60m跨預(yù)應(yīng)力混凝土梁和組合梁采用整孔吊裝，70m跨組合梁和鋼箱梁采用整孔吊裝。

4.1 50m節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土梁

節(jié)段拼裝有懸拼和懸吊兩種施工方案，考慮到淺水區(qū)范圍長(zhǎng)，為縮短工期，采用懸吊方案。50m節(jié)段拼裝混凝土梁[1-2]采用雙幅橋面布置，見(jiàn)圖2。

圖2 50m節(jié)段拼裝及整孔吊裝混凝土梁標(biāo)準(zhǔn)橫截面（單位 cm）

箱梁采用單箱雙室斜腹板箱梁形式，梁高3.0m，頂板寬20m，底板寬11m，懸臂長(zhǎng)3.5m。箱梁頂板厚度28cm，腹板厚度由跨中40cm變化為支點(diǎn)處70cm，底板厚度由跨中25cm變化為支點(diǎn)處60cm。支點(diǎn)處設(shè)置橫隔梁，中橫梁厚2.0m，端橫梁厚1.0m。

預(yù)制箱梁節(jié)段采用C50混凝土，濕接頭采用C50微膨脹混凝土。中墩墩頂留1.2m后澆縫，邊墩側(cè)留0.2m合攏現(xiàn)澆縫，預(yù)制節(jié)段長(zhǎng)度為3.0m和3.4m。箱梁采用縱、橫雙向預(yù)應(yīng)力體系，縱向預(yù)應(yīng)力采用體內(nèi)和體外結(jié)合的方式布置。

4.2 50m整孔吊裝預(yù)應(yīng)力混凝土梁

50m整孔吊裝混凝土梁采用雙幅橋面布置，見(jiàn)圖2。

箱梁斷面布置基本和節(jié)段拼裝方案相同，采用單箱雙室斜腹板箱梁形式，梁高3.0m，頂板寬20m，底板寬11m，懸臂長(zhǎng)3.5m。箱梁頂板厚度28cm，腹板厚度由跨中40cm變化為支點(diǎn)處70cm，底板厚度由跨中25cm變化為支點(diǎn)處60cm。支點(diǎn)處設(shè)置橫隔梁，中橫梁厚2.0m，端橫梁厚1.0m。

預(yù)制箱梁采用C50混凝土，濕接頭采用C50微膨脹混凝土，中墩墩頂留1.2m后澆縫。箱梁采用縱、橫雙向預(yù)應(yīng)力體系，縱向預(yù)應(yīng)力體內(nèi)布置。

4.3 50m梁上運(yùn)梁預(yù)應(yīng)力混凝土梁

國(guó)內(nèi)采用梁上運(yùn)梁的杭州灣跨海大橋[3]單孔梁重1350t，科威特海灣橋[4]設(shè)計(jì)運(yùn)輸和吊裝重量為1800t。而本橋50m跨梁重達(dá)2100t，超過(guò)目前已有的設(shè)備運(yùn)輸和吊裝能力。考慮橫向布置四片主梁，減小梁體重量，見(jiàn)圖3。單片箱梁高度為3m，梁體寬度為9.75m，兩片梁間留50cm的后澆縫。

圖3 50m梁上運(yùn)梁混凝土梁標(biāo)準(zhǔn)橫截面（單位 cm）

梁片在馬鞍島基地整孔預(yù)制、存放后，通過(guò)2×800t輪胎式搬運(yùn)機(jī)轉(zhuǎn)移至碼頭，吊放至3000t運(yùn)輸船上，運(yùn)輸至K26+005附近的2×800t提升站下，由提升站起吊至橋面的1600t運(yùn)梁車上，運(yùn)輸至待架位置，最后由梁面上的架橋機(jī)整孔架設(shè)。

該方案主梁有現(xiàn)澆縫，且現(xiàn)澆縫位于行車道范圍，接縫兩側(cè)懸臂受力變形不一致易導(dǎo)致接縫出現(xiàn)開(kāi)裂。且該方案橫向墩柱數(shù)量多，景觀效果不佳。

4.4 60m整孔吊裝預(yù)應(yīng)力混凝土梁

60m整孔吊裝混凝土梁[5]采用雙幅橋面布置，見(jiàn)圖4。

圖4 60m整孔吊裝混凝土梁標(biāo)準(zhǔn)橫截面（單位 cm）

箱梁采用單箱雙室斜腹板箱梁形式，梁高3.5m，頂板寬20m，底板寬11m，懸臂長(zhǎng)3.5m。箱梁頂板厚度28cm，腹板厚度由跨中40cm變化為支點(diǎn)處70cm，底板厚度由跨中25cm變化為支點(diǎn)處65cm。支點(diǎn)處設(shè)置橫隔梁，中橫梁厚3.0m，端橫梁厚1.2m。

預(yù)制箱梁采用C50混凝土，濕接頭采用C50微膨脹混凝土，中墩墩頂留1.6m后澆縫。箱梁采用縱、橫雙向預(yù)應(yīng)力體系，縱向預(yù)應(yīng)力體內(nèi)布置。

4.5 60m整孔吊裝組合梁

60m整孔吊裝組合梁[6]采用雙幅橋面布置，見(jiàn)圖5。

圖5 60m整孔吊裝組合梁標(biāo)準(zhǔn)橫截面（單位 cm）

組合梁由鋼槽梁和混凝土橋面板通過(guò)剪力釘結(jié)合而成，總梁高3.0m，頂板寬20m，底板寬11.5m，懸臂長(zhǎng)3.5m。

其中鋼槽梁高2.5m，采用三腹板結(jié)構(gòu)，梁內(nèi)間隔 4m設(shè)桁架式橫隔板，兩道橫隔板之間設(shè)置1道腹板橫向加勁肋。腹板和底板縱向均采用板肋加勁。

預(yù)制橋面板采用C60混凝土，腹板處厚0.5m，中部厚度0.26m，縱向分塊預(yù)制，橫向?yàn)檎w。中支點(diǎn)左右各10米范圍采用現(xiàn)澆混凝土橋面板，厚度0.5m，混凝土采用C60微膨脹混凝土。橋面板橫向?yàn)轭A(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，縱向?yàn)槠胀ㄤ摻罨炷两Y(jié)構(gòu)。

4.6 70m整孔吊裝組合梁

70m梁整孔吊裝組合梁[6]采用雙幅橋面布置，見(jiàn)圖6。

圖6 70m整孔吊裝組合梁標(biāo)準(zhǔn)橫截面（單位 cm）

組合梁由鋼槽梁和混凝土橋面板通過(guò)剪力釘結(jié)合而成，總梁高3.5m，頂板寬20m，底板寬11m，懸臂長(zhǎng)3.5m。

其中鋼槽梁高3.0m，采用三腹板結(jié)構(gòu)，梁內(nèi)間隔 4m設(shè)桁架式橫隔板，兩道橫隔板之間設(shè)置1道腹板橫向加勁肋。腹板和底板縱向均采用板肋加勁。

預(yù)制橋面板采用C60混凝土，腹板處厚0.5m，中部厚度0.26m，縱向分塊預(yù)制，橫向?yàn)檎w。中支點(diǎn)左右各10米范圍采用現(xiàn)澆混凝土橋面板，厚度0.5m，混凝土采用C60微膨脹混凝土。橋面板橫向?yàn)轭A(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，縱向?yàn)槠胀ㄤ摻罨炷两Y(jié)構(gòu)。

4.7 70m整孔吊裝鋼箱梁

70m整孔吊裝鋼箱梁采用雙幅橋面布置，見(jiàn)圖7。

圖7 70m整孔吊裝鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫截面（單位 cm）

鋼箱梁采用等高度單箱雙室截面。梁高 3.0m，橋面寬 20m，底板寬 10.5m，懸臂長(zhǎng)3.5m。頂板采用正交異性鋼橋面板[7]，板厚16～20mm，底板厚14～22mm，腹板厚12～16mm。頂板縱向采用U形閉口肋加勁，間距600mm，板厚8mm。腹板和底板縱向均采用板肋加勁。箱梁每隔3.5m設(shè)置一道橫隔板，兩道橫隔板之間設(shè)置1道腹板橫向加勁肋。

5 整孔吊裝疏浚量計(jì)算

梁片在馬鞍島基地整孔預(yù)制、存放后，軌道縱橫移至碼頭，由浮吊吊放至運(yùn)輸船上，運(yùn)輸至待架位置，由該浮吊整孔架設(shè)?；蛘卟捎眠\(yùn)架一體船進(jìn)行取梁和架梁作業(yè)。因淺灘區(qū)泥面高程為-0.4m～-2.8m，需進(jìn)行航道疏浚，以滿足吊船吃水深度要求。

對(duì)國(guó)內(nèi)起吊能力在2600t～4000t的大型浮吊進(jìn)行了調(diào)研，見(jiàn)表1。從表中可看出，除運(yùn)架一體船吃水較淺外，其余大型浮吊吃水深度均在4.8m以上，全旋轉(zhuǎn)的浮吊吃水深度更大。

表1 國(guó)內(nèi)大型吊船調(diào)研情況表

其中小天鵝號(hào)因吊船需開(kāi)入墩位之間進(jìn)行架梁，50m跨不能滿足船體作業(yè)空間，見(jiàn)圖8。另外，天一號(hào)長(zhǎng)期在孟加拉國(guó)作業(yè)，無(wú)法應(yīng)用于本工程。

圖8 小天鵝運(yùn)架一體船站位示意圖（單位 cm）

浮吊和運(yùn)架一體船航道的寬度、深度及架梁站位時(shí)回旋水域?qū)挾染凑找?guī)范《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS165-2013）進(jìn)行計(jì)算，回淤量按照 1cm/d考慮，疏浚量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 整孔吊裝疏浚量計(jì)算表

6 主梁方案比選

考慮下部結(jié)構(gòu)采用經(jīng)濟(jì)效益突出的大直徑樁[8]獨(dú)柱墩，對(duì)各方案的工程量和造價(jià)進(jìn)行比較，見(jiàn)表3。

表3 淺水區(qū)非通航孔橋主梁方案比較表

從比較表中可看出，50m跨節(jié)段拼裝混凝土梁方案造價(jià)最低，60m跨整孔吊裝混凝土梁造價(jià)較低，70m跨整孔吊裝組合梁造價(jià)較低。通過(guò)對(duì)比分析，確定50m節(jié)段拼裝、60m整孔吊裝和70m組合梁方案為重點(diǎn)比較方案。

60m跨整孔吊裝相對(duì)50m跨節(jié)段拼裝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）架設(shè)速度快：節(jié)段拼裝只能從一端向另一端架設(shè)，理論工效1片/12天，工點(diǎn)少，工效低，架梁需要27個(gè)月；整孔架設(shè)，理論工效1片/天，工效高，架梁僅需9個(gè)月。

（2）質(zhì)量易于保證：節(jié)段拼裝梁的節(jié)間膠拼質(zhì)量受天氣影響大，抹膠作業(yè)必須避開(kāi)雨天。整孔架設(shè)梁體在工廠整孔預(yù)制，施工質(zhì)量易保證。

（3）耐久性好：節(jié)段拼裝存在大量的膠拼縫，拼縫因預(yù)制質(zhì)量或抹膠質(zhì)量會(huì)發(fā)生不密貼的問(wèn)題，形成腐蝕通道，影響結(jié)構(gòu)耐久性。

（4）結(jié)構(gòu)的延性好：節(jié)段拼裝梁縱向鋼筋不通長(zhǎng)，僅靠預(yù)應(yīng)力形成縱向整體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的延性比整孔預(yù)制梁差。

（5）施工風(fēng)險(xiǎn)性：節(jié)段拼裝現(xiàn)場(chǎng)工作量大，梁段需從梁場(chǎng)下水，水上運(yùn)輸，碼頭提升、梁上運(yùn)輸，較常規(guī)節(jié)段拼裝，多了水上轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)，施工風(fēng)險(xiǎn)增加。整孔架設(shè)方案，工廠預(yù)制，運(yùn)架一體，高效安全，施工風(fēng)險(xiǎn)小。

60m整孔吊裝混凝土梁相對(duì)70m整孔吊裝組合梁具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）造價(jià)低：70m組合梁方案造價(jià)比60m整孔吊裝方案高約25%。

（2）后期養(yǎng)護(hù)工作量小：組合梁方案的鋼結(jié)構(gòu)部分需要布置箱內(nèi)除濕設(shè)備，保證鋼箱內(nèi)表面油漆的耐久性，鋼箱外表面需要定期進(jìn)行油漆的重新噴涂。而混凝土梁基本不需要進(jìn)行后期的養(yǎng)護(hù)。

綜上分析，60m跨整孔吊裝方案比50m跨節(jié)段拼裝方案具有施工風(fēng)險(xiǎn)小、耐久性好的優(yōu)點(diǎn)，與70m組合梁相比則具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，推薦采用60m整孔吊裝混凝土梁方案。

7 結(jié)語(yǔ)

深中通道淺水區(qū)非通航孔主梁方案研究，前期進(jìn)行了充分調(diào)研，從跨度、梁型、施工方法等多角度進(jìn)行比選，充分貫徹“施工決定設(shè)計(jì)”的理念，對(duì)國(guó)內(nèi)同類型橋梁方案選擇具體很大的參考意義。

隨著國(guó)內(nèi)大型橋梁越來(lái)越多，施工設(shè)備日新月異，預(yù)制吊裝結(jié)構(gòu)成為未來(lái)橋梁發(fā)展的趨勢(shì)，整孔吊裝預(yù)應(yīng)力混凝土梁具有施工快、風(fēng)險(xiǎn)小、質(zhì)量易保證等優(yōu)點(diǎn)，具有很大的推廣價(jià)值。