黃國雄

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，福州 350108)

1 工程概況

金山大橋及南北立交拓寬改造工程起于金榕北路，與金山大道順接，跨越閩江后接到上浦路，止于工業(yè)路，為福州市重要的過江通道。 本工程除在現(xiàn)狀橋下游新建復(fù)線橋外，還對(duì)兩端接線進(jìn)行改造。 南橋頭保持與閩江大道現(xiàn)狀分離式立交， 北橋頭與江濱西大道分離式立交改造為互通立交， 同時(shí)補(bǔ)充南北接線非機(jī)動(dòng)車和行人上下金山大橋的慢行系統(tǒng)。主線橋長1234.7 m，橋?qū)?9.5 m，其中通航孔為(60+110+60)m 連續(xù)剛構(gòu)。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)道路等級(jí)及設(shè)計(jì)車速：城市主干路，設(shè)計(jì)車速50 km/h；

(2)荷載等級(jí)：城-A 級(jí)；

(3)橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100 年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)[1]；

(4)通航標(biāo)準(zhǔn)：閩江橋址處為IV 級(jí)通航標(biāo)準(zhǔn)。 雙向通航孔凈寬90 m， 通航凈空高度大于8 m， 最高通航水位：7.25 m；

(5)地震基本烈度：7 度，設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g[2]。

3 工程建設(shè)條件

擬建場地上跨閩江北港，沿線主要為閩江、公園、綠地及舊路，地形相對(duì)較平坦，屬河谷沖淤積平原地貌單元。 地質(zhì)表層主要為人工堆填層，下部為第四系沖洪沖淤積層，覆蓋層厚度較大，由雜填土、粘土、淤泥質(zhì)土、粗中砂、粉質(zhì)粘土、卵石及風(fēng)化基巖組成。 場地未見活動(dòng)斷裂，較穩(wěn)定。

4 橋梁拓寬總體方案研究

4.1 南北接線立交方案設(shè)計(jì)

北岸設(shè)置互通連接江濱和烏山西路， 即設(shè)置江濱路和烏山西路上金山大橋的匝道、 金山大橋至江濱路的匝道，由于現(xiàn)狀防洪堤限制，用地空間有限，金山大橋右轉(zhuǎn)至南江濱路無法設(shè)置匝道。 同時(shí)在北互通內(nèi)設(shè)置滿足各個(gè)方向行人、非機(jī)動(dòng)車快速上下橋的人行橋系統(tǒng)，完善人非過江的功能。

南岸道路及用地充足， 僅對(duì)現(xiàn)狀的苜蓿葉立交進(jìn)行局部的優(yōu)化改造，滿足周邊交通需求，具體平面如圖1。

圖1 南北接線立交改造平面圖

過江橋梁拓寬改造項(xiàng)目受周邊既有用地、 現(xiàn)狀構(gòu)造物及施工期間交通保通的影響較多， 需在綜合考慮多個(gè)影響因素的基礎(chǔ)上，權(quán)衡各自優(yōu)缺點(diǎn)，審慎選擇總體設(shè)計(jì)方案。

4.2 主橋結(jié)構(gòu)方案比選研究

本工程拓寬改造是在原大橋下游側(cè)新建一幅橋，新舊橋距離1 m，由于原橋主跨通航孔采用(60+110+60)m 的預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁剛構(gòu)橋， 從通航和美觀考慮，新建的復(fù)線橋橋墩應(yīng)與原橋?qū)R，橋跨一致，結(jié)構(gòu)型式應(yīng)與原橋相近，整體協(xié)調(diào)。 橋型立面圖如圖2。

圖2 通航孔橋型立面布置圖

4.2.1 上部結(jié)構(gòu)研究

舊橋主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁剛構(gòu)橋，采用單箱單室斜腹板箱形截面，主墩支點(diǎn)處梁高5.2 m，跨中梁高2.4 m。 由于受通航凈空的限制，本次新建橋的梁底高不能比舊橋低，同時(shí)受景觀要求，新舊橋橋面標(biāo)高不能錯(cuò)開，因此新橋梁高嚴(yán)格受限。 通過對(duì)上部結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算分析， 比選了鋼箱梁和預(yù)應(yīng)力混凝土變高度單箱雙室截面兩種方案，受力上均滿足要求，綜合考慮上下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)、造價(jià)、工期、施工吊裝及養(yǎng)護(hù)等因素后最終采用了混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的方案。主梁頂板寬19.5 m，底板變寬，箱梁懸臂3.5 m。 頂板厚度為0.26 m， 底板厚度為0.28～1.3 m，腹板厚度為0.45～1.0 m。 主梁支點(diǎn)截面見圖3。

圖3 上部結(jié)構(gòu)分段圖

箱梁懸臂現(xiàn)澆節(jié)段分為12 個(gè)， 節(jié)段長3.5 m、4.0 m、4.5 m，最大懸臂節(jié)段重量為252.5 t，最小懸臂節(jié)段重量為166.7 t。 主跨上部結(jié)構(gòu)分段見圖4。

圖4 上部結(jié)構(gòu)分段圖

4.2.2 下部結(jié)構(gòu)研究

(1)橋墩尺寸與合龍頂推力確定

從通航和美觀考慮， 新建的復(fù)線橋橋墩與原橋?qū)R，橋墩采用與原橋相同的單肢實(shí)心結(jié)構(gòu)墩，整體協(xié)調(diào)。

選取2.2 m、2.4 m、2.6 m 3 種墩寬進(jìn)行計(jì)算對(duì)比分析，運(yùn)營階段，墩身應(yīng)力統(tǒng)計(jì)如表1。

表1 運(yùn)營階段墩身應(yīng)力統(tǒng)計(jì)表 (單位：MPa)

從以上的對(duì)比分析可以看到，

墩寬在2.4 m、2.6 m 時(shí)，通過施加墩身預(yù)應(yīng)力，墩身結(jié)構(gòu)滿足預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)A 類構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求，墩寬為2.2 m 時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較困難， 墩寬2.4 m、2.6 m 結(jié)果相差較小。

在施加合龍頂推力后，有效改善了主墩受力。 但墩寬2.2 m 橋墩要達(dá)到合理受力狀態(tài)，需施加較大的合龍頂推力，施工較困難。 墩寬2.4 m、2.6 m 橋墩要達(dá)到合理受力狀態(tài)，需施加的合龍頂推力較小，結(jié)果相差較小。

因此推薦采用2.4 m 寬橋墩， 合龍頂推力定為3000 kN。

(2)樁基方案比選

由于橋墩高度較矮， 基礎(chǔ)剛度直接影響橋梁整體計(jì)算結(jié)果。 故對(duì)不同樁徑的主墩樁基礎(chǔ)進(jìn)行剛度比選。

①樁基方案一：采用6 根φ2.0 m 鉆孔樁，樁長約95 m，平面布置如圖5。

圖5 方案一樁基布置圖(單位：cm)

②樁基方案二：采用6 根φ2.2 m 鉆孔樁，樁長約90 m，平面布置如圖6。

圖6 方案二樁基布置圖(單位：cm)

③樁基方案三：采用13 根φ1.5 m 鉆孔樁，樁長約65 m，平面布置如圖7。各個(gè)樁基方案剛度統(tǒng)計(jì)如表2。

圖7 方案三樁基布置圖(單位：cm)

表2 樁基方案剛度統(tǒng)計(jì)

從以上的對(duì)比分析可以看到， 方案一基礎(chǔ)剛度最小，橋墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較容易；方案三基礎(chǔ)剛度最大，橋墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很困難。 樁基方案二與方案一相比剛度較大，橋墩設(shè)計(jì)較方案一困難，且樁基工程量較大。

根據(jù)基礎(chǔ)剛度對(duì)比， 從結(jié)構(gòu)受力條件及基礎(chǔ)工程量方面比較，方案一較為合理，故主墩推薦采用6 根φ2.0 m鉆孔樁方案。

5 結(jié)語

本文針對(duì)金山大橋拓寬改造總體方案設(shè)計(jì)， 先通過對(duì)改造工程的總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)思研究，確定總體方案；再重點(diǎn)針對(duì)通航孔主橋的橋型選擇、 上下部結(jié)構(gòu)的尺寸比選擬定與計(jì)算，最終確定本工程的設(shè)計(jì)方案，對(duì)類似橋梁拓寬工程項(xiàng)目方案比選研究提供一定的參考意義。