吳玲正

(廣東省公路建設(shè)有限公司， 廣東 廣州 510623)

深中通道的橋梁工程全長約17.034 km，規(guī)模宏大，包括伶仃洋大橋、中山大橋、泄洪區(qū)非通航孔橋、淺灘區(qū)非通航孔橋和陸域引橋，涵蓋超大跨徑懸索橋、大跨徑斜拉橋、大型鋼梁連續(xù)梁橋和預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋以及小箱梁橋等眾多類型結(jié)構(gòu)物，技術(shù)難度大。橋址區(qū)受到航空限高、海事通航、水利防洪、環(huán)保、臺風(fēng)、潮汐和不均勻地質(zhì)等諸多條件制約，建設(shè)條件復(fù)雜。項(xiàng)目地處粵港澳大灣區(qū)核心位置，是跨越珠江口的戰(zhàn)略性通道，同時也是跨海超級工程，社會關(guān)注度高，橋梁工程又是項(xiàng)目建設(shè)的亮點(diǎn)和看點(diǎn)，需要高標(biāo)準(zhǔn)地開展建設(shè)，因此該項(xiàng)目橋梁工程的建設(shè)面臨很大挑戰(zhàn)。為了從源頭上控制好項(xiàng)目品質(zhì)，該項(xiàng)目在建設(shè)前期嚴(yán)謹(jǐn)、審慎地開展了橋型方案研究比選和設(shè)計工作，為項(xiàng)目后續(xù)的建設(shè)實(shí)施打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

1 建設(shè)條件

全橋跨越了珠江口多條高等級主航道及主要泄洪通道，同時受到深圳機(jī)場航空限高影響，建設(shè)條件復(fù)雜。橋位處最大海水深度約12 m，同時西側(cè)存在長距離的淺灘區(qū)，水深僅1～2 m，受半日潮影響(平均潮差為0.85～1.70 m)，潮退灘露。淺灘區(qū)臨近南沙濕地自然保護(hù)區(qū)，環(huán)保要求高。此外，橋位處于臺風(fēng)影響區(qū)，正面襲擊熱帶氣旋年平均有23個，最大中心風(fēng)速曾達(dá)40 m/s，影響時段每年可達(dá)5個月(6—10月)之久。橋位區(qū)軟土分布范圍廣、厚度大，淤泥層普遍厚達(dá)20～30 m，穩(wěn)定性極差。場區(qū)基巖主要為花崗巖及花崗閃長巖，巖面東高西低，風(fēng)化差異顯著，風(fēng)化層厚度大，且厚薄不均，地基均勻性總體較差，屬抗震不利地段。

2 橋梁設(shè)計方案

2.1 伶仃洋大橋

(1) 總體布置及結(jié)構(gòu)體系。伶仃洋大橋跨徑布置為(500+1 666+500) m，矢跨比為1/9.65，主纜橫向間距為42.1 m。采用三跨吊全漂浮體系懸索橋，在主塔處設(shè)橫向抗風(fēng)支座、縱向限位阻尼、過渡墩處設(shè)置豎向支座、橫向抗風(fēng)支座。伶仃洋大橋主橋立面圖如圖1所示。

圖1 伶仃洋大橋設(shè)計方案效果圖(除標(biāo)高單位為m外，其余：cm)

(2) 加勁梁采用流線形整體鋼箱，梁高4 m、寬49.7 m，采用實(shí)腹式橫隔板，間距為3.2 m。橋面板重車道處厚18 mm，其余厚16 mm。標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖如圖2所示。箱梁外側(cè)設(shè)置風(fēng)嘴及水平穩(wěn)定板，以滿足顫振穩(wěn)定性要求，同時避免渦振振動風(fēng)險。

圖2 伶仃洋大橋主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位：mm)

(3) 索塔采用門式塔造形，基礎(chǔ)采用56根D3.0 m鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設(shè)計。承臺采用分體圓形，厚8 m，通過下橫梁連接成整體，以增強(qiáng)抗船撞性能。受航空限高(275 m)制約，塔頂高程設(shè)為270 m。塔柱采用八角形截面，形成晶體切面的建筑外形，視覺上簡潔、現(xiàn)代。沿塔高方向依次設(shè)置了上、中、下3道橫梁，尺寸逐級增大，形成向上收分的穩(wěn)定感。橫梁采用領(lǐng)結(jié)形設(shè)計，使得塔柱風(fēng)格和諧統(tǒng)一。上、中橫梁均為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，下橫梁按普通鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計，設(shè)部分預(yù)應(yīng)力作為儲備。塔冠為主索鞍鞍室和塔頂橫向平臺，采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，鞍罩與通道分離，橫向平臺可供檢修通行及觀光。

(4) 錨碇采用分體式錨體，外形設(shè)為晶體切面建筑元素。錨碇基礎(chǔ)采用直徑65 m的8字形地連墻基礎(chǔ)，墻厚1.5 m，嵌入中風(fēng)化巖層中不小于5 m。設(shè)計推薦采用鋼管樁和鋼板樁結(jié)構(gòu)圓形筑島，筑島直徑150 m。東錨淤泥層厚8.3～12.3 m，西錨淤泥層厚14.1～15.5 m，采用水泥攪拌樁進(jìn)行地基處理。錨碇基坑外采用拋石護(hù)堤防護(hù)。

(5) 主纜設(shè)計采用預(yù)制平行鋼絲索股(PPWS)，吊索采用鍍鋅鋼絲繩，梁端限位拉索采用平行鋼絲拉索。主索鞍為常規(guī)鞍體結(jié)構(gòu)，散索鞍采用擺軸式結(jié)構(gòu)，都采用鑄焊結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，鞍槽用鑄鋼鑄造，底座由鋼板焊成。鑄鋼件采用ZG340-550H高強(qiáng)材質(zhì)。主纜采用多股成品索錨固系統(tǒng)錨固。

2.2 中山大橋

(1) 總體布置及結(jié)構(gòu)體系。中山大橋采用整幅式鋼箱斜拉橋方案，跨徑組成為(110+185+580+185+110) m，邊中跨比為0.509，采用半漂浮結(jié)構(gòu)體系。邊跨設(shè)置輔助墩，大橋的立面布置見圖3。

圖3 中山大橋設(shè)計方案立面布置(單位：m)

(2) 加勁梁采用流線形扁平鋼箱梁，梁高4 m，采用雙邊腹板構(gòu)造，與H形塔索面布置對應(yīng)。箱內(nèi)采用桁架式橫隔板，不設(shè)縱隔板，截面用料省，通透性好，方便后期檢查維護(hù)。梁段標(biāo)準(zhǔn)長度18 m，最大吊重約501 t，采用橋面吊機(jī)安裝。梁段間工地接縫除頂板U肋采用高強(qiáng)度螺栓連接外，其余均采用焊接。中山大橋主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖見圖4。

圖4 中山大橋主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位：m)

(3) 索塔采用門式塔造形，與伶仃洋大橋主塔外形風(fēng)格保持一致，形成前后呼應(yīng)、和而不同的姊妹橋格局?；A(chǔ)采用28根D3 m鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設(shè)計。

(4) 斜拉索采用φ7高強(qiáng)鍍鋅鋼絲束斜拉索,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 960 MPa。斜拉索在主塔上的錨固采用鋼錨梁錨固，傳力明確，同時有效加快塔柱施工進(jìn)度，后期便于維護(hù)檢查、換索。拉索橫向間距為41.5 m，東、西主塔每側(cè)各有15對斜拉索，梁上索距為18 m。斜拉索在主梁上采用錨拉板形式錨固，傳力途徑明確，構(gòu)造簡單，后期方便檢查維護(hù)。

2.3 非通航孔橋及陸域引橋

(1) 泄洪區(qū)非通航孔橋

上部結(jié)構(gòu)主梁采用分幅式單箱三室鋼箱梁，梁高4 m，頂板寬20 m，底板寬9.5 m。鋼梁邊跨跨中、次邊墩和中墩墩頂?shù)装寮凹觿爬?、次邊墩和中墩墩頂中腹板及加勁肋采用Q420D，其余部位采用Q345D。鋼箱梁整體在工廠預(yù)制，通過船機(jī)設(shè)備運(yùn)至現(xiàn)場并架設(shè)。首節(jié)鋼箱梁長133.5 m、重約1 500 t。下部結(jié)構(gòu)采用整體式大挑臂T形墩，蓋梁長30 m、高5 m；墩身截面為六邊形，寬為8～12.2 m、厚為4 m；承臺為10.5 m×16.5 m×5 m(縱×橫×豎)，配6根2.5 m樁。

(2) 淺灘區(qū)非通航孔橋

上部結(jié)構(gòu)主梁采用分幅式單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，梁高3.5 m，頂板寬20 m，底板寬9.578 m，懸臂長3.5 m。受運(yùn)架設(shè)備吊重及吊具幾何參數(shù)限制，在萬頃沙互通影響區(qū)部分變寬劇烈的主梁采用了鋼箱梁方案，共18片。箱梁在岸上預(yù)制廠整孔預(yù)制，通過船機(jī)設(shè)備運(yùn)至現(xiàn)場，整孔吊裝就位，再進(jìn)行先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的體系轉(zhuǎn)換。橋墩與泄洪區(qū)非通航孔橋的建筑外形風(fēng)格一致，蓋梁頂寬33 m、高6 m。墩寬9.2～10.6 m，厚4 m；承臺為17 m×10.75 m×4.5 m(縱×橫×豎)，配6根D2.5 m樁。

(3) 陸域引橋

陸域引橋全長1 600 m，分幅布置，部分區(qū)段受橫門互通影響，單幅橋面寬度為16.25～34.65 m。引橋跨徑為40 m，采用預(yù)制混凝土小箱梁(梁高2.2 m)，先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)。橋墩采用大挑臂墩，基礎(chǔ)采用D1.8 m、D1.5 m的鉆孔灌注群樁基礎(chǔ)。

3 主要技術(shù)難點(diǎn)

項(xiàng)目橋梁工程技術(shù)難點(diǎn)主要集中在伶仃洋大橋和非通航孔橋。

3.1 伶仃洋大橋

(1) 大橋位于珠江口伶仃洋開口水域，屬于超強(qiáng)臺風(fēng)頻發(fā)區(qū)，跨徑超大、橋面超高，抗風(fēng)安全問題突出，主梁抗風(fēng)斷面選型是設(shè)計的難點(diǎn)。通過組織多家權(quán)威機(jī)構(gòu)平行開展風(fēng)洞模型試驗(yàn)，反復(fù)比選主梁氣動外形和氣動措施，最終提出了“整體鋼箱梁+水平導(dǎo)流板+上下穩(wěn)定板+高透風(fēng)率欄桿”組合的新型氣動控制技術(shù)，將1 500 m以上超大跨徑寬幅式整體鋼箱的顫振臨界風(fēng)速提升至88 m/s，極大地拓展了該類梁型的使用范圍。

(2) 西塔處于風(fēng)化深槽上，需要穿越60～80 m的斷裂破碎帶，樁長達(dá)到了108～136 m，對于實(shí)施階段鉆孔成樁提出了挑戰(zhàn)，實(shí)際施工時需要通過精細(xì)化的鉆孔工藝和優(yōu)質(zhì)的護(hù)壁泥漿來確保成樁質(zhì)量。

(3) 由于主橋是全離岸結(jié)構(gòu)，兩個大型錨碇處于海中，考慮潮汐影響水深達(dá)到6～8 m，海床面以下存在15 m以上厚度的淤泥層，地質(zhì)條件復(fù)雜。為實(shí)現(xiàn)錨碇地連墻基礎(chǔ)的實(shí)施條件，設(shè)計提出了鋼管-鋼板樁圍堰筑島方案。在深層軟基上確保圍堰結(jié)構(gòu)及島體的穩(wěn)定具有一定挑戰(zhàn)，后續(xù)施工主要以施工監(jiān)控為抓手，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來把控施工節(jié)奏，確保施工全過程風(fēng)險可控。

(4) 懸索橋主纜防腐是世界性難題，考慮到該項(xiàng)目處于高溫高濕的亞熱帶地區(qū)，同時在路網(wǎng)中具有重要性，需高度重視。從國際技術(shù)發(fā)展動態(tài)來看，主要是提高主纜鋼絲自身的防腐性，如采用大直徑高強(qiáng)主纜鋼絲等。

3.2 非通航孔橋

(1) 泄洪區(qū)非通航孔橋受防洪要求制約，承臺需要埋入海床。在臨近西人工島區(qū)段，平均水深為10 m以上，最大水深13.5 m，如何順利實(shí)現(xiàn)水下基坑開挖、止水、承臺鋼筋網(wǎng)綁扎及混凝土澆筑等面臨很大挑戰(zhàn)。后續(xù)施工主要通過打設(shè)加強(qiáng)剛度的帽形鋼板樁來形成止水圍堰，圍堰內(nèi)設(shè)置圍檁及水平撐來共同抵抗水壓力。

(2) 與伶仃洋大橋兩端對接的四孔泄洪區(qū)非通航孔橋橋面標(biāo)高較高(最高近70 m)，由于受到錨碇筑島、主纜位置的限制，無法使用船機(jī)設(shè)備架梁，只能采用支架架梁?？紤]到此處還存在15 m以上厚度的淤泥層，為確保高空支架的安全性需加強(qiáng)施工監(jiān)測。

(3) 淺灘區(qū)非通航孔橋部分區(qū)段水深較淺，平均水深1 m左右，受半日潮影響，多數(shù)時間潮退灘露，船機(jī)設(shè)備很難駛?cè)?，棧橋、施工平臺等臨時工程的建設(shè)有一定難度。后續(xù)施工主要是選擇水深條件較好的位置搭設(shè)起始棧橋和物料碼頭，主要通過釣魚法在已搭設(shè)的棧橋上逐步推進(jìn)架設(shè)。

(4) 萬頃沙互通立交的匝道下穿主線橋，工作面在空間上存在交織，由于都是水上作業(yè)且工期較緊，架梁船機(jī)設(shè)備的使用與下部結(jié)構(gòu)施工存在矛盾。施工時需要通過良好的工序銜接來解決上述難題。

4 結(jié)語

截至2020年年底，橋梁下部結(jié)構(gòu)大部分已出水，水中棧橋及錨碇圍堰成功抵御了2018年超強(qiáng)臺風(fēng)“山竹”的正面襲擊，西塔超長樁基均順利成樁，東西錨碇基礎(chǔ)均已完成基坑開挖，非通航孔橋深水埋置式承臺完成過半，新型主纜鋼絲已通過800 t小批量試生產(chǎn)鑒定，伶仃洋大橋鋼箱梁已準(zhǔn)備制造，等。上述成果的取得正是建設(shè)前期的精心準(zhǔn)備和細(xì)致策劃的成果，由于設(shè)計成果針對難點(diǎn)問題均提出了詳細(xì)、明確的解決方案，因此確保設(shè)計方案具備可實(shí)施性，同時安全風(fēng)險、工期可控，造價合理，這些扎實(shí)的研究成果在為該項(xiàng)目建設(shè)保健護(hù)航的同時也可為未來類似項(xiàng)目的前期策劃提供有價值的參考。