大石大橋擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)與施工

張立文

(廣州市公路勘察設(shè)計(jì)有限公司,廣東廣州510500)

1 工程概述

G105國(guó)道大石大橋擴(kuò)建工程位于廣州市番禺區(qū)，橫跨三支香水道（水面寬約280 m），連接洛溪島和大石鎮(zhèn)，往北通過(guò)洛溪大橋便是廣州老城區(qū)，往南便是番禺、南沙等新區(qū)，是廣州市南北向主要通道之一，同時(shí)還是廣州亞運(yùn)會(huì)配套工程。舊大石大橋始建于1984年，全長(zhǎng)455.5 m，寬12.5 m，雙向2車(chē)道。近年來(lái)，隨著交通量的持續(xù)增長(zhǎng)，該橋已經(jīng)成為嚴(yán)重的交通“瓶頸”（兩側(cè)道路基本已按雙向8車(chē)道擴(kuò)建完成）。對(duì)舊橋進(jìn)行改、擴(kuò)建已勢(shì)在必行。該項(xiàng)目道路等級(jí)為一級(jí)公路（兼城市主干道），設(shè)計(jì)速度為60 km/h，設(shè)計(jì)荷載為公路-I級(jí)，地震動(dòng)峰值加速度0.1 g。因檢測(cè)結(jié)果顯示舊橋?qū)儆诙?lèi)橋，業(yè)主采取了利用舊橋、擴(kuò)建新橋的方案。因?yàn)榕f橋的通航凈空只有45 m×7 m（只滿(mǎn)足Ⅵ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)），設(shè)計(jì)通航水位為7.2 m（廣州城建高程系統(tǒng)）,且舊橋仍將長(zhǎng)期利用。經(jīng)專(zhuān)家論證并經(jīng)航道主管部門(mén)同意，新大石大橋采用與舊橋相同的通航凈空和設(shè)計(jì)通航水位。

2 沿線(xiàn)自然地理情況

（1）地形地貌特征。項(xiàng)目場(chǎng)地屬濱海平原地貌，路線(xiàn)走向基本為南北向，沿線(xiàn)兩邊均已市政化。

（2）氣象特征。項(xiàng)目所在地氣候?qū)倌蟻啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候帶，氣溫受偏南季風(fēng)影響，降水豐沛。

（3）水文。項(xiàng)目所在地河網(wǎng)交錯(cuò)，多自西北流向東南，項(xiàng)目區(qū)為珠江汊河。

（4）地層巖性。路線(xiàn)途經(jīng)地區(qū)地層由新至老有第四系人工填土（Qme）、第四系沖積層（Q4al）、第四系殘積層（Q4el），基巖為白堊紀(jì)泥質(zhì)粉砂巖。

3 主要工程內(nèi)容

本次對(duì)舊大石大橋予以擴(kuò)建，路段全長(zhǎng)1.27 km。工程主要內(nèi)容包括：新大石大橋主體工程、南北橋頭引道工程、南北橋頭交通節(jié)點(diǎn)改善工程、南北橋頭人行系統(tǒng)改善工程、綠化工程（包括北岸公園）和照明工程等。

4 橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 平面

根據(jù)規(guī)劃和場(chǎng)地條件，路線(xiàn)總體沿老路布置。根據(jù)交通量需要和橋頭道路已按雙向8車(chē)道拓寬完成的實(shí)際情況，本次橋梁擴(kuò)建后也需達(dá)到雙向8車(chē)道。設(shè)計(jì)方對(duì)橋梁?jiǎn)蝹?cè)加寬和雙側(cè)加寬進(jìn)行了比較。由于規(guī)劃方案為單側(cè)（東側(cè)）加寬，且可為后期繼續(xù)改造預(yù)留空間，最終采取了東側(cè)加寬的方案。為了保證新、舊橋結(jié)構(gòu)安全，方便日后對(duì)舊橋的維修和進(jìn)一步改造，采取了新、舊橋完全分離的形式。上部結(jié)構(gòu)間距0.9 m，樁基最小凈距4.25 m。橋位總平面布置圖見(jiàn)圖1。

4.2 縱面

為了新、舊橋的協(xié)調(diào)和方便引道的銜接，新橋縱坡采用與舊橋相同的人字坡（3%和-3.3%）。

4.3 橫斷面

舊橋跨徑組合是6×25 m+(43.75+62.5+43.75)m+6×25 m，其中引橋?yàn)楹?jiǎn)支T梁，主橋?yàn)門(mén)構(gòu)加掛梁。在新橋設(shè)計(jì)中，對(duì)主橋進(jìn)行了連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)和下承式系桿拱等方案的比較，對(duì)引橋進(jìn)行了現(xiàn)澆連續(xù)梁、預(yù)制小箱梁和頂推箱梁等方案比較。從受力特點(diǎn)、與舊橋的外觀協(xié)調(diào)性、工期、造價(jià)和養(yǎng)護(hù)工作量等多方面因素考慮，最終主橋采用了連續(xù)梁方案，引橋采用了簡(jiǎn)支小箱梁（橋面連續(xù)）方案。為了適應(yīng)橋下被交路和堤岸，新橋采用了與老橋相比略有變化的跨徑組合，即：3×25 m+（25.6+24.4+25）m+(43.75+62.5+43.75)m+3×25 m+（25+23+25）m。絕大部分橋墩橫向都能對(duì)齊，個(gè)別橋墩通過(guò)調(diào)整橋墩的交角，也能基本對(duì)齊，達(dá)到了視覺(jué)上的協(xié)調(diào)。

由于利用了舊橋2個(gè)車(chē)道，新、舊橋聯(lián)合斷面的中央分隔帶和路拱相對(duì)于擴(kuò)建部分是不對(duì)稱(chēng)的，而擴(kuò)建部分總寬度達(dá)到30.8 m，宜分成左、右兩幅。為了方便設(shè)計(jì)、施工、節(jié)約成本和工期，自然以?xún)煞黧w結(jié)構(gòu)盡量對(duì)稱(chēng)為好。怎樣將這對(duì)矛盾統(tǒng)一起來(lái)，這是該橋不同尋常的地方。通過(guò)深入研究，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)作了一個(gè)巧妙的方案：新建部分的左、右兩幅采用幾乎完全對(duì)稱(chēng)的主體結(jié)構(gòu)，僅將右幅墩頂和上部結(jié)構(gòu)根據(jù)橋面設(shè)計(jì)橫坡做微小彎折（實(shí)踐證明施工時(shí)并不太麻煩），橋面系和中央分隔帶根據(jù)整體車(chē)道分幅需要設(shè)置即可。這樣，很好地解決了上述矛盾。主跨墩頂橫斷面如圖2所示。

4.4 主橋連續(xù)箱梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.4.1結(jié)構(gòu)尺寸

主橋(43.75+62.5+43.75)m連續(xù)箱梁的上部結(jié)構(gòu)采用單箱雙室變截面連續(xù)箱梁，半幅箱梁底板寬為11.2 m，頂板寬為15.4 m，外側(cè)懸臂2.6 m，內(nèi)側(cè)懸臂1.0 m。左、右半幅的內(nèi)側(cè)懸臂通過(guò)1.2 m寬的現(xiàn)澆濕接縫連接，主梁梁高為3.5～1.8 m，采用掛籃懸臂澆筑法施工，主要材料采用C50混凝土。

圖1 橋位總平面布置圖（單位：m）

圖2 主跨墩頂橫斷面圖（單位：cm）

中支點(diǎn)斷面梁高3.5 m(高跨比為1/17.9)，跨中及邊跨支架現(xiàn)澆梁段梁高1.8 m(高跨比為1/34.7)，梁高按二次拋物線(xiàn)變化規(guī)律從根部3.5 m變至跨中1.8 m。橋面板設(shè)置雙向2%橫坡，底板與頂板同坡，腹板鉛垂。箱梁底板厚度亦按二次拋物線(xiàn)變化規(guī)律從根部45 cm變至跨中25 cm。全梁腹板厚度采用55 cm、35 cm兩種，中間設(shè)過(guò)渡梁段。外側(cè)懸臂端部厚度18 cm，內(nèi)側(cè)懸臂端部厚度35 cm，內(nèi)外側(cè)懸臂根部厚度均為60 cm，箱內(nèi)頂板厚25 cm。

4.4.2預(yù)應(yīng)力體系

主橋連續(xù)箱梁按A類(lèi)部分預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，采用雙向預(yù)應(yīng)力體系，即：縱向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力。

縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk=1 860 MPa的Φs15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線(xiàn)，錨下張拉控制應(yīng)力σcon=0.75fpk=1 395 MPa。鋼束穿束管道采用預(yù)埋塑料波紋管成孔，采用真空壓漿工藝灌漿。頂板束采用9Φs15.2鋼絞線(xiàn)束及12Φs15.2鋼絞線(xiàn)束；腹板束采用12Φs15.2鋼絞線(xiàn)束；邊跨與中跨的邊腹板底板束均采用12Φs15.2鋼絞線(xiàn)束，邊跨及中跨的中腹板底板束均采用6Φs15.2鋼絞線(xiàn)束。除邊跨頂板接長(zhǎng)束采用單端張拉外，其余鋼束均采用兩端張拉，因此要求在主橋邊跨頂、底板鋼束張拉完畢之后方可架設(shè)相鄰引橋的預(yù)制箱梁。

豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋布置于腹板，采用精軋螺紋粗鋼筋，直徑為25 mm，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=785 MPa（σb≥980 MPa，屈服強(qiáng)度 σ0.2≥785 MPa），單根張拉力為347 kN，豎向管道采用內(nèi)徑50 mm的金屬波紋管，在頂板上進(jìn)行單端張拉，采用普通壓漿工藝灌漿。

4.4.3主橋箱梁分段及施工順序

該橋主墩為7#和8#墩，左右幅共計(jì)4個(gè)單T，每個(gè)單T以墩對(duì)稱(chēng)每邊分為7段，墩頂上部10.5 m為0#梁段，重571 t，在搭設(shè)于承臺(tái)上的托架上澆筑；1#～3#梁段長(zhǎng)3 m，4#～7#梁段長(zhǎng)4 m，采用掛籃懸澆，其中1#梁段最重，重達(dá)105.3 t；合龍段（8#梁段）長(zhǎng)2 m，在吊架上施工；邊跨支架現(xiàn)澆段長(zhǎng)11.45 m，支架由在水中打入的鋼管樁形成。

合龍順序?yàn)椋合群淆堖吙?，后合龍中跨，最后拆除邊跨支架及主墩臨時(shí)支撐，完成體系轉(zhuǎn)換。

4.4.4結(jié)構(gòu)計(jì)算

整體計(jì)算采用MIDAS2006有限元程序，劃分為54個(gè)單元，共11個(gè)施工階段。受篇幅所限，計(jì)算部分不再贅述。

4.4.5主墩臨時(shí)支撐設(shè)計(jì)

每個(gè)主墩(半幅)采用8根D800 mm，壁厚8 mm的支撐鋼管，內(nèi)填C30混凝土，每根鋼管內(nèi)設(shè)兩束5Φs15.2鋼絞線(xiàn),分別錨在承臺(tái)內(nèi)和0#梁段上，鋼絞線(xiàn)張拉應(yīng)力為1 302 MPa。

4.4.6掛籃設(shè)計(jì)與懸臂施工

為了加快施工進(jìn)度，施工單位采用了4對(duì)掛籃同時(shí)施工的方案。掛籃形式為三角掛籃。設(shè)計(jì)單個(gè)掛籃承載力為160 t，掛籃自身重量45 t（包括模板）。設(shè)計(jì)考慮沖擊系數(shù)1.1，脹模系數(shù)1.05，施工荷載考慮200 kg/m2。掛籃主要由主桁架系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、底籃和模板系統(tǒng)組成。節(jié)段施工嚴(yán)格要求混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%，且養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到5 d方可張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋。一對(duì)梁段的施工周期一般為7～8 d。

4.5 主橋連續(xù)箱梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主橋(43.75+62.5+43.75)m連續(xù)箱梁的下部結(jié)構(gòu)主墩采用分離式空心墩，半幅墩身采用單箱雙室截面，縱橋向?qū)?.4 m，橫橋向墩頂寬11.2 m，墩身寬10.2 m。主墩承臺(tái)厚度2.8 m，左、右半幅的承臺(tái)相連成為整體；主墩基礎(chǔ)采用群樁基礎(chǔ)，一個(gè)主墩（左、右半幅合計(jì)）共設(shè)12根D150cm的樁基，沿路線(xiàn)分為兩排。過(guò)渡墩分為左、右半幅，均采用三柱式墩，蓋梁高1.6 m，寬1.85 m，墩柱直徑D130cm，樁基直徑D150cm，在墩柱間設(shè)置截面尺寸為1.2 m×1.0 m的系梁。主橋基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。

4.6 引橋預(yù)制簡(jiǎn)支小箱梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引橋上部構(gòu)造為跨徑23 m、24.4 m、25 m及25.6 m的先簡(jiǎn)支、后橋面連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，采用預(yù)制吊裝施工，梁高為1.40 m，每孔由10片小箱梁組成。

4.7 引橋預(yù)制簡(jiǎn)支小箱梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引橋橋墩分為左、右半幅，均采用雙柱式墩，蓋梁高1.6 m，寬1.70 m，墩柱直徑D130cm，樁基直徑D150cm。橋臺(tái)也分為左、右半幅，均采用扶壁式橋臺(tái)，并與路肩擋土墻相接。半幅橋臺(tái)設(shè)置6根D120cm樁，沿路線(xiàn)縱向分為兩排。

4.8 橋墩防撞

由于三支香水道通航等級(jí)較低，僅在主跨（第8跨）雙向通航（通航凈空45 m×7 m，相當(dāng)于Ⅵ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)），且新橋位于老橋下游，經(jīng)方案比較和論證后，采用了在新橋主墩上設(shè)置附著式柔性防撞護(hù)舷的方案，安裝位置為承臺(tái)和墩身的通航孔側(cè)和兩端，護(hù)舷型號(hào)分別為拱形（H25×L150cm）和拱形（H25×L200cm）。

4.9 排水

橋面雨水通過(guò)縱向管收集后引到兩頭橋下地面，經(jīng)過(guò)隔油池（為了防止污染河水）并入市政雨水管后排入河中。因河水受潮汐影響，水位變化很大，經(jīng)常發(fā)生倒灌現(xiàn)象，甚至淹至橋下被交路路面，本次設(shè)計(jì)特別在出水口處增加了拍門(mén)井，收到了防止倒灌的效果。

5 橋梁施工要點(diǎn)

（1）分別從南北兩岸向河中搭設(shè)鋼便橋，留出通航孔，保證施工期間不影響通航。

（2）由于主墩左、右幅的承臺(tái)是連成一個(gè)整體的，施工塔吊正好可以安裝在承臺(tái)中部的空隙處。

（3）為了爭(zhēng)取工期，樁基施工采用沖擊鉆。為了確保新橋樁基施工不對(duì)老橋產(chǎn)生危害，采取了減小鉆頭提升高度、加長(zhǎng)鋼護(hù)筒、觀測(cè)老橋變形等措施。

（4）主墩采用鋼板樁圍堰進(jìn)行施工。

（5）由于新老橋間距較小，老橋施工時(shí)可能會(huì)遺留一些混凝土塊在新橋范圍，故施工前要注意摸查相關(guān)情況，采取有效措施，以免耽誤工期。

（6）施工過(guò)程中宜沿老橋欄桿（靠新橋側(cè)）設(shè)置圍閉，確保施工和過(guò)往行人的安全。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)約16個(gè)月的緊張施工，新大石大橋于2010年9月（廣州亞運(yùn)會(huì)開(kāi)幕前2個(gè)月）順利建成通車(chē)。