東寶河新安大橋總體設計

廖蓮姣

（深圳市綜合交通設計研究院，廣東深圳 518003）

1 工程概況

深圳市的西部沙井街道與東莞南部的長安鎮(zhèn)毗鄰，隔東寶河相望。擬建的東寶河新安大橋跨越深莞市界的東寶河，直接聯(lián)系深圳市沙井街道和東莞市長安鎮(zhèn)。

總體工程全長約1.45 km，其中橋梁（主橋通航主跨156 m）總長約1.08 km，約占路線總長的74.5%。路線分為上、下行兩幅，每幅主橋路基寬度16.25 m，引橋12.75 m，兩側(cè)設7.0 m寬輔道，紅線寬度在66 m～75 m之間。該項目采用城市主干路技術標準，主線設計車速60 km/h，雙向6車道，輔道設計車速30 km/h。

2 主要技術標準

（1）道路及橋梁等級：城市主干路-I級;

（2）車道數(shù)：主線6車道（雙向）;

（3）道路紅線寬度：66～75 m;

（4）橋梁寬度:主橋2×16.25 m，引橋 2×12.75 m;

（5）計算行車速度:主線60 km/h，輔道30 km/h;

（6）最大縱坡:3.61%；

（7）橋涵設計荷載等級:城-A級；人行荷載標準值3.0 kN/m2;

（8）地震動峰值加速度：抗震設防烈度為7度，地震動峰值加速度0.1 g;

（9）基本風壓：W0=0.9 kN/m2(1/100)；

（10）設計安全等級：一級；

（11）設計基準期：100 a；

（12）環(huán)境類別：Ⅱ類（濱海）；

（13）設計洪水頻率：1/300，洪水位（黃海高程）4.07 m；

（14）IV級正交通航（單孔）凈空：凈高不小于8.0 m，凈寬不小于90 m；

（15）最高通航水位：（黃海高程）3.34 m；

（16）道路建筑限界凈高：不小于5.0 m。

3 橋位處的建設條件

3.1 地理位置及河勢條件

擬建東寶河新安大橋橋址上游約200 m為沙井河入茅洲河干流河口，橋位兩岸建有堤防。橋位處河道主河槽寬約100 m，邊界條件控制較強。河床平均高程在-0.3 m左右；兩側(cè)灘地較寬，河道左側(cè)灘地寬20～40 m，河道右側(cè)灘地寬20～36 m。

3.2 氣象

該工程所經(jīng)過地區(qū)位于北回歸線以南，屬亞熱帶海洋性氣候，全年氣溫高，濕度大，雨量充沛，1月分份氣溫最低，7月份最熱。4～9月份雨量集中，降雨量占全年的83%。

橋址處基本風壓900 Pa.

3.3 水文

茅洲河流域徑流主要依靠降雨補給,枯水期依靠地下水和基巖裂隙水補給。全年徑流主要集中在4～9月。根據(jù)資料分析計算，茅洲河流域多年平均徑流量為34713萬 m3，豐水年徑流量為43817萬m3，枯水年徑流量為21990萬m3。

根據(jù)計算橋址處的最高通航水位為 2.754 m（珠基起算），最低通航水位為 -1.58 m（珠基起算）。

根據(jù)《通航凈空尺度和技術要求論證研究報告》，大橋軸線的法線方向與水流方向的夾角約為31.5°，大橋軸線方向與河道的夾角約為42.5°。

3.4 地質(zhì)、場地穩(wěn)定性及適宜性評價

道路沿線內(nèi)基巖為下古生界混合巖，根據(jù)《深圳市區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)圖》（1∶5萬）和鉆探結(jié)果，場地范圍內(nèi)無大規(guī)模斷裂構(gòu)造帶分布。但在鉆孔QL11揭露有糜棱巖，主要表現(xiàn)為巖芯破碎、巖芯擦痕明顯、局部黃鐵礦化發(fā)育。該斷層在全新世以來未見活動性。

地質(zhì)勘察孔所涉及的深度范圍內(nèi)局部見構(gòu)造破碎帶，場地較穩(wěn)定，適宜建筑。

該場地土的類型為軟弱土，建筑場地類別為Ⅱ類，地面脈動卓越周期為0.202 s。該場地抗震設防烈度為7度，為對建筑抗震有利地段。

3.5 通航

《東寶河新安大橋新建工程通航安全評估報告書》評估主要結(jié)論如下：

（1）東寶河新安大橋工程選址合理，符合深圳市的整體規(guī)劃。

（2）東寶河新安大橋工程附近水域的通航環(huán)境比較復雜，距上游三岔河口100 m左右，且橋梁軸線與河道主流約45°夾角，因此需加大通航凈寬，該工程將橋墩建于沿岸沙灘之上，滿足船舶安全航行的要求。

（3）東寶河新安大橋工程主要通航要素的設計（水域水深、凈空高度、凈空寬度，航跡帶寬等）均滿足我國《內(nèi)河通航標準》（GB50139-2004）安全通航的要求。

3.6 500kV高壓走廊帶

電力高壓走廊與該項目線位、凈空的沖突問題，2010年6月電力部門已對現(xiàn)狀高壓電線路提高標準進行改造，并予完成。

3.7 橋位與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)

綜合考慮了上述各種自然和社會條件，橋位與東寶河兩岸的現(xiàn)狀城市主干道對接，橋位的選擇具有唯一性。

4 總體設計

4.1 平、縱線形設計

道路起于深圳沙井的新和路/松福路(在建)路口，沿現(xiàn)狀新和路往西北走向，止于現(xiàn)狀的建安路/興一路路口，全長約1.45 km。起點處：與松福路口設計的新和路中線采用R=1500 m半徑圓曲線連接；與建安路對接處：采用反向曲線連接，其中A線圓曲線半徑為1600 m，B線、C線圓曲線半徑分別為1605.875 m、1994.125 m。終點處：順接現(xiàn)狀線形，圓曲線半徑為400 m。

路線縱斷面設計：道路沿線地勢平坦，兩側(cè)用地基本已開發(fā)。道路縱斷面設計的主要控制因素有：現(xiàn)狀道路高程、沿線現(xiàn)狀相交道路凈空要求、東寶河IV級通航凈空要求、500 kV超高壓走廊安全凈空要求等。道路主線最大縱坡為3.61%，最小縱坡為0.3%，最小凹曲線半徑為1500 m，最小凸曲線半徑為4677.66 m，最小坡長為170 m。

4.2 總體工程概況

東寶河新安大橋新建工程橋梁集中分布在跨東寶河段，結(jié)合道路的選線特點，同時考慮沿線地形、地貌及周圍環(huán)境條件，橋梁設計主要分三大部分：第一部分為東寶河新安大橋主橋段，主要滿足上跨東寶河通航及規(guī)劃與現(xiàn)狀道路的通行；第二部分為東寶河新安大橋東西引橋段，主要滿足上跨規(guī)劃與現(xiàn)狀道路的通行，起到連接主橋與兩邊引道的作用；第三部分為上下橋梯道，滿足人群通行要求。全線橋梁總長度為1082.12 m，總面積為31345.08 m2。

4.3 主橋總體布置及設計

主橋橋跨布置、橋墩布設和控制高程是工程總體設計的關鍵，以通航等級、航道規(guī)劃、結(jié)構(gòu)特點、河勢條件及地質(zhì)條件為主要控制因素，同時該工程受高壓走廊帶的影響也為主控因素。

該項目橋梁按照兩市交界處城市橋梁設計，線位海拔標高較低，自然地形起伏不大，橋頭引道接線設計高程應與現(xiàn)狀地面順接。現(xiàn)狀路面高程、規(guī)劃高程與河底地面高差約為6～7 m,為滿足橋下通航凈高要求，深圳岸主橋橋梁縱坡較大，橋位上空500 kV高壓線壓頂，不適宜采用系桿拱橋和斜拉橋方案。

（1）船舶等級、通航規(guī)劃及通航凈空：見前面的主要技術標準和橋位處建設條件。

（2）橋墩位置及橋孔布置。

主橋處橋梁軸線的法線方向與水流流向夾角約35°，距東寶河、茅洲河上游三岔河口100 m左右，通航環(huán)境比較復雜。

又因主橋橋址處的地形條件和水文條件，如果在河中設墩，不僅基礎造價高，施工困難，而且對航道干擾大，影響船只航行安全，也給橋梁本身安全留下隱患，航道管理部門也對該橋位提出河中不設墩而采用一孔跨越河道的要求。

因此，橋型只能選取一孔跨越河道，為滿足《內(nèi)河通航標準》（GB50139-2004）單孔正交凈跨徑不小于90 m，該橋縱軸線與最高通航水位時主流方向斜交，如墩臺軸線采用與橋梁縱軸線正交，與水流主流方向斜交角度約35°，宜增加通航孔凈寬至90/cos35°(m)。考慮橋址處于兩河道的交匯處，主流水流方向的不確定性，并考慮結(jié)合河道規(guī)劃，減少水下基礎，橋跨盡可能跨越現(xiàn)狀主河道，將主墩立于現(xiàn)狀河灘上，主跨采用156m跨滿足要求，經(jīng)省水利廳和省航道局的初步認定，此跨徑可滿足防洪和通航要求，并進行了批復。主橋邊孔由跨徑組合經(jīng)濟合理性和美觀因素決定，同時考慮東莞側(cè)沿河路的布置要求和工程造價的控制，最后確定主橋跨徑為88 m+156 m+88 m。

4.4 主橋設計

主橋采用88 m+156 m+88（m）懸臂澆注變梁高波形鋼腹板連續(xù)箱梁或變梁高預應力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)（見圖1）。

4.4.1 上部結(jié)構(gòu)

箱梁沿縱向為變高度梁，梁型為單箱單室，中支點梁高為780 cm，邊支點梁高及中跨中梁高為350 cm。主橋單幅標準箱梁（見圖2）頂面寬16.25 m，箱底寬度8.7 m，兩側(cè)懸臂長度為3.775 m，箱梁橫向采用變厚設置，頂板傾斜形成橋面單向橫坡?？缰袛嗝骓?、底板分別厚30 cm、30 cm；在支點處頂、底板分別加厚至60 cm、160 cm，腹板為波形鋼板。連續(xù)梁中部支點設3 m中橫梁，端部設1.8 m端橫梁，梁體美觀，線型流暢。

4.4.2 下部結(jié)構(gòu)

中墩采用混凝土空心圓柱墩，墩柱外徑6 m。墩柱下接3.5 m厚承臺，橋墩基礎為6根直徑250 cm鉆孔灌注樁。邊墩采用3根圓柱接蓋梁式墩，橋墩墩柱截面直徑為2 m，頂部接鋼筋混凝土蓋梁結(jié)構(gòu)，蓋梁高200 cm，墩柱下接3 m厚承臺，橋墩基礎為6根直徑150 cm鉆孔灌注樁。

4.4.3 波形鋼腹板預應力混凝土箱梁橋的設計

4.4.3.1 關于波形鋼腹板預應力混凝土箱梁橋

波形鋼腹板預應力混凝土箱形梁橋，就是用波形鋼板置換預應力混凝土箱形梁的混凝土腹板作成的箱形梁橋，其顯著特點就是用10mm左右厚的鋼板取代厚40～90mm厚的混凝土腹板，鑒于頂、底板預應力束設置空間有限和斜彎束的需要，導致體外索的應用，則是波形鋼腹板預應力混凝土箱形梁的第二個特點。圖3為波形鋼腹板預應力混凝土箱梁示意圖。

4.4.3.2 波形鋼腹板預應力混凝土箱形梁橋的力學特性

由于褶皺效應，波形鋼腹板縱向抗壓剛度很小，在計算時忽略波形鋼腹板的縱向剛度，在豎向荷載作用下僅由頂、底板構(gòu)成抵抗矩，豎向彎曲時平面假定依然成立。圖4為橫斷面及斷面應力分布圖。

波形鋼腹板承擔豎彎時的全部剪力，且剪應力沿高度均勻分布。在剪切力作用下，波形鋼腹板存在剪切屈曲和剪切屈服兩種受力形式，其中剪切屈曲為波形鋼板設計檢算重點。

波形鋼腹板與頂?shù)装暹B接是波形鋼板－混凝土組合箱梁橋構(gòu)造要點，主要用于傳遞縱向剪力、橫向角隅彎矩，波形鋼板間的縱向連接不承受軸向力。圖5為波形鋼腹板屈曲破壞模式。

4.4.3.3 波形鋼腹板預應力混凝土箱形梁的設計與計算

如前述，波形鋼腹板預應力混凝土箱形梁的力學特性與通常的預應力混凝土箱梁類似，其設計計算亦大體相同，唯應特別關注其波形鋼腹板的剪切屈服、剪切屈曲及波形鋼板與混凝土頂、底板的連接設計計算。

4.5 引橋設計

該工程引橋主要采用先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)預應力混凝土小箱梁結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)相關的地質(zhì)資料，以及城市的設計經(jīng)驗，標準跨徑采用30 m為模數(shù)布置，無論從景觀上還是經(jīng)濟上均較適合城市，其優(yōu)點如下：

（1）通過以往工程造價的分析比較，結(jié)果表明，30 m跨徑連續(xù)梁結(jié)構(gòu)單位造價較為便宜；

（2）城市中布置30 m跨徑連續(xù)梁結(jié)構(gòu)不僅在外形上較美觀、和諧，立柱間距不顯狹小，而且跨徑布置靈活，在城市中較適用，可基本滿足大多數(shù)情況下的布墩要求。

圖1 主橋立面總體布置圖（單位：cm）

圖2 主橋標準斷面圖（單位：cm）

圖3 波形鋼腹板預應力混凝土箱梁示意圖

圖4 應力分布圖

圖5 波形鋼腹板屈曲破壞模式

引橋布跨如下：

東引橋左幅橋（A線）：預應力混凝土簡支轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)連續(xù)小箱梁；中心樁號AK0+352.44；跨徑組合：4×30 m+3×30 m+3×28.04 m。

東引橋右幅橋（A線）：預應力混凝土簡支轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)連續(xù)小箱梁；中心樁號AK0+361.38；跨徑組合：4×30 m+3×30 m+3×34 m。

西引橋左幅橋（B線）：預應力混凝土連續(xù)箱梁及預應力混凝土簡支/簡支轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)連續(xù)小箱梁；中心樁號BK1+058.07；跨徑組合：3×30 m+2×30 m+(37+45+37)m+3×30 m+3×30 m。

西引橋右幅橋（C線）：預應力混凝土連續(xù)箱梁及預應力混凝土簡支/簡支轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)連續(xù)小箱梁；中心樁號CK1+067.44；跨徑組合：3×30 m+2×30 m+(30+45+27)m+3×30 m+3×30 m。

圖6為引橋標準橫斷面圖。

圖6 引橋標準橫斷面圖（單位：cm）

5 結(jié)語

東寶河新安大橋新建工程連接深圳與東莞兩地，為跨市界的城市橋梁工程，影響因素較多，協(xié)調(diào)工作量較大，為推進項目進度，協(xié)調(diào)工程進度做了大量工作。該工程計劃2013年開工，2015年建成通車。