南平樟湖庫區(qū)大橋設(shè)計(jì)綜述

陳 亮

(廈門中平公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司)

南平樟湖庫區(qū)大橋設(shè)計(jì)綜述

陳 亮

(廈門中平公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司)

樟湖庫區(qū)大橋跨越水口庫區(qū)，橋位處湖面寬710 m，最大水深42 m，墩高約20 m。主橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)采用矩形板式雙薄壁墩、高樁承臺(tái)、群樁基礎(chǔ)。主橋橋墩位于庫區(qū)超深復(fù)雜水域，局部區(qū)域巖面傾斜裸露，且基巖承載力較高，深水裸巖大直徑超深樁基施工是項(xiàng)目的一大難點(diǎn)?？紤]水文、地質(zhì)條件及施工設(shè)備，主墩鉆孔樁選用浮式鉆孔平臺(tái)施工。介紹樟湖庫區(qū)大橋橋型結(jié)構(gòu)和施工方案，可為同類型橋梁的設(shè)計(jì)提供參考。

連續(xù)剛構(gòu)橋;橋梁設(shè)計(jì);深水裸巖樁基;浮式平臺(tái)

1 概述

福建省南平市樟湖庫區(qū)大橋跨越閩江水口水電站庫區(qū)，水口水電站是華東地區(qū)最大的水電站。大橋建成后連通閩江南、北兩岸，使北岸庫區(qū)移民便捷到達(dá)國道316線，對加快樟湖作為中心城鎮(zhèn)全面發(fā)展、整合水口庫區(qū)資源及完善福建省公路網(wǎng)具有重要意義。

樟湖庫區(qū)大橋全長788 m，全橋平面位于直線上，橋面縱坡為單向0.3%。設(shè)計(jì)汽車荷載為公路—Ⅱ級(jí)，人群荷載3.0 kN/m2，地震動(dòng)峰值加速度0.05 g。橋梁全寬 12.0 m=1.5(人行道)+9.0(行車道)+1.5(人行道)，雙向兩車道。橋下通航內(nèi)河Ⅳ級(jí)航道(普通500 t級(jí)貨船)，單孔通航凈寬90.0 m，凈高8.0 m。

2 主要工程特點(diǎn)

根據(jù)橋址處自然、地理?xiàng)l件及勘測資料，本項(xiàng)目的建設(shè)具有如下特點(diǎn)。

(1)橋位處庫區(qū)湖面寬約710 m，最大水深約42 m，常年水位變動(dòng)只有3～4 m。

(2)湖床基巖覆蓋層較薄，厚0.8～14 m，下伏巖層以弱～微風(fēng)化花崗巖為主，局部區(qū)域巖面傾斜裸露，基巖承載力較高，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值35.2～89.4 MPa。

(3)橋址兩岸臨河面岸坡及巖面坡度達(dá)30°～36°，河床地面則較平坦。

(4)庫區(qū)施工，大型設(shè)備難以進(jìn)場，深水裸巖大直徑超深樁基施工是本項(xiàng)目的一大難點(diǎn)。

3 橋型及結(jié)構(gòu)整體構(gòu)思

鑒于上述項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)，橋型方案選擇在安全、實(shí)用的前提下，結(jié)構(gòu)型式力求經(jīng)濟(jì)、美觀，橋跨布置均衡協(xié)調(diào)，同時(shí)應(yīng)充分考慮施工作業(yè)條件。水中區(qū)域要在考慮施工方案切實(shí)可行的前提下適當(dāng)加大橋梁跨度;岸灘區(qū)應(yīng)采用常規(guī)的能快速施工的橋型結(jié)構(gòu)，以簡化工序，縮短工期。經(jīng)多方案比選后，選用較為實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的(70+4×125+70)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)主橋+(4×35)m預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土T梁引橋。

主橋采用多孔連續(xù)剛構(gòu)，引橋采用預(yù)制T梁方案具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)根據(jù)勘測資料揭示:閩江北岸及舊航道主河槽水深較大、基巖覆蓋層淺;南岸水深較小、基巖覆蓋層深。北岸大跨徑連續(xù)剛構(gòu)與南岸預(yù)制T梁搭配布置，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)、受力合理。

2.定干。對于截干移植的苗木，待萌條長到15—30厘米高時(shí)，選留一個(gè)健壯直立的萌條作為主干，其余的全部除掉。

(2)主橋采用多孔連續(xù)剛構(gòu)跨越能力大、整體性好、行車舒適、外形美觀，上部結(jié)構(gòu)施工技術(shù)成熟可靠，下部結(jié)構(gòu)工程量小。

(3)引橋上部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、工廠機(jī)械化施工，造價(jià)經(jīng)濟(jì)、施工便捷。

4 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 主橋箱梁結(jié)構(gòu)

主橋采用單箱單室變截面箱型梁結(jié)構(gòu)，主跨支點(diǎn)梁高7.5 m，邊跨直線段及主跨跨中處梁高2.6 m，梁高變化段梁底曲線采用1.5次拋物線。箱梁頂板寬12 m，底板寬6.5 m，兩翼板懸臂長度2.75 m，懸臂根部高度 0.75 m，頂板厚 0.3 m，腹板厚在11#梁段由0.45 m 漸變至0.6 m，底板厚由0.3 m漸變至0.8 m，箱梁底板厚度按線性變化。箱梁底板水平，通過兩腹板的高差，實(shí)現(xiàn)頂板雙向橫坡。

主梁每個(gè)單“T”劃分為16個(gè)梁段，其中0#塊長12.0 m，1#塊長2.5 m，2#塊至4#塊長3.1 m，5#塊至9#塊長3.7 m，10#塊至15#塊長4.2 m，邊跨支架現(xiàn)澆段長6.5 m，邊跨及中跨合攏段長度均為2.0 m。

4.2 主橋箱梁預(yù)應(yīng)力體系

箱梁為縱向、豎向預(yù)應(yīng)力體系，箱梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用19Φs15.2、17Φs15.2 高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa。預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管成型，預(yù)應(yīng)力錨固體系采用群錨15-19、群錨15-17。腹板及0#塊豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32精軋螺紋粗鋼筋，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=785 MPa。箱梁橫向?yàn)槠胀ㄤ摻罨炷两Y(jié)構(gòu)。箱梁典型斷面縱向預(yù)應(yīng)力鋼束類型及數(shù)量見表1。

表1 縱向預(yù)應(yīng)力鋼束類型

4.3 引橋主梁

引橋主梁采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁(后張)，結(jié)構(gòu)體系為先簡支后連續(xù)。T梁梁高2.3 m。上部橫向由5片梁組成，梁中距2.4 m，濕接縫寬度0.7 m。T梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束及墩頂負(fù)彎矩鋼束均采用Φs15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線。

5 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 主橋橋墩

根據(jù)橋位地質(zhì)、庫區(qū)水文條件及橋型結(jié)構(gòu)，主橋橋墩采用嵌巖高樁承臺(tái)基礎(chǔ)，樁長約60 m，自由長度約24～35 m，為提高樁基承載力，并滿足上部結(jié)構(gòu)懸臂施工過程中樁基的穩(wěn)定性要求，經(jīng)比較分析，主墩基礎(chǔ)采用6Φ2.0 m鉆孔灌注群樁基礎(chǔ)，樁基縱橋向間距6.3 m，橫橋向間距2×4.5 m。墩身采用矩形板式雙薄壁墩，墩高19～20.5 m，壁厚1.4 m，寬6.5 m，縱橋向凈距4.9 m。主墩承臺(tái)高度4.0 m，平面尺寸為9.9×10.4～18.0 m。為減小船舶對橋墩的撞擊力，通航孔兩側(cè)主墩承臺(tái)及墩身設(shè)置橡膠防撞船舷。

5.2 交接墩

主橋與引橋交接墩采用4Φ2.0 m鉆孔灌注群樁基礎(chǔ)，墩身為 Φ2.0 m雙柱式墩，墩高25.5 m，承臺(tái)高度3.5 m。5.3 引橋橋墩、橋臺(tái)

引橋橋墩采用2Φ2.0 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，墩身為Φ1.8 m雙柱式墩。兩側(cè)橋臺(tái)均采用鋼筋混凝土U型橋臺(tái)，鉆孔灌注群樁基礎(chǔ)。

6 主梁、墩身及承臺(tái)施工方案

6.1 主梁施工方案

主橋箱梁共有5個(gè)“T”構(gòu)，采用三角掛籃進(jìn)行箱梁懸臂施工。由于主墩為水中墩，主墩施工中采用三角托架法施工0號(hào)塊，邊跨現(xiàn)澆段采用鋼管樁支架施工。上部箱梁共有六個(gè)合攏段，施工時(shí)合攏順序?yàn)橄冗吙绾蠑n，再中跨合攏，最后次邊跨合攏。

6.2 主墩墩身施工方案

主墩為薄壁矩形高墩施工，最大墩高達(dá)20.48 m，施工采用翻模法進(jìn)行，模板每節(jié)高度2 m，一次澆筑6 m，分4次澆筑。

6.3 主墩承臺(tái)施工方案

主橋?yàn)楦邩冻信_(tái)，其承臺(tái)施工采用鋼吊箱方案。由于承臺(tái)體積龐大，承臺(tái)混凝土澆筑時(shí)，混凝土水化熱集聚在承臺(tái)內(nèi)部不易散發(fā)出去，造成內(nèi)外溫差過大，混凝土表面可能出現(xiàn)過大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋。為此制訂如下措施，以保證承臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量:(1)合理選擇原材料，優(yōu)化混凝土配合比;(2)預(yù)埋冷卻水管;(3)降低混凝土入模溫度;(4)加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù);(5)加強(qiáng)混凝土內(nèi)部溫度測量監(jiān)控。

7 深水基礎(chǔ)施工方案

7.1 深水基礎(chǔ)施工方案選擇

樟湖庫區(qū)水流流速及水位落差較小，常水位水深約25～42 m，主橋樁位處湖床基巖覆蓋層較薄，局部區(qū)域巖面傾斜裸露，基巖承載力較高。由于主橋存在上述水文、氣象、地質(zhì)特點(diǎn)，如按常規(guī)深水樁基施工經(jīng)驗(yàn)搭設(shè)固定平臺(tái)(如鋼管樁施工平臺(tái)、鋼套箱圍堰)，則存在固定平臺(tái)材料投入大、工序時(shí)間長、穩(wěn)定性差等不利因素?？紤]庫區(qū)無大型起吊設(shè)備及比較有利的水文條件，經(jīng)方案比選，主橋橋墩深水基礎(chǔ)采用浮式鉆孔平臺(tái)方案，南岸淺灘采用鋼管樁平臺(tái)方案。

7.2 浮式鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)原理

浮式鉆孔平臺(tái)是利用水的浮力來承受豎向荷載的一種剛性浮體作業(yè)平臺(tái)。主墩樁基施工需起吊的鋼護(hù)筒、鋼筋籠重量大(最大起吊重40 t)，庫區(qū)內(nèi)無大型浮吊，故需選用有足夠承載力及剛度的浮體來支承相應(yīng)的施工荷載。浮式平臺(tái)選用浮箱組合體作為剛性浮體，兩組浮體通過鉆孔平臺(tái)連為整體，平臺(tái)設(shè)置龍門吊以解決鋼護(hù)筒、鋼筋籠起吊等作業(yè)問題。浮式平臺(tái)通過設(shè)置地錨來承受水平荷載。鋼護(hù)筒插打完成后通過水下連接系對其進(jìn)行剛性連接，鉆孔作業(yè)時(shí)鋼護(hù)筒與平臺(tái)完全脫離。浮式平臺(tái)可對角布置3臺(tái)沖擊鉆經(jīng)2輪循環(huán)成孔進(jìn)行施工。

7.3 浮式鉆孔平臺(tái)結(jié)構(gòu)組成

浮式鉆孔平臺(tái)由浮體，鉆孔平臺(tái)，起吊系統(tǒng)，錨錠系統(tǒng)，連接系等組成。

(1)浮體:浮體分兩組，每組由18個(gè)浮箱連接而成。其上安裝有鉆孔平臺(tái)、龍門吊、卷揚(yáng)機(jī)、馬口、帶纜樁等。

(2)鉆孔平臺(tái):為鉆孔樁施工作業(yè)平臺(tái)，平臺(tái)桁架采用萬能桿件，其上鋪設(shè)I56a工字鋼作為承重梁，承重梁上鋪設(shè)間距40 cm I18a工字鋼，面板為6 mm厚壓花鋼板。

(3)起吊系統(tǒng):由雙懸臂門架、天車走行大梁及天車等組成。門架支承在浮體上，天車走行大梁可走行于門架頂軌道上，從而解決鉆孔作業(yè)起吊問題。

(4)錨錠系統(tǒng):平臺(tái)的錨固定位裝置，由混凝土錨、錨繩、錨鏈、馬口、卷揚(yáng)機(jī)等組成。

(5)連接系:通過水下連接系對鋼護(hù)筒進(jìn)行剛性連接。

8 結(jié)語

樟湖庫區(qū)大橋因地制宜地選用多孔連續(xù)剛構(gòu)主橋與預(yù)制T梁引橋方案，并對上下部結(jié)構(gòu)的施工方案進(jìn)行了較為詳細(xì)的設(shè)計(jì)。所提出的浮式鉆孔平臺(tái)及其他施工方案在施工階段均為施工單位所采納，并順利完成上下部結(jié)構(gòu)的施工，較好地控制了施工進(jìn)度及工程造價(jià)，能夠給同類型橋梁建設(shè)提供參考。

U442

C

1008-3383(2014)03-0118-02

2013-11-01

陳亮(1981-)，男，福建龍巖人，工程師，研究方向:橋梁工程。