甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線飛云江特大橋主橋橋型方案比選

黃溢涌

(溫州市交通建設(shè)工程技術(shù)中心,浙江 溫州 325000)

甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線飛云江特大橋主橋橋型方案比選

黃溢涌

(溫州市交通建設(shè)工程技術(shù)中心,浙江 溫州 325000)

飛云江特大橋是甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線的控制性工程。在工程可行性研究階段，根據(jù)水文、地質(zhì)、通航要求等條件提出幾種橋型方案構(gòu)思和設(shè)計(jì)，并從經(jīng)濟(jì)性、施工難度、營運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)、景觀等方面進(jìn)行綜合性比選，選定斜拉橋作為推薦方案。

飛云江特大橋主橋；方案比選；矮塔斜拉橋；斜拉橋

1 工程概況

甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線是浙江省“兩縱兩橫十八連三繞三通道”高速公路主骨架的重要組成部分，也納入了交通運(yùn)輸部編制的《長江三角洲地區(qū)現(xiàn)代化公路水路交通規(guī)劃綱要》，是沈海國家高速公路浙江段(甬臺(tái)溫高速公路)的輔助線路。飛云江大橋跨越飛云江口，工程規(guī)模大、通航要求高、施工條件復(fù)雜，是項(xiàng)目的控制性工程之一。

飛云江流域是浙江省八大水系之一，飛云江河口是強(qiáng)潮河口，潮差大，潮流強(qiáng)。飛云江河口江面寬約3.1km，水下地形較為平坦，河床標(biāo)高介于-3.5～-4.5m之間。

橋位處通航等級(jí)為3000t級(jí)，單孔雙向通航，凈空230×30.5m。

2 橋位方案的選擇

根據(jù)路線走廊帶的位置，飛云江特大橋需要在飛云江口門附近通過。從橋梁工程自身角度而言，由于飛云江口門河段除了越往下游河寬略有增加外，地質(zhì)、水文、通航要求差別不大，主橋規(guī)模和工程造價(jià)變化不大，只是引橋長度有所增加。因此橋位方案服從規(guī)劃和路線走向，確定橋位方案(如圖1所示)位于飛云江三橋(瑞安大橋)下游約3.5km處，連接瑞安市上望街道和飛云鎮(zhèn)，兩岸接線均按照預(yù)留規(guī)劃線位布設(shè)。

圖1 飛云江特大橋橋位方案圖

3 橋型方案構(gòu)思

根據(jù)飛云江的通航要求，考慮到基礎(chǔ)寬度和防撞設(shè)施，通航孔跨徑應(yīng)不小于260m。符合260m以上跨度的橋型主要有懸索橋、斜拉橋、矮塔斜拉橋、拱橋等橋型。

對(duì)于地錨式懸索橋方案，錨碇及基礎(chǔ)規(guī)模龐大，工程造價(jià)高，施工難度大，而對(duì)于自錨式懸索橋，存在先梁后索的施工順序問題，施工臨時(shí)費(fèi)用極高，且對(duì)通航影響較大；對(duì)于拱橋方案，合理的方案為中承式無推力拱橋，由于橋位處水域較寬，施工難度較大，施工費(fèi)用較高，且存在船舶撞擊拱橋拱肋的風(fēng)險(xiǎn)。因此結(jié)合橋位處地形、地質(zhì)、通航條件，適宜的橋型方案主要有斜拉橋和矮塔斜拉橋。斜拉橋方案橋型氣勢雄偉，設(shè)計(jì)施工技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)完善、成熟。矮塔斜拉橋是連續(xù)梁和斜拉橋相結(jié)合的橋型結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)外已建矮塔斜拉橋主跨的最大跨徑已達(dá)300m以上。

綜合考慮建設(shè)條件，經(jīng)認(rèn)真研究并權(quán)衡各方面因素，飛云江特大橋主橋采用以下兩種橋梁方案進(jìn)行比較研究：

方案一:跨徑160+280+280+160=880m，三塔單索面混合梁矮塔斜拉橋。

方案二:跨徑165+350+165=680m,雙塔雙索面混凝土箱梁斜拉橋。

4 橋型方案及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 混合梁矮塔斜拉橋方案

本方案采用三塔單索面混合梁矮塔斜拉橋方案，橋跨總體布置為160+2×280+160=880m，設(shè)兩個(gè)通航孔，其中一個(gè)為遠(yuǎn)期預(yù)留以適應(yīng)今后航運(yùn)發(fā)展的需要，本橋邊中跨比為0.57，以防止邊跨端支點(diǎn)出現(xiàn)負(fù)反力，結(jié)構(gòu)受力合理。同時(shí)考慮到中跨跨度達(dá)280m，為降低根部及跨中梁高以有效減輕結(jié)構(gòu)自重，在跨中110m和邊跨75m范圍內(nèi)采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)。橋型總體布置如圖2所示。

圖2 混凝土箱梁斜拉橋總體布置

A．結(jié)構(gòu)體系

采用塔梁固結(jié)，除中墩和主梁固結(jié)外，其余墩梁墩頂設(shè)支座的剛構(gòu)-連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系。

B．索塔

索塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋面以上塔高32.0m，塔柱采用矩形實(shí)心斷面。塔根部順橋向長7.0m，橫橋向?qū)?.0m，塔頂順橋向長3.0m，橫橋向?qū)?.0m。索塔頂部和底部在順橋向采用圓弧線連接。索塔布置在中央分隔帶內(nèi)，塔上部設(shè)有鞍座(分絲管)，以便拉索穿過。

C．斜拉索

斜拉索采用環(huán)氧涂層鋼絞線，按單索面半扇形布索，橫橋向并排設(shè)置2根拉索。主跨塔根附近無索區(qū)長30m，跨中無索區(qū)長110m，邊跨無索區(qū)長75m。塔上豎向錨固間距為1.0m，箱梁上索間距為5.0m。

D．主梁

索塔采用獨(dú)柱塔、中央索面，為布設(shè)索塔及斜拉索需要，主梁中央分隔帶加寬并采用整幅斷面，橋面寬34.5m。其中混凝土梁段主梁采用單箱三室斜腹板斷面，根部梁高7.5m，跨中梁高4.0m，索塔塔根至兩側(cè)梁體直線段之間梁底曲線按1.6次拋物線變化；跨中及邊跨部分鋼箱梁采用封閉的單箱三室等截面鋼箱梁，梁高4.0m。主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖3～4。

E．橋墩及基礎(chǔ)

主墩采用花瓶形墩身，墩身截面采用八邊形空心截面，單箱雙室，橫橋向?qū)?2.80～17.35m，順橋向?qū)?.0m。主墩基礎(chǔ)采用26根直徑2.5m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，承臺(tái)采用整體式八邊形承臺(tái)，平面尺寸43×22.5×5.0m。

邊墩采用矩形空心墩，每個(gè)墩身順橋向?qū)?m，橫橋向?qū)?.3m。基礎(chǔ)采用10根直徑2.5m的鉆孔灌注樁，承臺(tái)采用整體式矩形承臺(tái)，平面尺寸30.2×13.5×4.0m。

F．施工方案

主跨混凝土主梁采用掛籃懸臂澆筑施工，混凝土梁段施工完成后，施工鋼混結(jié)合段并搭設(shè)邊跨處臨時(shí)墩，邊跨鋼箱梁采用大型浮吊吊裝，中跨鋼箱梁利用橋面吊機(jī)起吊安裝。

圖3 混凝土主梁(根部)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位：cm)

圖4 鋼箱梁主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位：cm)

4.2 混凝土箱梁斜拉橋方案

本方案采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙塔雙索面斜拉橋方案，橋跨總體布置為165+350+165=680m，邊中跨比為0.471，不設(shè)輔助墩。在主航道兩側(cè)預(yù)留兩個(gè)3000t級(jí)船舶單向通航孔，以適應(yīng)將來航運(yùn)發(fā)展的要求。橋型總體布置如圖5所示。

圖5 混凝土箱梁斜拉橋總體布置

A．結(jié)構(gòu)體系

本方案結(jié)構(gòu)體系采用半漂浮體系，即在索塔及過渡墩處設(shè)置豎向支座和橫向抗風(fēng)支座，在索塔與主梁連接處設(shè)置縱向阻尼器和限位擋塊位。

B．主梁

對(duì)于混凝土斜拉橋，雙主肋式結(jié)構(gòu)由于施工方便、施工進(jìn)度快的優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用，但是本橋位處于臺(tái)風(fēng)頻發(fā)區(qū)，且設(shè)計(jì)基本風(fēng)速達(dá)到45.5m/s，為提高結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)穩(wěn)定性，確保結(jié)構(gòu)安全，因此本橋主梁采用抗扭剛度更大的箱形結(jié)構(gòu)。即主梁采用牢固的單箱四室封閉流線型箱形截面，梁寬37.0m，梁高3.2m，主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖6。

圖6 主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位：cm)

C．索塔及基礎(chǔ)

索塔采用鉆石形塔身。索塔總高度為139.2m，下橫梁以上高約103.1m，高跨比為1/3.39，塔柱采用矩形箱形斷面。上塔柱、中塔柱斷面順橋向?qū)?m，橫橋向?qū)?m；下塔柱斷面順橋向?qū)捰?m變至10m，橫橋向?qū)捰?m變至7m。索塔基礎(chǔ)采用48根直徑2.5m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，承臺(tái)采用八邊形承臺(tái)，平面尺寸56.5×33.5×6.0m。

D．斜拉索

斜拉索采用平行鋼絲斜拉索。斜拉索在主梁上的基本索距為8m，邊跨尾索區(qū)為6m；塔上索距為1.5～3.0m，全橋共21×4×2=168根斜拉索。

E．過渡墩及基礎(chǔ)方案

過渡墩的形式應(yīng)與全橋景觀協(xié)調(diào)一致，采用矩形空心墩，墩身順橋向?qū)?m，橫橋向?qū)?.3m，兩墩身橫向間距為10.4m?；A(chǔ)采用10根直徑2.5m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，為提高橋墩的抗船撞能力，采用整體式承臺(tái)，平面尺寸30.2×13.5×4.0m。

F．施工方案

索塔采用爬架配翻轉(zhuǎn)模板施工工藝，主梁采用前支點(diǎn)掛籃懸臂澆筑施工。

5 橋型方案綜合比較和推薦意見

綜合考慮結(jié)構(gòu)受力性能、施工難易程度、工期、后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、工程造價(jià)和橋梁景觀等各方面因素，對(duì)上述兩個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，具體見表1所示：

表1 飛云江特大橋橋型方案比較表

由上表可知，上述兩個(gè)方案結(jié)構(gòu)受力性能、抗風(fēng)性能均能滿足要求，均能滿足通航要求，工程造價(jià)較為接近，但對(duì)于跨徑在350m左右的混凝土斜拉橋，設(shè)計(jì)、施工均已非常成熟，而對(duì)于主跨280m的混合梁矮塔斜拉橋，鋼-混結(jié)合段及鋼箱梁吊裝施工復(fù)雜，且對(duì)施工設(shè)備要求較高；矮塔斜拉橋鋼箱梁后期鋼梁防腐以及鋼橋面鋪裝更換費(fèi)用均較高，同時(shí)雙塔雙索面斜拉橋方案景觀效果突出，整體結(jié)構(gòu)氣勢雄渾，建成后必將成為飛云江上一道形態(tài)優(yōu)美、風(fēng)格和諧的標(biāo)志性建筑。綜合上述分析，工可階段本橋推薦采用雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土梁斜拉橋方案。

6 結(jié) 語

工可階段，結(jié)合橋位處的地形、地質(zhì)、氣象、水文、通航等建設(shè)條件，綜合考慮結(jié)構(gòu)受力性能、結(jié)構(gòu)耐久性、施工難易程度、工程造價(jià)及景觀方面因素，對(duì)飛云江大橋主橋結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行初步的比選論證，推薦采用雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土梁斜拉橋方案。下階段應(yīng)根據(jù)詳細(xì)地質(zhì)勘察、橋墩基礎(chǔ)沖刷、波流力、抗風(fēng)性能、通航安評(píng)等相關(guān)專題研究對(duì)橋梁基礎(chǔ)型式、主梁結(jié)構(gòu)型式、索塔造型等進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。

[1]范立礎(chǔ)．橋梁工程[M]．北京：人民交通出版社，2001．

[2]嚴(yán)國敏．現(xiàn)代斜拉橋[M]．成都：西南交通大學(xué)出版社，1996．

[3]浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院．甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線樂清至瑞安段工程可行性研究報(bào)告[Z]．杭州：浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2011．

The Bridge Type Scheme Comparison of Feiyun River Extra-large Main Bridge of Multiple Track Ningbo-Taizhou-Wenzhou Highway

HUANG Yi-yong

(Wenzhou Traffic Construction Engineering Technology Center， Wenzhou 325000，China)

Feiyun river extra-large bridge is the controlling project of multiple track Ningbo-Taizhou-Wenzhou Highway. During engineering feasibility study stage, several bridge type schemes and design are proposed to meet the requirement of hydrology, geology, and navigation etc. After taking account of economy, constructional difficulties, operation risk, landscape etc in comprehensive comparison, cable-stayed bridge is selected to be the recommended scheme.

Feiyun river extra-large main bridge；scheme comparison；extradosed cable-stayed bridge；cable-stayed bridge

2015-07-11

黃溢涌(1957-)，男，浙江平陽人，工程師，E-mail：wzfzhyy@163.com。

U448 ?

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10.3969/j.issn.1671-234X.2015.03.005

1671-234X(2015)03-0022-05