寧德特大橋橋型方案比選

■吳江鴻

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州 350004）

1 概況

寧德特大橋?yàn)楦＝ㄊ∩蚝?fù)線寧德漳灣至連江浦口高速公路一控制性工程，橋梁跨越三都灣，起點(diǎn)處位于寧德市漳灣鎮(zhèn)馬山村北側(cè)，終點(diǎn)處位于飛鸞鎮(zhèn)上鄭村南側(cè)，橋位與溫福鐵路基本并行。根據(jù)寧德市總體規(guī)劃要求，路線布設(shè)于寧德學(xué)院與溫福鐵路之間的交通規(guī)劃走廊帶上，受兩岸互通布設(shè)、飛鸞碼頭航道等的限制，橋位選擇單一。橋位平面見圖1。

項(xiàng)目采用高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度100km/h，雙向6 車道，路基寬度33.5m，橋梁荷載采用公路-Ⅰ級(jí)。

圖1 橋位平面

2 建設(shè)條件

2.1 氣象

區(qū)域氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，四季分明；年平均氣溫13.8℃～19.5℃，最高氣溫為39.4℃，最高月平均氣溫為28.7℃，最低月平均為2.4℃；年降水量1100～2143mm，3～9 月為雨季；多年平均年霧日數(shù)為12.6d，最多年霧日數(shù)為45d。全年盛行東南風(fēng)，實(shí)測(cè)年平均風(fēng)速為1.5m/s，實(shí)測(cè)最大風(fēng)速為28.0m/s，多年平均最大風(fēng)速11.0m/s。橋位地區(qū)設(shè)計(jì)風(fēng)速見表1。

表1 橋位地區(qū)設(shè)計(jì)風(fēng)速

2.2 水文

(1)橋址區(qū)海域潮流屬正規(guī)半日潮，潮流為往復(fù)流，根據(jù)實(shí)測(cè)的附近水域表面流速流向資料顯示：漲潮流向西，落潮流向東，流速最大為0.85m/s。附近海域的三都站潮汐特征如下：

圖2 大橋縱斷面

最高潮位：4.593m

最低潮位：-3.287m

平均高潮位：3.323m

平均低潮位：-2.207m

平均潮差：5.52m

最大潮差：7.8m

最小潮差：3.18m

(2)設(shè)計(jì)水位

橋梁設(shè)計(jì)水位采用300 年一遇潮位：極端高水位5.95m（85 國家高程基準(zhǔn)）。

路基設(shè)計(jì)水位采用100 年一遇潮位：極端高水位5.73m（85 國家高程基準(zhǔn)）。

(3)設(shè)計(jì)波高

三都澳屬半封閉海灣，外海波浪無法抵達(dá)項(xiàng)目區(qū)域，本工程所受波浪作用為風(fēng)生波，百年一遇的波浪高為0.89m。

2.3 通航

寧德水道通航水域無通航等級(jí)且無規(guī)劃，現(xiàn)為金蛇頭客運(yùn)碼頭船只通行使用，要求維持現(xiàn)狀通航水平。溫福鐵路寧德特大橋跨越寧德水道橋跨為標(biāo)準(zhǔn)跨徑32m，墩中心距為32.7m，未明確通航要求。

2.4 工程地質(zhì)

(1)擬建橋梁跨越海灣、灘涂，橋址區(qū)地貌屬?zèng)_海積地貌，地形平坦開闊。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和鉆孔揭示，橋址區(qū)地表主要上覆第四系素填土層（Q4me）；第四系沖海積層（Q4al-m）粉質(zhì)粘土、淤泥層；第四系沖洪積層（Q4al+pl）卵石層;第四系殘坡積土層(Qel-dl)；下伏燕山晚期侵入花崗巖（γ53）及其風(fēng)化層。橋址區(qū)未見滑坡、崩塌、泥石流等大型不良地質(zhì)作用。未見砂類土分布，不存在砂土液化問題。橋址區(qū)發(fā)育有厚度1.8～29m 不等的淤泥，本橋址區(qū)屬6 度區(qū)，可不考慮軟土震陷問題。未見活動(dòng)性構(gòu)造跡象，區(qū)域地質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。

(2)本場(chǎng)地屬軟弱場(chǎng)地土類型，工程場(chǎng)地類別為Ⅲ類。橋址區(qū)軟土發(fā)育，淤泥層厚度大，為抗震不利地段。

(3)擬建線路工程50 年超越概率10%的一般場(chǎng)地地表水平峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.35s，抗震設(shè)防烈度為6 度。

(4)橋址區(qū)內(nèi)地表水主要為三都澳（漳灣）海水，海域部分海水對(duì)砼有結(jié)晶分解復(fù)合類強(qiáng)腐蝕性，地下水主要為賦存于卵石層孔隙中，地下水對(duì)砼有結(jié)晶分解復(fù)合類弱腐蝕性。

3 橋型方案構(gòu)思與比選

跨海大橋總長度約11km，橋梁規(guī)模大，其跨徑的合理布設(shè)、施工方案的合理選擇等均對(duì)大橋的工程造價(jià)及工期影響巨大。縱斷面圖見圖2。

3.1 橋型方案構(gòu)思原則

(1)通航孔布置應(yīng)滿足通航要求并降低船撞概率。

(2)橋跨布置應(yīng)與水深、地質(zhì)條件相匹配，以降低造價(jià)及施工難度。

(3)貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、預(yù)制化等原則，將施工時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

(4)做到工程造價(jià)和施工工期最優(yōu)化。

(5)橋跨布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)受力合理。

(6)重視造型和景觀設(shè)計(jì)，與環(huán)境協(xié)調(diào)。

3.2 跨徑備選方案

通航孔橋跨越寧德水道，根據(jù)通航要求采用40m跨徑即可滿足要求，凈空上有一定富余。跨越北岸海堤也采用40m 跨徑。以上橋孔在本大橋中的體量很小，對(duì)造價(jià)及工期影響小，本文不再進(jìn)一步比選。鑒于本橋規(guī)模大、潮差大、水深淺、海流流速小、波浪小、工期緊等特點(diǎn)，為減小施工難度，擬采用等截面的上部結(jié)構(gòu)。位于橋梁右側(cè)約200m 的溫福鐵路寧德特大橋除跨越沈海高速公路和海堤采用主跨80m 或64m 的變截面連續(xù)箱梁外，其余均采用32m 或24m 的簡支箱梁，本橋在跨徑布設(shè)上還應(yīng)考慮與鐵路橋的景觀協(xié)調(diào)。大橋的施工可選方案較多，要考慮國內(nèi)施工設(shè)備的整體能力、施工技術(shù)水平，選擇較成熟的施工工藝。

(1)30～40m 裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁（先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)）

國內(nèi)裝配式T 梁應(yīng)用廣泛，施工工藝成熟，利于施工質(zhì)量控制。上部結(jié)構(gòu)預(yù)制安裝，減少海上作業(yè)時(shí)間，可采用整片吊裝和梁上運(yùn)梁的施工方式，施工周期比同等跨徑的現(xiàn)澆箱梁短。下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式墩，施工速度快，但墩柱林立，景觀效果較差。50m 跨徑吊裝重量較大，吊裝設(shè)備較少，經(jīng)濟(jì)性較40m 及以下跨徑差，35m 跨徑造價(jià)較30m 高（造價(jià)比約為1.06）且工期優(yōu)勢(shì)較小，擬僅對(duì)30、40m 進(jìn)行進(jìn)一步比選。

(2)30～40m 裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁（先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)）

具有與裝配式T 梁類似的優(yōu)缺點(diǎn)，兩者有很強(qiáng)的競(jìng)爭力。相對(duì)于同等跨徑的T 梁而言，有以下不同：每孔橋預(yù)制梁片數(shù)較少，對(duì)工期控制較為有利；但其施工工藝相對(duì)復(fù)雜，施工質(zhì)量控制難度較大，單片梁吊裝重較T 梁大（如30m 跨徑重104t，而T 梁為73t）；濕接縫道數(shù)較少、總寬占橋?qū)挶壤?，在互通區(qū)變寬段調(diào)整不如T 梁靈活?？紤]到40m 跨徑吊裝重較大，運(yùn)輸及吊裝上難度較大，且經(jīng)濟(jì)性較差，擬采用30m 跨徑與其它方案進(jìn)行比選。

(3)50m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁

整體現(xiàn)澆（預(yù)制）連續(xù)箱梁在跨徑可選擇40～80m，施工方案選擇也較多，如支架現(xiàn)澆、移動(dòng)模架逐跨現(xiàn)澆及節(jié)段拼裝等。根據(jù)本橋地質(zhì)、水深、橋高等條件，60m 及以上跨徑造價(jià)高，經(jīng)濟(jì)性較差，施工所需設(shè)備要求較高，施工難度較大，其建筑高度、跨徑、墩高三者配合景觀效果不佳，與鐵路橋孔布設(shè)反差大，協(xié)調(diào)性較差。因此，宜選擇60m 以下跨徑作為備選方案。從工期考慮，箱梁采用等截面較為合理。由于40m 等截面連續(xù)箱梁在造價(jià)和工期上不如同等跨徑裝配式T 梁（箱梁），擬采用50m 等截面連續(xù)箱梁作為備選方案。

3.3 主梁施工方案

(1)30～40m 裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T（箱）梁

裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁、箱梁采用雙導(dǎo)梁架設(shè)，工藝成熟，施工吊裝設(shè)備多。

(2)50m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁

50m 等跨等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)可采取支架或移動(dòng)模架逐孔現(xiàn)澆、節(jié)段預(yù)制逐孔拼裝、節(jié)段預(yù)制懸臂拼裝或整孔預(yù)制梁上運(yùn)梁的施工方法?？紤]本橋潮差大、淤泥較深等因素，支架搭設(shè)困難，現(xiàn)澆施工推薦采用移動(dòng)模架。節(jié)段預(yù)制和整孔預(yù)制、梁上運(yùn)梁的施工方法施工速度較快，但對(duì)于預(yù)制場(chǎng)和架設(shè)機(jī)具的要求相當(dāng)高，特別是后者。根據(jù)國內(nèi)部分跨海大橋的研究成果及實(shí)施情況，箱梁上部結(jié)構(gòu)不同工法比較見表2。

表2 箱梁上部結(jié)構(gòu)不同工法比較

箱梁提前預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)裝配的施工方法，海上作業(yè)時(shí)間短，施工速度較快，但與移動(dòng)模架施工相比，造價(jià)高出較多，且場(chǎng)地施工條件適應(yīng)性較差。為合理降低工程造價(jià)，推薦采用移動(dòng)模架法，可增加移動(dòng)模架數(shù)量，增加工作面，縮短工期。

3.4 工期比較

項(xiàng)目工期初擬為3 年。大橋按南北岸劃分施工段，一側(cè)各約5.5km，為方便比較，按等跨徑布設(shè)。主梁架設(shè)工期比較見表3。

表3 主梁架設(shè)工期比較

上述方案的工期都可滿足總體建設(shè)安排，其中方案1～3 均采用常用的施工工藝，風(fēng)險(xiǎn)較小，方案4 中需要的移動(dòng)模架數(shù)量較多，能否投入較多的模架存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，且造價(jià)顯著增加，此外，本橋移動(dòng)模架起吊安裝無法使用船舶，雙幅橋施工需要增加較多鋼棧橋等臨時(shí)工程。

3.5 綜合比選

在上述比選的基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)、橋長、預(yù)制場(chǎng)位置的情況，按照淤泥厚度、墩高、水深及樁基受力情況等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比選，提出橋跨布置推薦意見。方案典型橫斷面見圖3，綜合比選見表4，為敘述方便，定義A 類為淤泥厚度大于25m、水深大于3m 橋跨，B類為淤泥厚度小于25m、水深小于3m 橋跨。圖中括號(hào)內(nèi)數(shù)字為A 類數(shù)據(jù)，括號(hào)外數(shù)字為B 類數(shù)據(jù)。

圖3 橋梁典型橫斷面

以上比選表明，裝配式箱梁和T 梁具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。兩者相比較，前者由于缺少強(qiáng)大的橫梁，荷載橫向分布上較后者劣勢(shì)，對(duì)于本項(xiàng)目功能定位為過境交通，重載交通比重較大，在結(jié)構(gòu)受力上較后者不利；此外，箱梁預(yù)制施工質(zhì)量控制要求也較高。但考慮到本橋工期壓力大，后者的優(yōu)勢(shì)較大，最終選擇后者即30m裝配式箱梁方案為大橋主要橋孔的橋型方案，針對(duì)箱梁的不足之處，除了要求加強(qiáng)施工管理外，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)以提高其服務(wù)水平，如：增設(shè)了中橫隔板加強(qiáng)橫向剛度，優(yōu)化橫向分布；腹板厚度由18cm 加厚至20cm，有利于混凝土的振搗密實(shí)及預(yù)應(yīng)力管道的布設(shè)定位；優(yōu)化預(yù)應(yīng)力鋼束配置、提高應(yīng)力儲(chǔ)備等。

3.6 施工方案建議

根據(jù)上述比選成果，橋梁盡可能采用預(yù)制吊裝方案，僅互通區(qū)部分橋跨采用支架現(xiàn)澆，采用全棧橋和分棧橋、作業(yè)平臺(tái)的施工方案，綜合考慮大橋的建設(shè)條件、省內(nèi)高速公路施工標(biāo)段工程規(guī)模的控制原則、可能的施工組織方案等，建議大橋劃分為南北岸2 個(gè)標(biāo)段，考慮南岸飛鸞復(fù)合互通工程量較大，大橋劃分段落可適當(dāng)減少。

4 結(jié)語

經(jīng)多方面比選，寧德特大橋最終確定了符合大橋建設(shè)條件和工程特點(diǎn)的橋型方案。目前，大橋已全線開工建設(shè)，由于北岸公鐵交叉及寧德東互通方案的調(diào)整，北岸部分主線橋劃入A1 標(biāo)段，其他部分劃分為A2、A3兩個(gè)標(biāo)段，橋梁建設(shè)進(jìn)展順利。

表4 橋梁跨徑方案綜合比較表

[1]周念先.橋梁方案比選[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,1992.

[2]陳雙全.浙江某跨海特大橋橋位和橋型方案比選論證[J].公路,2013(1).

[3]中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.泉州灣跨海大橋初步設(shè)計(jì)[Z].北京:2010.