某海洋環(huán)境景觀橋梁設(shè)計(jì)

成永強(qiáng)

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海市 200092)

某海洋環(huán)境景觀橋梁設(shè)計(jì)

成永強(qiáng)

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海市 200092)

介紹了海南省博鰲鎮(zhèn)近海橋梁的方案設(shè)計(jì)，根據(jù)近海海洋環(huán)境的特點(diǎn)，從景觀效應(yīng)、上部結(jié)構(gòu)選型、下部結(jié)構(gòu)選型、耐久性設(shè)計(jì)以及施工方案等方面進(jìn)行了比較分析，最終確定836 m多跨徑組合鋼—混結(jié)合梁設(shè)計(jì)方案，有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

橋梁；海洋環(huán)境；方案設(shè)計(jì)

1 工程概況

為了積極響應(yīng)《國(guó)務(wù)院關(guān)于推進(jìn)海南國(guó)際旅游島建設(shè)發(fā)展的若干意見(jiàn)》中明確提出的發(fā)展瓊海博鰲亞洲論壇永久會(huì)址、發(fā)展郵輪、游艇經(jīng)濟(jì)的要求，海南省政府及國(guó)內(nèi)外民營(yíng)公司積極推動(dòng)海南國(guó)際旅游島的建設(shè)。本工程所在地塊即位于海南省博鰲鎮(zhèn)臨海區(qū)域內(nèi)，根據(jù)規(guī)劃，該地塊范圍內(nèi)將建造超五星級(jí)酒店、國(guó)際會(huì)議中心、高檔企業(yè)會(huì)所、游艇碼頭等基礎(chǔ)設(shè)施。在陸域超五星級(jí)酒店與人工游艇碼頭間將修建一座景觀跨海橋梁，人工游艇碼頭距岸邊約700 m。橋梁全長(zhǎng)約900 m，寬約12 m，橋梁面積約10 800 m2。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)道路等級(jí)參考“城市次干路”標(biāo)準(zhǔn)，雙向兩車道。

(2)設(shè)計(jì)行車速度：40 km/h。

(3)荷載等級(jí)：車輛荷載為城—A級(jí)，人群荷載為2.775 kPa。

(4)地震：基本烈度為7度，大橋按地震烈度7度設(shè)置抗震設(shè)防措施。

(5)通航水位：本區(qū)域范圍內(nèi)無(wú)通航要求。

(6)設(shè)計(jì)水位：采用50 a一遇極端高潮位2.33 m (85國(guó)家高程)。

(7)結(jié)構(gòu)計(jì)算按50 a一遇水位加上50 a一遇H1%波浪作用進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(8)橋面最大縱坡：3%；最小縱坡：5‰。

(9)橋面橫坡：2.0%。

3 建設(shè)條件

(1)工程地理位置：位于海南省瓊海市博鰲鎮(zhèn)，距鎮(zhèn)中心約8 000 m。

(2)地形、地貌：從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上來(lái)看，本工程屬于萬(wàn)泉河下游地區(qū)。工程區(qū)域自陸域到-10 m等深線，水下坡度較陡；-10 m以外以細(xì)沙和珊瑚細(xì)屑為主，坡度變緩。

(3)工程地質(zhì)條件：場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)中等風(fēng)化花崗巖層全區(qū)均勻分布，埋深較淺，屬較硬巖，巖體較破碎，工程特性較好。

(4)場(chǎng)地地震效應(yīng)：本區(qū)基本烈度定為七度，場(chǎng)地土類型為中軟場(chǎng)地土，為Ⅱ類場(chǎng)地。

(5)氣溫：全年平均氣溫在20℃以上，平均降水量約1 766 mm，平均風(fēng)速2.7 m/s，平均相對(duì)濕度達(dá)86%，本區(qū)地處海南島東北沿海，屬臺(tái)風(fēng)重災(zāi)區(qū)。

(6)潮汐：本海區(qū)處于由不正規(guī)半日潮混合潮型向不正規(guī)全日潮的過(guò)渡區(qū)域，半日潮型疊加，表現(xiàn)為大潮日1 d內(nèi)一次高潮一次低潮。

4 方案設(shè)計(jì)

4.1 景觀整體設(shè)計(jì)

優(yōu)美的環(huán)境讓人快樂(lè)，任何一個(gè)優(yōu)美的環(huán)境都無(wú)法容納一座丑陋的橋梁。一座橋梁不僅在空間上是立體的，而且在美感上也是立體的。一座橋至少可以給人呈現(xiàn)出三種美景效果：遠(yuǎn)景看線形、橋下看墩柱、橋上看欄桿。

結(jié)合地域情況、人文環(huán)境、實(shí)際功能，本區(qū)塊平面整體設(shè)計(jì)為展翅高翔的傳統(tǒng)吉祥鳥(niǎo)——仙鶴。郵輪?？奎c(diǎn)似仙鶴的頭部，人工島似仙鶴的兩翼，連線橋梁似仙鶴的腿部。橋梁平面線型自然流暢，整體呈現(xiàn)“S”型，從遠(yuǎn)端平視、高空俯視，大橋蜿蜒伸展，體現(xiàn)了大橋優(yōu)美的線條，人在橋上行走可從不同角度觀賞海景，達(dá)到“步移景換”的美學(xué)效果。橋跨布置為：3×(3×26 m)+(30 m+3×35 m)+ 2×(4×35 m)+ (3×35 m+30 m)=784 m，見(jiàn)圖1。

圖1 橋梁總體平面圖

4.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.2.1 鋼-混結(jié)合梁

鋼—混結(jié)合梁具有如下優(yōu)點(diǎn)：可充分利用混凝土和鋼材兩種不同材料的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，可有效降低結(jié)構(gòu)自重，減小下部結(jié)構(gòu)工程量；施工時(shí)無(wú)需臨時(shí)支架，吊裝重量輕，施工速度快；材料耐久性能好，可持續(xù)性能強(qiáng)。

本方案建議采用等高度鋼—混結(jié)合梁斷面方案。斷面形式見(jiàn)圖2。

圖2 疊合梁斷面(單位：mm)

(1)箱梁頂寬12.0 m，底寬為6.0 m，懸臂寬為2.5 m，斜腹板比例為500：1 550。

(2)頂板厚度為25～40 mm，底板厚度為14～20 mm，腹板厚度為14～20 mm。

(3)混凝土橋面板厚度為0.22～0.45 m。

(4)鋼材采用Q345qD，橋面板高性能混凝土標(biāo)號(hào)為C50，橋面板內(nèi)無(wú)預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

本工程所屬區(qū)域交通不便，陸上運(yùn)輸條件不足，而且本工程總體線型為“S”型，近海區(qū)域水深約3 m，因而建議采用船運(yùn)、整體吊裝的施工方案。

4.2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土梁

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁具備如下優(yōu)點(diǎn)：箱梁截面抗扭剛度大、受力特性好，適用于體內(nèi)、體內(nèi)與體外預(yù)應(yīng)力相結(jié)合或體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可以采用現(xiàn)澆、預(yù)制拼裝等施工方法。

本工程橋梁寬度小，景觀要求高，宜采用整箱斷面。斷面形式見(jiàn)圖3。

(1)箱梁頂寬12.0 m，底寬為6.0 m，懸臂寬為2.5 m，斜腹板比例為500：1 550，

圖3 預(yù)應(yīng)力混凝土梁斷面(單位：mm)

(2)頂板厚度為250～400 mm，底板厚度為250～400 mm，腹板厚度為400～550 mm，

(3)橋面板采用高性能混凝土標(biāo)號(hào)為C50。

本工程總體“S”型曲線平面布置復(fù)雜，節(jié)段重量大，因而選用筑島、支架逐跨現(xiàn)澆的施工方案。

4.2.3 上部結(jié)構(gòu)綜合比較

綜上所述，對(duì)兩種橋梁結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)表1。

表1 上部結(jié)構(gòu)形式對(duì)比

經(jīng)上述分析，本工程建議采用鋼—混結(jié)合梁方案。

4.3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程整體平面造型為輕盈、簡(jiǎn)捷、蜿蜒伸展的“S”型曲線，橋墩立柱設(shè)計(jì)可根據(jù)平面線形的走向采用簡(jiǎn)捷、挺拔的雙立柱設(shè)計(jì)。雙立柱設(shè)計(jì)可結(jié)合區(qū)域內(nèi)歐式設(shè)計(jì)風(fēng)格，在柱頭設(shè)計(jì)上采用經(jīng)典羅馬柱造型，兩立柱間系梁通過(guò)復(fù)合圓弧線設(shè)計(jì)有如歐式門廊。視線從兩排排列有序的羅馬柱之間穿過(guò)，有如通過(guò)古典長(zhǎng)廊進(jìn)入魔幻的神殿。具體立柱橫斷面見(jiàn)圖4。

樁基、立柱在進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力計(jì)算時(shí)，除需按一般結(jié)構(gòu)計(jì)算考慮外，還需考慮由于海浪潮汐變化引起的波浪力及水流力。

4.4 耐久性設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)首先應(yīng)從結(jié)構(gòu)材料本身入手，采取基本措施對(duì)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行改良，從根本上加強(qiáng)結(jié)構(gòu)防腐性能，隨后在施工過(guò)程中采取合理的施工工藝對(duì)混凝土開(kāi)裂、鋼結(jié)構(gòu)焊縫等防腐死角進(jìn)行處理，最后采用附加措施來(lái)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件防腐性能。

圖4 立柱橫斷面圖(單位：mm)

根據(jù)本工程區(qū)域范圍內(nèi)水文地質(zhì)勘探資料，參照《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》，將本工程環(huán)境作用等級(jí)定為C至F級(jí)。分級(jí)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 環(huán)境作用等級(jí)劃分

4.4.1 混凝土防腐措施

根據(jù)本工程所處的地理位置、環(huán)境作用等級(jí)，結(jié)合以往工程項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，參考部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，本工程建議采用綜合防腐措施，見(jiàn)表3。

表3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐方案

4.4.2 鋼主梁防腐措施

依據(jù)本工程區(qū)域環(huán)境，結(jié)合以往國(guó)內(nèi)外類似跨海橋梁防腐措施，本工程建議采用長(zhǎng)效防腐復(fù)合涂層體系，涂層組成見(jiàn)表4。

表4 鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝設(shè)計(jì)方案

4.4.3 其它

橋梁支座承受著橋梁上部結(jié)構(gòu)的交變載荷，起承上啟下作用。支座耐久性設(shè)計(jì)主要需從選材、防護(hù)體系和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三方面考慮。本工程建議采用船用耐蝕鑄鋼ZG20Mn作為支座主體材料，表面防護(hù)體系采用熱噴涂鋅鋁合金+重防腐涂料。

另外，在橋梁的正常運(yùn)營(yíng)階階段，可注重防腐健康監(jiān)測(cè)來(lái)尋求最佳措施調(diào)整營(yíng)運(yùn)和維修策略，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件在壽命期內(nèi)正常使用。

5 結(jié)語(yǔ)

近海景觀橋梁設(shè)計(jì)除需考慮內(nèi)陸河流橋梁設(shè)計(jì)邊界條件的限制外，還需考慮特殊的海洋環(huán)境因素。施工的便利性，經(jīng)濟(jì)合理性，美感欣賞性等均為內(nèi)陸河流橋梁設(shè)計(jì)邊界條件，除此之外，海洋環(huán)境的強(qiáng)腐蝕性、潮汐作用的隨動(dòng)性、海洋岸線的邊際性是近海橋梁設(shè)計(jì)的獨(dú)特影響因素。本工程經(jīng)過(guò)多方面比選，完成了近海景觀橋梁方案設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步進(jìn)行跨海橋梁設(shè)計(jì)積累了寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)。

U442.5

B

1009-7716(2015)08-0074-03

2015-05-14

成永強(qiáng)(1980-)，男，山西太谷人，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。