閩侯大樟溪新南港大橋橋位和橋型方案比選

江顯昌

(福州閩侯縣交通運輸局，福建福州 350100)

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閩侯大樟溪新南港大橋橋位和橋型方案比選

江顯昌

(福州閩侯縣交通運輸局，福建福州 350100)

根據(jù)區(qū)域規(guī)劃及閩侯大樟溪新南港大橋的重要交通位置，介紹了橋位概況、總體設(shè)計思路、設(shè)計原則、橋型方案比選等?？紤]到橋址區(qū)建設(shè)條件、路線走向、總體設(shè)計、橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)、施工工藝、建安費等多方面的影響因素，經(jīng)過綜合比選該橋推薦采用預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋，所用設(shè)計思路與方法可供同類項目借鑒。

橋位；橋型方案比選

0 引言

閩侯大樟溪新南港大橋位于福州市烏龍江的南側(cè)，大橋橫跨大樟溪是連接南嶼與南通片區(qū)的重要連接通道，同時也是南通片區(qū)連接市區(qū)、高速公路的重要通道。大橋的建設(shè)既利于解決海峽批發(fā)物流中心往中心城區(qū)快速集散物流的交通需求，也是近期海峽批發(fā)物流中心快速上下高速公路的必經(jīng)通道，是近期疏散海峽批發(fā)物流中心交通流的迫切需要。此外，項目沿線區(qū)域現(xiàn)狀大部分為可開發(fā)用地，大橋的建設(shè)將極大地推動該區(qū)域的土地開發(fā)，促進經(jīng)濟發(fā)展，從而完善城市的合理布局，提高未建成區(qū)的土地價值，并可以結(jié)合大漳溪、旗山風(fēng)景區(qū)資源，建設(shè)生態(tài)化高效、清潔、休閑的旅游服務(wù)設(shè)施，可把區(qū)域發(fā)展成為生態(tài)旅游休閑度假區(qū)。

1 橋梁設(shè)計主要技術(shù)標準

(1)道路等級：城市主干路兼一級公路。

(2)計算行車速度：V=60km/h。

(3)車道及橋?qū)挘喊措p向六車道設(shè)計，兩側(cè)設(shè)非機動車道、人行道。大橋方案標準橫斷面半幅寬度16.5m=4m(欄桿+人行道和非機動車道+機非分隔物)+12m(機動車道)+0.5m(欄桿)，另一半對稱。

(4)凈空要求：機動車道5.0m，非機動車道及人行道2.5m。

(5)荷載標準：公路I級(城-A驗算)

(6)設(shè)計洪水頻率：1/100

(7)通航標準：最高通航水位：9.37m(標高為羅零系統(tǒng))，最低通航水位：0.87m，通航凈空≥8m。

(8)抗震設(shè)防標準：按工程場地地震安全性評價工作報告取值。

(9)橋面坡度及平曲線半徑：①橋面橫向坡度2.0%，橋面縱坡≤2.5%；②平曲線最小半徑不小于400m。

2 橋位工程地質(zhì)情況

橋梁位于大漳溪和閩江的匯流口處，地處福建沿海施工受臺風(fēng)影響，自然條件較復(fù)雜。擬定線路、橋位位于福州市閩侯縣南嶼鎮(zhèn)和南通鎮(zhèn)，新南港大橋橋頭尾兩側(cè)主要為民房、菜地或灘涂，主橋橫跨大樟溪，屬沖洪沖淤積平原地貌單元。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場地沿線及鄰近地區(qū)全新世以來未發(fā)現(xiàn)活動斷裂，對道路、橋梁的修建無不利影響。根據(jù)現(xiàn)場鉆探揭示地質(zhì)資料，結(jié)合土工試驗結(jié)果，本場地主要由以下幾個土層組成：雜填土厚度0.2m～4.8m、粘土厚度1.1m～3.0m、淤泥厚度1.8m～6.1m、含泥細中砂厚度1.3m～23.7m、淤泥質(zhì)土(局部為淤泥)厚度6.6m～17.7m、含泥粗中砂厚度1.2m～11.9m、卵石厚度8.60m～20.90m、殘積砂質(zhì)粘性土厚度1.1m～13.9 m、砂土狀強風(fēng)化花崗巖厚度4.8m～21.0 m、碎塊狀強風(fēng)化花崗巖厚度1.1m～11.4 m、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖。

3 通航要求

閩侯大樟溪新南港大橋通航標準為內(nèi)河Ⅴ級，五級通航標準單向凈寬40m(上底寬32m)，凈高為8m(側(cè)高5.5m)。通航凈空要求梁底標高16.5m。通航孔寬度擬定首先考慮斜交250，橋面寬度34m，通航孔寬度需71.7m(40+2×34×tan25°)?？紤]斜交橫向流速0.4m/s，單向凈寬增加15m，(雙向30m)；以及交角30°所增加的寬度，需要通航凈寬86.7m。天然和渠化河流水上過河建筑物通航凈空尺度(表1)。

表1 天然和渠化河流水上過河建筑物通航凈空尺度 m

4 橋位軸線比選

橋位選擇關(guān)系到橋梁本身的技術(shù)可行性，社會使用效益的永久性，相對經(jīng)濟合理性及工程可靠性等重大問題，也與兩岸的總體規(guī)劃密切相關(guān)。根據(jù)城市總體規(guī)劃，大橋在使用功能上定位為城市橋梁，為烏龍江南江濱跨大樟溪的過江橋梁，因此橋位的選擇首先應(yīng)服從烏龍江南江濱道路的總體規(guī)劃布局，再根據(jù)兩岸現(xiàn)狀地形地物、兩岸的控制性規(guī)劃、水文、航道、沿江地形、地質(zhì)等條件以及對鄰近構(gòu)筑物和公用設(shè)施的影響大小來確定。

本橋位的下游為大樟溪-烏龍江匯流口，上游為福銀高速公路跨大樟溪的江口特大橋，間距約1.2km。橋位起點為福銀高速福州連接線灣邊大橋南橋頭互通出口處，橋位選擇局限性大。綜合考慮烏龍江南江濱規(guī)劃路網(wǎng)、專家組意見以及通航凈空尺度和技術(shù)要求、防洪排澇等相關(guān)要求，對新南港大橋橋位進行適當調(diào)整，設(shè)置3個橋位軸線進行比選。由于大樟溪航道為天然航道，無明確航跡線。如果橋軸線調(diào)整至與水流方向夾角小于5°，則需要將橋梁軸線方向直接轉(zhuǎn)到高速公路江口特大橋南引橋方向，對兩岸規(guī)劃用地有很大影響，整個工程規(guī)模發(fā)生很大變化，因此橋位比選時在滿足通航條件下不考慮正交橋位方案。橋軸線方案比較如圖1和表2。

表2 橋軸線方案的優(yōu)缺點比較

5 主橋方案比較

根據(jù)橋型設(shè)計指導(dǎo)思想，并結(jié)合具體工程特點和橋址區(qū)域水文、地質(zhì)等自然條件及標志性建筑的景觀要求等因素綜合考慮，通航孔主橋橋型方案選擇具體考慮如下4條原則：

(1)全面貫徹“安全、實用、經(jīng)濟、美觀”的技術(shù)方針。

(2)在滿足橋梁使用功能和橋下通航要求的前提下，力求橋梁造型新穎，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，使之成為具有福州特色的標志性建筑。

(3)采用新結(jié)構(gòu)、新工藝，提高技術(shù)含量，推進橋梁技術(shù)進步。

(4)考慮到大橋處于瀕臨海洋的大氣環(huán)境，大橋應(yīng)盡量采用整體性能好、耐腐蝕性能強、養(yǎng)護維修方便的結(jié)構(gòu)。

5.1 方案一：預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋

根據(jù)橋址區(qū)的水文、地質(zhì)、氣象、通航等條件，主橋擬采用(70m+4m×120m+70m)變截面連續(xù)梁方案(引橋：跨徑為40m連續(xù)箱梁橋)，通航孔滿足V級內(nèi)河級航道，通航凈空為凈寬113.3m×凈高8m，橋型布置圖(圖2)。

上部結(jié)構(gòu)主橋橫向采用雙幅單箱單室直腹板箱形斷面，分兩幅澆注，兩箱之間翼緣板現(xiàn)澆砼連接?？刂茢嗝媪焊撸褐虚g支點處7.4m，邊跨直線段及主跨跨中處3m，其高跨比分別為1∶16.2和1∶40，梁高變化段梁底曲線采用1.8次拋物線，箱梁橫截面為單箱單室直腹板，箱梁頂板寬度為16.5m，底寬為8.5m，箱梁底板保持水平，通過兩腹板的高差，實現(xiàn)頂板單向橫坡，箱梁梁體兩翼板懸臂長度為4.00m。通過平曲線內(nèi)外側(cè)箱梁長度差，實現(xiàn)平曲線過渡。箱梁橋縱向采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線群錨錨固體系，橫向采用預(yù)應(yīng)力鋼鉸線扁錨錨固體系，豎向用直徑32mm預(yù)應(yīng)力精軋螺紋粗鋼筋，箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工，施工需要設(shè)置臨時固接措施和體系轉(zhuǎn)換。上部箱梁在兩邊跨靠梁端部附近底板上沿箱中心線各設(shè)一個Φ80cm永久人孔，并在左右線橋起終點側(cè)的人孔處設(shè)置共四道檢修通道；在每個T懸臂根部附近兩側(cè)底板最低點箱中心處各設(shè)一個Φ10cm泄水孔。預(yù)應(yīng)力鋼束：箱梁橋縱向懸澆鋼束采用Φs15.2-22、Φs15.2-19型，邊跨頂板和底板合攏束均采用Φs15.2-19、Φs15.2-15型，墩頂束和腹板束采用Φs15.2-15型，中跨頂板采用Φs15.2-19型,中跨底板合攏束采用Φs15.2-19型，橫向預(yù)應(yīng)力采用Φs15.2-3型，豎向預(yù)應(yīng)力及0#塊橫隔板橫向預(yù)應(yīng)力采用直徑32mm的精軋螺紋粗鋼筋。

下部結(jié)構(gòu)主橋主墩采用板式花瓶墩，墩型剖面為啞鈴型斷面,中間厚度3.4m,墩頂9m范圍按花瓶狀設(shè)計,頂寬10m，底寬6.5m，墩側(cè)設(shè)0.2m倒角，墩高約14m～18m,屬典型矮墩梁橋結(jié)構(gòu)，半幅橋主墩基礎(chǔ)采用6根長Ф2.2m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，縱向2排布置。承臺頂面置于常水位下0.5m。承臺截面尺寸為12.8m×8.3m，厚度為4.0m。

5.2 方案二：部分斜拉橋

橋型方案采用100m+160m+160m+100m現(xiàn)澆三塔斜拉橋(引橋：跨徑為40m連續(xù)T梁橋)，橋型布置圖(圖3)。

上部結(jié)構(gòu)斜拉索采用雙索面布置，墩、塔、梁固結(jié)體系，主梁結(jié)構(gòu)2m～4m變高度，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁寬30m。主塔布置在橋梁中心線上，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；截面為矩形截面。橋塔順橋向為1m，橫橋向為2.1m～2.5m；塔高為22m。斜拉索在塔上以索鞍形式通過。

下部構(gòu)造橋塔采用變寬度鋼筋混凝土板式，采用5m～2.5m寬的板；墩身與塔、梁相連。墩身寬2.5m，厚3.5m。主墩基礎(chǔ)采用9根ф2.2m鉆孔樁，樁長約50m。墩承臺為矩形承臺。邊墩采用樁柱式墩，基礎(chǔ)采用4根ф1.8m鉆孔樁，樁長約50m。

5.3 方案三：下承式鋼管砼系桿拱橋

根據(jù)橋址區(qū)的水文、地質(zhì)、氣象、通航等條件，主橋擬采用2m×150m下承式鋼管砼系桿拱橋方案(引橋：剛架拱橋)，連接方式為外部靜定內(nèi)部高次超靜定的簡支方式，通航孔滿足V級內(nèi)河級航道，通航凈空為凈寬148.7m×凈高8m。引橋采用7m×70m和10m×70m剛架拱橋，主跨橋梁全幅寬度為37.6m，引橋橋梁半幅寬度為16.5m，下部結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)、實體式橋墩，重力式橋臺，橋型布置圖(圖4)。

主橋橋梁結(jié)構(gòu)形式為Lp=150m下承式鋼管混凝土簡支系桿拱橋。拱肋的理論計算跨徑為150m，計算矢高30m，矢跨比1/5，理論拱軸線方程為：Y=4/5X-2/225X2,橫向共設(shè)三榀鋼管混凝土拱，拱肋截面高260cm，寬120cm，拱肋橫向間距為14.2m，拱肋設(shè)置3道K型風(fēng)撐，由外徑110cm和80cm鋼管焊接而成。每榀拱肋設(shè)29根廠制吊桿，吊桿間距為5.0m。吊桿采用PE7-127半平行鋼絲成品索，外包雙層高密度聚乙烯(PE)護套，配套錨具采用帶有糾偏裝置的DS(K)7-127鐓頭錨。加勁縱梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其截面為矩形實體截面，端橫梁采用單箱雙室截面，中橫梁采用T形截面，上翼緣為整體橋面板。主橋系桿拱采用“先梁后拱”的施工方法施工，即先在支架上現(xiàn)澆加勁縱梁及橫梁，而后架設(shè)鋼管拱肋，泵送管內(nèi)混凝土成拱，再施工吊桿，拆除臨時支架現(xiàn)澆橋面板成橋。

引橋剛架拱半幅橋橫向共設(shè)計6片拱肋,拱肋間距3m，大節(jié)點設(shè)在跨徑1/4截面位置，小節(jié)點設(shè)在弦桿中間位置，矢跨比F/L為1/9，拱片通過橫系梁聯(lián)成整體，微彎板設(shè)計厚度8cm。剛架拱橋在二十世紀八九十年代修建較多，后期隨著交通量的迅速增長，舊橋存在了不少的缺陷。通過技術(shù)人員多年來對橋梁的研究與改進，該橋型再次被應(yīng)用在較高等級道路，2007年10月建成通車的新清遠北江大橋(3m×45m+8m×70m+4m×45m剛架拱橋)是在總結(jié)剛架拱橋運營多年來出現(xiàn)病害的基礎(chǔ)上,吸收新的設(shè)計理念、新的科研成果設(shè)計的剛架拱橋,驗證了該類橋型在中等跨徑橋梁的可行性。

5.4 方案四：獨塔自錨式懸索橋

根據(jù)橋址區(qū)的水文、地質(zhì)、氣象、通航等條件，主橋為獨塔自錨式懸索橋(引橋：跨徑為40m連續(xù)T梁橋)，大橋全長1 326m，由南引橋(5m×40m+4m×40m兩聯(lián)連續(xù)梁組成)、主橋(40m+150m+250m+40m獨塔自錨式懸索橋)以及北引橋(3m×40m+3m×40m+3m×40m三聯(lián)連續(xù)梁組成)3大部分組成。主跨橋梁全幅寬度為36.5m，引橋橋梁半幅寬度為16.25m，下部結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)、實體式橋墩，橋型布置圖(圖5)。

主橋的上部梁體采用鋼箱梁，其中錨固段采用混凝土箱梁。主梁全長400m，主跨位于12 000m的豎曲線半徑上，南北兩岸都是0.5%的縱坡。鋼箱梁頂面總寬36.5m，設(shè)2%的橫陂。兩吊索在鋼梁上的橫向間距是26.5m，縱向索距是7.0m，因此鋼梁的標準節(jié)段長度也是7.0m，主梁的線型靠調(diào)整吊索長度來保證，錨跨混凝土箱梁主要作用是將主纜均分布錨固，通過鋼-混凝土結(jié)合段將主纜水平力較為均勻的傳遞至鋼箱梁，錨跨混凝土箱梁分為南北兩岸。

主塔結(jié)構(gòu)設(shè)計為鋼筋混凝土門式結(jié)構(gòu)，由上、中、下塔柱及上、下橫梁五部分組成，塔高為139m。橋面以上塔高約為110m，主塔塔柱設(shè)計為逐級向上的臺階式直塔柱。主塔上橫梁采用鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計為通透性的鋼桁拱式結(jié)構(gòu)，主要由兩部分組成：平行弦桁架和鋼拱架，兩者間通過桿件連接。下橫梁高5m，采用單箱式截面。

5.5 方案對比

5.5.1 方案比選原則

隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，人們對橋梁工程——這一公共構(gòu)筑物的要求不僅僅停留在“功能適用、安全可靠、造價經(jīng)濟”的層次，更要追求工程耐久以及與生態(tài)環(huán)境的和諧統(tǒng)一。方案比選原則如下：

方案選擇應(yīng)首先貫徹“功能適用，結(jié)構(gòu)安全、技術(shù)可行”的技術(shù)方針；

在滿足橋梁交通功能要求的前提下，力求結(jié)構(gòu)新穎、技術(shù)先進；

經(jīng)濟合理和最大限度的實現(xiàn)功能、技術(shù)、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一；

吸收國內(nèi)外橋梁建設(shè)的先進技術(shù)和成功經(jīng)驗，選用設(shè)計方案技術(shù)合理、施工可靠，確保工程品質(zhì)。

5.5.2 方案比選

(1)使用功能與結(jié)構(gòu)效率

橋梁橫斷面布置都滿足道路功能要求，方案二～方案四由于布置拱和塔，橋梁實際結(jié)構(gòu)寬度超出道路寬度，方案一梁橋方案的橋面寬度與道路功能寬度基本一致。橋面功能利用效率方面方案一梁橋方案最優(yōu)。

梁橋方案由于沒有橋面以上的建筑物，視野最開闊，其他方案均有橋面上層建筑物。

總之，這4個方案均滿足使用功能的要求，在使用功能效率及行車環(huán)境綜合比較下，結(jié)合附近有義序軍用機場，軍用飛機經(jīng)常從橋位處經(jīng)過，考慮安全及對比其它橋梁指標，梁橋相比方案最優(yōu)。

(2)技術(shù)可行性

這4個方案均屬于常規(guī)橋型結(jié)構(gòu)；方案一、二主梁結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，技術(shù)復(fù)雜性一般。拱橋和自錨式懸索橋技術(shù)難度相對較大。

在施工工期方面，主要是基礎(chǔ)工程控制全橋的施工工期，各方案相差不大，在前期工作準備充分的前提下，24個月內(nèi)均可完成主橋的施工。總之，這4個方案在技術(shù)上均是可行。

(3)結(jié)構(gòu)耐久性和養(yǎng)護

在設(shè)計和施工質(zhì)量保證的前提下，方案一梁橋方案為全混凝土結(jié)構(gòu)，其耐久性最好，養(yǎng)護費用最小；其他方案均需考慮拉索(吊桿)防腐和更換，其耐久性和養(yǎng)護費用次之；方案四有吊桿、鋼箱梁，這兩者均需防腐，影響耐久性因素最多，養(yǎng)護費用最高。

表3 方案綜合比較表

綜合對比，閩侯大樟溪新南港大橋推薦采用方案一，即主橋采用70m+4m×120m+70m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋。

6 結(jié)語

閩侯大樟溪新南港大橋施工圖設(shè)計階段采用本文推薦方案，該橋2015年已建成通車，目前運營良好。本文確定橋梁方案時，綜合考慮橋址區(qū)建設(shè)條件、路線走向、總體設(shè)計、橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)、施工工藝、建安費等多方面的影響因素,設(shè)計思路與方法對同類項目有一定參考意義。

[1] 蔡紀鋒，李萍.大跨長聯(lián)連續(xù)梁橋最大懸臂與成橋階段穩(wěn)定性分析[J].世界橋梁，2012，40-4.

[2] 袁安華.新南港大橋主橋結(jié)構(gòu)分析[J].福建建筑，2012，06.

[3] JTG D60-2015,公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2015.

Bridge Site and Scheme Selection of Minhou Dazhangxi new Nangang Bridge

JIANGXianchang

(Traffic bureau of Minhou County,Fuzhou 350100)

According to the important traffic position of the regional planning and Minhou Dazhangxi new Nangang Bridge,the bridge site survey,overall design ideas,design principles,bridge project selection,and so on are presented in this paper.Considering the influencing factors such as the bridge site construction conditions,route,overall design,parameters of bridge structure,technologies and fees of construction,the prestressed concrete continuous beam bridge,with the variable cross-section,is recommended after a comprehensive comparison and selection.The design ideas and methods of the paper can provide reference to similar projects.

Bridge site; Bridge project selection

江顯昌(1971.12- )，男，工程師。

E-mail:jxc165@163.com

2016-08-09

U44

A

1004-6135(2016)10-0086-06