原平潭海峽大橋及接線公路工程介紹

■趙素雅

（福州市交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，福州 350000）

0 引言

原平潭海峽大橋及接線公路工程是省道305渡改橋重要組成部分,項(xiàng)目起于福清小山東，與省道305福清宏路至小山東公路順接，經(jīng)北青嶼，終于平潭娘宮，與省道305平潭娘宮至城關(guān)公路順接。路線全長(zhǎng)約4976m，其中橋長(zhǎng)3510m，接線長(zhǎng)1466m。作為福建省第一大島跨海大橋——平潭海峽大橋自2010年建成通車，結(jié)束了數(shù)千年來(lái)人們進(jìn)出島要完全依靠輪渡的歷史，成為平潭對(duì)外公路交通的便捷通道。本文重點(diǎn)介紹了原平潭海峽大橋及接線公路工程的工程概況、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及設(shè)計(jì)預(yù)算，所得結(jié)果可供同類型橋梁設(shè)計(jì)參考。

1 項(xiàng)目概況

（1）通航主橋

（K2+923.5m～K3+483.5）,為雙孔單向航道，5000 噸級(jí)海輪，單孔通航凈空123×38m。橋跨布置100+2×180+100m。采用變高度預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)箱梁，鉆孔灌注樁。

（2）西引橋

50m跨連續(xù)梁 （K0+823.5～K2+923.5），橋跨布置為8×（4×50）+2×（5×50）， 采用等截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，現(xiàn)澆墩身，帶圓端的矩形承臺(tái)，鉆孔灌注樁。

（3）東引橋

50m跨連續(xù)梁 （K3+483.5～K4+323.5），橋跨布置為5×50+2×（4×50）+（3×50+40）， 采用等截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，現(xiàn)澆墩身，帶圓端的矩形承臺(tái)，鉆孔灌注樁。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）公路等級(jí)：雙向兩車道二級(jí)公路。

（2）設(shè)計(jì)速度：80km/h。

（3）橋面寬度：17m，路橋同寬。

（4）設(shè)計(jì)荷載：公路Ⅰ級(jí)。

圖1 原平潭海峽大橋立面圖

（5）路面：BZZ-100kN。

（6）地震基本烈度：Ⅶ度。

（7）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：50年超越概率10%、50年超越概率2%。

（8）通航要求：橋下通航5000噸級(jí)海輪，通航凈高≥38m,通航凈寬≥123m（雙孔單向），設(shè)計(jì)通航水位+4.78m。

（9）船舶撞擊力：墩自身加強(qiáng)消能后防撞力，主墩為27MN，過(guò)渡墩18MN，非通航孔1.85MN。

（10）設(shè)計(jì)風(fēng)速

①成橋狀態(tài)基本風(fēng)速：100年重現(xiàn)期43.3m/s。

②施工階段基本風(fēng)速：20年重現(xiàn)期 38.8m/s。

橋面風(fēng)速超過(guò)25.0m/s時(shí)臨時(shí)性封閉交通。

（11）設(shè)計(jì)水位

①橋梁：100年一遇，極端高水位 5.18m，極端低水位-4.16m。

②路基：50年一遇，極端高水位5.00m。

（12）設(shè)計(jì)波浪及設(shè)計(jì)水流速度

①波浪：100年一遇累積頻率1%。

②流速：100年一遇（含風(fēng)海流）。③施工階段波浪：20年一遇累積頻率1%。（13）過(guò)橋水管：兩根Ф40cm過(guò)橋水管，每側(cè)單位重

2.625kN/m。

3 自然條件

3.1 地形地貌(見(jiàn)圖2）

圖2 地形地貌平面圖

3.2 氣候條件

平潭島海區(qū)屬典型的南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候:光照充足，終年氣溫較高，季風(fēng)較明顯，干濕季分明，詳見(jiàn)表1。

表1 氣候條件表

3.3 工程地質(zhì)

（1）橋址處基巖以侵入巖、火山巖等硬質(zhì)巖為主，基巖巖性為凝灰熔巖、花崗閃長(zhǎng)巖，巖質(zhì)堅(jiān)硬。

（2）弱、微風(fēng)化基巖面起伏較大。

（3）未發(fā)現(xiàn)大型活動(dòng)斷裂帶穿越，構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定。

（4）場(chǎng)區(qū)海域20m內(nèi)部分飽和砂類土，在Ⅶ度地震作用下，存在砂土液化現(xiàn)象。

（5）場(chǎng)區(qū)海域中第四系軟土層淤泥、含砂淤泥 （2-111），Ⅶ度地震作用下，局部可能會(huì)產(chǎn)生震陷，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮負(fù)摩阻力的影響。

3.4 水文

（1）潮汐：海域潮型屬正規(guī)半日潮 。

（2）設(shè)計(jì)流速，如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)流速表

（3）設(shè)計(jì)波浪，如表 3所示。

表3 設(shè)計(jì)波浪表

（4）沖刷。

①100年一遇自然沖刷深度：0.5m，邊灘及淺水段考慮1m左右的波浪掀沙厚度；

②100年一遇局部沖刷深度：主墩12.6m～13.8m，輔助墩 9.3m～12.3m，引橋 5.8m～9.6m；

③20年一遇局部沖刷深度：主墩11.8m～13m，輔助墩8.7m～12.0m，引橋 5.5m～9.3m。

4 主要建筑材料

4.1 混凝土

（1）主橋箱梁：C55海工砼；（2）引橋箱梁：C50海工砼；（3）主墩：距墩頂5m范圍C55海工砼、其余C50海工砼；

（4）邊墩： C40海工砼；

（5）引橋橋墩：C40海工砼；

（6）墩座： C40海工砼；

（7）承臺(tái)： C40海工砼；

（8）封底： C20海工砼；

（9）鉆孔樁基：C35海工砼。

4.2 普通鋼筋

采用熱軋 R235、HRB335、HRB400 鋼筋。

4.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋及錨具

縱、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用鋼鉸線；豎向及橫隔板預(yù)應(yīng)力采用JL32mm精軋螺紋粗鋼筋；錨具均采用I類優(yōu)質(zhì)錨具；縱向和橫向預(yù)應(yīng)力孔道采用高密度聚乙烯（HDPE）塑料波紋管，真空輔助灌漿；豎向及橫隔板預(yù)應(yīng)力孔道采用Φ內(nèi)45mm、壁厚3mm鋼管。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 通航主橋（如圖3所示）

（1）主橋箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面，如圖4所示。

（2）主橋上部結(jié)構(gòu)計(jì)算

①縱橋向：結(jié)構(gòu)按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì),縱向結(jié)構(gòu)模型離散圖見(jiàn)圖5。

圖3 主橋縱斷面圖

圖4 主橋箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

表4 主橋結(jié)構(gòu)參數(shù)表

②橫橋向：頂板按部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件設(shè)計(jì)，橫向結(jié)構(gòu)模型離散圖見(jiàn)圖6。

圖6 橫向結(jié)構(gòu)模型離散圖

③作用效應(yīng)組合。

組合 I：恒載+汽車+沉降 1（42＃、44＃ 墩變位 1cm）

組合Ⅱ：恒載+汽車+沉降 2（43＃、45＃ 墩變位 1cm）

組合Ⅲ：恒載+汽車+沉降1+溫升荷載（體系升溫+正溫差）

組合Ⅳ：恒載+汽車+沉降1+溫降荷載（體系降溫+負(fù)溫差）

圖5 主橋結(jié)構(gòu)計(jì)算模型縱向離散圖

組合Ⅴ：恒載+汽車+沉降2+溫升荷載（體系升溫+正溫差）

組合Ⅵ：恒載+汽車+沉降2+溫降荷載（體系降溫+負(fù)溫差）

對(duì)于六種組合，按承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)及彈性階段截面應(yīng)力計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下驗(yàn)算：

a.持久狀況承載能力極限狀態(tài)計(jì)算：正截面承載能力計(jì)算、斜截面承載能力計(jì)算；

b.持久狀況正常使用極限狀態(tài)計(jì)算：短期效應(yīng)組合預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件抗裂驗(yàn)算、短期效應(yīng)組合并考慮長(zhǎng)期效應(yīng)組合影響變形驗(yàn)算；

c.彈性階段構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算：持久狀況應(yīng)力驗(yàn)算、短暫狀態(tài)構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算。

此外，還對(duì)箱梁的彎剪扭截面要求和縱向鋼筋的最小配筋率進(jìn)行了驗(yàn)算。

（3）主橋下部結(jié)構(gòu),詳見(jiàn)表5和圖7。

表5 主橋下部結(jié)構(gòu)參數(shù)表

圖7 主墩基礎(chǔ)及防撞設(shè)施

（4）主橋墩身結(jié)構(gòu)計(jì)算

主墩墩身截面驗(yàn)算由 “永久作用+汽車+汽車制動(dòng)力+體系降溫+負(fù)溫差+風(fēng)荷載（常遇，橋面風(fēng)速25m/s）”順橋向裂縫控制設(shè)計(jì)。

交界墩墩身截面驗(yàn)算由 “永久作用+溫度影響力/支座摩阻力+風(fēng)荷載（100年一遇）”順橋向強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)。

5.2 引橋

（1）上部結(jié)構(gòu)

采用50m跨徑現(xiàn)澆箱梁，斜腹板單箱單室截面：頂寬 17m，底寬 7.5m，梁高 3.1m，翼板寬 4m，高跨比為 1/15.625。詳見(jiàn)圖8。

（2）下部結(jié)構(gòu)（詳見(jiàn)表 6）

圖8 引橋主梁橫斷面圖

表6 引橋下部結(jié)構(gòu)參數(shù)表

6 耐久性設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

由于國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，本項(xiàng)目耐久性設(shè)計(jì)主要借鑒及參考：

①國(guó)內(nèi)幾座已建或在建的跨海大橋如杭州灣大橋、東海大橋等重點(diǎn)工程的耐久性設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

②規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)

a.《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTG/T B07-01-2006）；

b.《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》（CCES01-2004）；

c.《公路工程水泥混凝土外加劑與摻合料應(yīng)用技術(shù)指南》（部頒）；

d.《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTJ275-2000）；

e.《海港工程鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)定》（JTJ 230-89）等。

（2）環(huán)境作用等級(jí)（詳見(jiàn)表7）

（3）砼強(qiáng)度等級(jí)及主要技術(shù)指標(biāo)表（詳見(jiàn)表8）

表7 環(huán)境作用等級(jí)表

表8 砼強(qiáng)度等級(jí)及主要技術(shù)指標(biāo)

（4）防腐措施

①隔絕或減輕環(huán)境因素對(duì)混凝土的作用。

②控制混凝土開裂：上部結(jié)構(gòu)全部按全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；裂縫寬度在浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)不大于0.1mm，水下區(qū)不大于0.2mm，其余區(qū)段不大于0.15mm。

③加大砼保護(hù)層厚度：表面涂裝、添加阻銹劑、犧牲鋼護(hù)筒、透水性模板，詳見(jiàn)表9。

表9 砼保護(hù)層厚度

④鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕速率：大氣區(qū)0.10mm/年，浪濺區(qū)0.35mm/年，水位變化區(qū)、水下區(qū)0.16mm/年，土中區(qū)0.05mm/年。

⑤鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕措施（詳見(jiàn)表10）

表10 鋼結(jié)構(gòu)防腐措施

7 結(jié)束語(yǔ)

平潭跨海大橋與杭州灣、膠州灣跨海大橋相比，其長(zhǎng)度不及它們的一個(gè)零頭。但是，平潭大橋的特殊地理位置，是全國(guó)所有跨海大橋所不能比擬的。它標(biāo)志著祖國(guó)大陸距臺(tái)灣最近的平潭島，告別了“風(fēng)潮阻渡”的歷史，從此跨入了大橋時(shí)代，是通往一個(gè)嶄新未來(lái)的里程碑。同時(shí)，本項(xiàng)目的成熟經(jīng)驗(yàn)可以為以后的類似工程提供借鑒和參考。