萬龍跨海工程的橋梁方案研究

鄭楷柱

廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510507

1 工程概述

萬龍跨海工程位于廣州市南沙新區(qū)萬頃沙鎮(zhèn)與龍穴街之間，規(guī)劃為萬頃沙連接龍穴島跨海工程，線位呈東西走向，西起萬新大道，向東跨越龍穴南水道，東止于規(guī)劃萬龍東路，規(guī)劃為城市生活性主干路，規(guī)劃紅線寬度為60m，線路總長(zhǎng)約4.64km。建設(shè)要求是既要滿足兩大自貿(mào)區(qū)塊之間的交通需求，又應(yīng)起到提升自貿(mào)區(qū)塊景觀品質(zhì)的作用。

南沙區(qū)作為廣州市面向大灣區(qū)的前哨，具有重要景觀建設(shè)意義，該工程位于城市觀光綠廊末端節(jié)點(diǎn)，又是面向?yàn)硡^(qū)的前哨，獨(dú)特的地理位置使該項(xiàng)目成為龍穴南水道新門戶形象。業(yè)主單位組織國(guó)內(nèi)方案設(shè)計(jì)競(jìng)賽，廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司提交的方案經(jīng)評(píng)審成為優(yōu)勝方案，文章介紹該競(jìng)賽作品的方案研究。

嶺南地區(qū)自然資源豐富，地理上面向大海，富有開放性的特點(diǎn)，帶來柔和溫潤(rùn)的文化氣質(zhì)，柔和婉約秀美典雅，兼容并包低調(diào)務(wù)實(shí)，這些都是嶺南的文化特點(diǎn)。廣州作為海上絲綢之路的起點(diǎn)，文化交流多，海洋文化帶來自由與開放，融合與進(jìn)取塑造了自由開放，銳意進(jìn)取，多元融合的嶺南文化氣質(zhì)。項(xiàng)目位于廣州市南沙新區(qū)，處于大灣區(qū)的門戶區(qū)域，應(yīng)設(shè)計(jì)具有標(biāo)志性與高度可識(shí)別性的建筑，打造明珠灣核心區(qū)的門戶形象。

項(xiàng)目位置的龍穴南水道河面寬約1100m，河道略呈“S”形彎道。東側(cè)大堤為龍穴圍大堤，堤頂標(biāo)高為9.3m，堤頂寬約10m；東北側(cè)堤防為塊石壘砌的堤防，堤防背水側(cè)為大面積水塘。西側(cè)堤防為萬頃沙聯(lián)圍海堤，堤頂標(biāo)高約9.3m，堤頂寬約6m，城市區(qū)位圖如圖1所示。

圖1 城市區(qū)位圖

項(xiàng)目的主要控制條件如下。（1）通航。龍穴南水道為Ⅰ級(jí)航道，按通航3000t級(jí)海輪控制。橋位處100年一遇水位7.57m；200年一遇水位7.65m。（2）水文和防洪。項(xiàng)目位于珠江水系下游入海口，防洪問題突出，有425m的泄洪整治深槽。（3）地震效應(yīng)和場(chǎng)地。該場(chǎng)地的地震動(dòng)參數(shù)加速度為0.10g，地震基本烈度為7度，屬于地震不利區(qū)域。（4）地質(zhì)。由于珠江沖積，淤泥深厚，項(xiàng)目處于深軟地基。（5）氣象。廣州位于亞熱帶氣候，常受臺(tái)風(fēng)侵襲，處于臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)，橋梁的抗風(fēng)要求高。

2 橋梁方案

橋梁應(yīng)首先滿足行車、通航和行洪的功能要求，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性和景觀美感。根據(jù)通航尺度計(jì)算和防洪跨徑計(jì)算，考慮河道微彎，行船通航尺度留有適當(dāng)?shù)母挥?，橋梁主跨采?00m的跨徑。該跨徑可供選擇的橋型主要有拱橋、斜拉橋、自錨式懸索橋。自錨式懸索橋效果圖如圖2所示，雙塔獨(dú)住斜拉橋效果圖如圖3所示。

圖2 自8錨式懸索橋效果圖

圖3 雙塔獨(dú)住斜拉橋效果圖

項(xiàng)目周圍水系橋梁眾多，既有及計(jì)劃興建的橋梁多達(dá)9座，功能和形態(tài)各異，項(xiàng)目位于明珠灣區(qū)核心區(qū)的門戶位置，橋梁方案應(yīng)具有標(biāo)志性與高度可識(shí)別性。結(jié)合橋位建設(shè)條件，考慮功能、造價(jià)、景觀、路線與水道的相對(duì)位置關(guān)系、橋位處的現(xiàn)狀情況，同時(shí)考慮邊中跨配跨條件，經(jīng)綜合分析，對(duì)萬龍大橋主橋提出兩種種橋型方案：（80+145+500+145+80）m自錨式懸索橋、（60+110+500+110+60）m雙塔獨(dú)柱斜拉橋。

2.1 自錨式懸索橋方案

（1）設(shè)計(jì)理念與演繹。自錨式懸索橋的設(shè)計(jì)理念是“龍之舞——金灣龍舞、絲路航燈”。中國(guó)龍文化具有悠久的歷史，對(duì)每一個(gè)炎黃子孫而言，龍的形象是一種符號(hào)，更是一種血肉相連的情感。選取中國(guó)傳統(tǒng)龍的形象進(jìn)行抽象提取與組合，結(jié)合中國(guó)古代玉龍形象將龍的曲線組合，形成大氣典雅的橋塔形式，設(shè)計(jì)理念主要體現(xiàn)在主塔的設(shè)計(jì)。懸索橋演繹圖示如圖4所示。

圖4 懸索橋演繹圖示

（2）橋型方案設(shè)計(jì)。雙塔雙索面自錨式懸索橋主跨為500m，跨越主通航孔和泄洪深槽，邊跨為175m，錨跨50m，形成3跨吊的半漂浮體系。主塔采用雙龍?jiān)煨?，塔?58m，橋面以上塔高113m，塔頂部設(shè)置景觀造型鋼橫梁，形成雙龍戲珠造型。懸索橋主塔布置圖如圖5所示。主纜矢跨比為1∶5，中跨設(shè)置31對(duì)拉索，邊跨設(shè)置10對(duì)拉索，主纜錨固在主梁錨跨處。主梁采用扁平鋼箱梁，利于抗風(fēng)。錨跨進(jìn)行壓重，錨固住主纜。懸索橋立面布置圖如圖6所示。

圖5 懸索橋主塔布置圖（單位：cm）

圖6 懸索橋立面布置圖（單位：cm）

主橋施工采用先斜拉后懸索方案，先按斜拉橋施工至主橋合攏，然后架設(shè)主纜，掛吊索，在監(jiān)控下邊張拉吊索邊卸載、拆除臨時(shí)斜拉索，完成斜拉體系至懸索體系的轉(zhuǎn)換，最后施工橋面系。懸索橋施工關(guān)鍵工序圖如圖7所示。

圖7 懸索橋施工關(guān)鍵工序圖

（3）方案創(chuàng)新點(diǎn)。①基于南沙地域的龍形塔體現(xiàn)了原創(chuàng)城市文化橋梁方案。龍形塔的自錨式懸索橋突出了南沙區(qū)域特色，賦予了其文化特質(zhì)、時(shí)代精神，打造出了具有區(qū)域現(xiàn)代化標(biāo)志性的城市景觀，提升了城市品位。②大跨度懸索橋體現(xiàn)了區(qū)域橋梁技術(shù)發(fā)展新高度。自錨式懸索橋主跨達(dá)500m，在國(guó)內(nèi)乃至世界都是前列，體現(xiàn)了中國(guó)橋梁的強(qiáng)國(guó)夢(mèng)。③“先纜后梁”施工方案體現(xiàn)了自錨式懸索橋發(fā)展新方向。通過合理錨跨設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了自錨式懸索橋的自架設(shè)安裝，從而避免了施工期對(duì)航道的影響，讓該橋型煥發(fā)活力。

2.2 雙塔斜拉橋方案

（1）設(shè)計(jì)理念與演繹。雙塔斜拉橋的設(shè)計(jì)理念是“雨打芭蕉——生生不息、葉葉有情”。斜拉橋演繹圖示如圖8所示。雨打芭蕉是中國(guó)漢族民間器樂曲，是廣東音樂代表性曲目。雨打芭蕉意境極富南國(guó)情趣，雨打芭蕉瀝瀝之聲，表現(xiàn)出輕快活潑之情。選取嶺南地區(qū)十分具有代表性的“雨打芭蕉”意象作為文化原型，對(duì)芭蕉葉的形態(tài)及紋路進(jìn)行抽象與重構(gòu)，演繹優(yōu)美的曲線，設(shè)計(jì)理念主要體現(xiàn)在主塔的設(shè)計(jì)。斜拉橋主塔布置圖如圖9所示。

圖8 斜拉橋演繹圖示

圖9 斜拉橋主塔布置圖（單位：cm）

（2）橋型方案設(shè)計(jì)。雙塔獨(dú)柱雙索面斜拉橋主跨為500m，跨越主通航孔和泄洪深槽，邊跨為170m，邊跨設(shè)置1個(gè)輔助墩，將邊跨分成110m和60m，形成5跨縱向約束體系，設(shè)置縱向阻尼器和剛性線位裝置。主塔采用芭蕉造型，塔高175m，橋面以上塔高130m，塔頂部向外舒展，設(shè)置16對(duì)拉索，并通過鋼錨箱平衡邊中跨拉索水平力，同時(shí)以景觀條形成芭蕉葉紋絡(luò)。斜拉橋立面布置圖如圖10所示。

圖10 斜拉橋立面布置圖（單位：cm）

主橋施工總體采用懸臂拼裝法，首先施工基礎(chǔ)、橋墩，主塔爬模施工塔柱至塔頂，接著支架安裝主梁0號(hào)節(jié)段，橋面吊機(jī)懸臂拼裝邊中跨的主梁節(jié)段，然后再支架拼裝60m跨，懸臂拼裝主跨剩余節(jié)段，完成主梁合攏和全橋施工，如圖11所示。

圖11 斜拉橋施工關(guān)鍵工序圖

（3）方案創(chuàng)新點(diǎn)。①雨打芭蕉造型主塔彰顯嶺南特色：主橋芭蕉造型塔體現(xiàn)了開放自由、婉約秀麗的嶺南水鄉(xiāng)風(fēng)土特點(diǎn)，與自然和諧融合，成為城市標(biāo)志建筑。②舒展的索塔體現(xiàn)建筑與結(jié)構(gòu)的完美融合：主塔柱在錨索區(qū)舒展開，以鋼錨梁平衡邊中跨的水平力；舒展的塔柱形成芭蕉葉，錨索區(qū)的景觀裝飾條形成芭蕉葉脈絡(luò)；總體形成簡(jiǎn)潔大方、受力合理，極具韻味的景觀造型塔。③橋梁總體景觀理念使得全橋協(xié)調(diào)，與環(huán)境融為一體：主橋舒展的橋塔、引橋靈動(dòng)的大挑臂裝飾板、舒展鏤空的花瓶墩、嶺南水鄉(xiāng)的親水空間等相得益彰，和諧融入環(huán)境，美化城市生活環(huán)境。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹的兩種橋梁方案具有較多創(chuàng)新點(diǎn)，同時(shí)充分體現(xiàn)了地域文化，具有標(biāo)志性與高度可識(shí)別性，進(jìn)一步推動(dòng)了工程技術(shù)與人文藝術(shù)的融合，可為類似跨海工程的橋梁設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考意見。