廣東清遠市洲心大橋關(guān)鍵技術(shù)研究

郭鈺瑜 ，寧平華，唐明裴

（1.廣州市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，廣東 廣州 510060；2.廣州市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，廣東 廣州 510060；3.廣州市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

1 橋址概況

洲心大橋為廣東省清遠市跨越北江的一座大型公路兼城市道路橋梁。大橋建成后，清遠市以洲心大橋為中心軸串聯(lián)了長隆國際公園、燕湖新城、省職教基地等重要節(jié)點，形成了清遠市“五橫三縱”新格局和景觀中軸線。因此橋梁景觀要求很高。

橋址居南嶺山脈與山前沖積平原的交界處，橋位周邊地勢平坦，視線開闊，橋區(qū)位于河道大尺度彎曲河段彎頂處，水深條件良好，河面寬約800 m。常水位水深約4.20～9.70 m，水位受上游飛來峽樞紐和潮汐控制，勘察期間日水位落差一般在20～50 cm之間。

場區(qū)的不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖溶。巖面起伏劇烈、強弱夾雜、巖溶非常發(fā)育，在豎向發(fā)育成連續(xù)串珠狀。溶洞見洞率為70.10%，溶洞大部分呈全充填或無充填狀，僅少部分為半充填。

2 主橋設(shè)計[1]

根據(jù)通航要求和橋位河勢，主橋跨徑布置為100 m+218 m+100 m，全長418 m，采用雙塔寬幅單索面支承體系混合梁斜拉橋，見圖1。橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度為43 m。橋梁主塔處設(shè)有四個觀景平臺，主梁加寬至47 m。

圖1 橋型立面圖（單位：m）

結(jié)構(gòu)整體為塔梁固結(jié)、墩梁分離的多支座支承體系，在單個主墩上縱向布置2 排支座，橫向布置4 個支座，見圖2。該體系可使得主梁受力均勻，減小主墩彎矩受力及減少溫度及地震作用效應(yīng)，提高抗傾覆能力。

圖2 橋墩及支座三維圖

索塔為不對稱曲線造型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，主梁采用鋼箱梁與混凝土箱梁相結(jié)合的混合梁。主梁0 號塊梁段采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，其余部分為鋼箱梁，鋼箱梁與混凝土梁采用鋼—混凝土結(jié)合段連接。

3 關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新

3.1 首次研發(fā)和應(yīng)用測力調(diào)力球型鋼支座

為解決寬幅單索面支承體系的斜拉橋支座受力不均勻的問題，首次開發(fā)和應(yīng)用了一種多支座多次同步測力調(diào)力球形鋼支座體系，其特征在于：包括多個支座本體系統(tǒng)、測力傳感采集系統(tǒng)、調(diào)力系統(tǒng)以及監(jiān)測分析控制系統(tǒng)，見圖3。該體系以球形鋼支座為基礎(chǔ)，安裝在各支座體系統(tǒng)內(nèi)的光纖光柵測力模塊通過光纖信號線將反射光波的波長變化信息傳送至光纖光柵數(shù)據(jù)采集儀，再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸將采集到的反射光波波長數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測分析控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理終端實現(xiàn)處理，進而通過監(jiān)測分析控制系統(tǒng)實現(xiàn)調(diào)力控制。

圖3 支座剖切圖

支座調(diào)力的原理為在球型鋼支座底盆和球面底座之間通過外置高壓泵和管道注入填充液態(tài)彈性材料，抬升球面底座在底盆中的位置，從而抬升支座上板和橋梁上部結(jié)構(gòu)達到調(diào)力目的。支座調(diào)力注射通道加工在底盆側(cè)壁和底部，根據(jù)需要可在鋼盆內(nèi)加工出多組注射通道，從而達到支座多次調(diào)力目的；外部調(diào)力設(shè)備通過精密的管螺紋與支座注射通道連接。當(dāng)支座調(diào)力到理想狀態(tài)后，停止注射填充液態(tài)彈性材料，用外接的高壓球閥截止支座端的管路，拆走外部調(diào)高設(shè)備的其他部分，待支座內(nèi)填充的液態(tài)彈性材料固化。

該支座體系可監(jiān)控整個橋梁施工及運營過程，及時反饋和調(diào)整，減少因受力不均勻?qū)α后w及墩部造成的損傷，解決多支座協(xié)調(diào)受力難題。

3.2 首次開發(fā)人造持力層解決復(fù)雜巖溶地區(qū)超長樁施工難題

本橋位處巖溶發(fā)育且溶洞發(fā)育隨機性大，特別是主墩處樁頂反力大，樁基數(shù)量多，樁長長，設(shè)計、施工難度均較大。為降低溶洞發(fā)育地區(qū)長樁基施工難度及風(fēng)險，減少施工費用，樁基設(shè)計以地質(zhì)詳勘、超前鉆和CT 掃描的結(jié)果為依據(jù)，采用雙液高壓旋噴注漿處理后形成人造持力層的處理方法，降低了巖溶地區(qū)樁基的施工難度和施工風(fēng)險，縮短了施工工期，節(jié)約了工程造價。

雙液高壓旋噴注漿法采用水泥、水與水玻璃混合液按一定比例配合比，利用高壓泥漿泵把漿液從噴嘴中噴射出去形成高壓噴射流，沖擊破壞巖土體，同時借助注漿管的旋轉(zhuǎn)和提升，使?jié){液與從土體崩落（切割）下來的土粒、砂粒攪拌混合，經(jīng)凝固后，便在巖土體中形成水泥、砂、土體混合的一定強度的固結(jié)體，極大的提高了溶洞的處理效率。

本方法適用于串珠狀巖溶區(qū)嵌巖橋樁設(shè)計樁長的優(yōu)化和樁基施工，尤其適用于大跨超長樁基。其目的在于提供一種設(shè)計思路與施工方法：（1）在前期能夠進行主動優(yōu)化設(shè)計，有效縮短設(shè)計樁長；（2）通過預(yù)埋若干大直徑鋼管，在樁身混凝土澆筑后，能夠主動、簡便地檢測和置換處理樁底持力巖層中的軟弱夾層、溶洞等缺陷；在樁底以下3 倍樁徑深度范圍內(nèi)，營造形成原狀基巖+ 連續(xù)傳力層+ 原狀基巖，以滿足規(guī)范對嵌巖樁底持力巖層完整性、連續(xù)性和豎向傳力不臨空的要求。全過程施工流程見圖4。

圖4 施工工藝流程圖

3.3 首次將鋼-S TC 輕型組合梁在超寬幅單索面鋼箱梁斜拉橋上應(yīng)用

目前鋼橋面設(shè)計的兩個疑難問題分別為鋼橋面鋪裝問題、橋面鋼結(jié)構(gòu)疲勞問題。解決該問題的常規(guī)思路是加大面板厚度和改進構(gòu)造細節(jié)，但都無法治本。

為解決鋼橋面疲勞裂紋和鋪裝易損壞的難題，本工程采用了新型超寬幅鋼-STC 輕型組合梁，見圖5。頂板寬度達到42 m，鋼橫隔板縱向間距加大為4 m，鋼箱梁頂板厚14 mm。鋼頂板鋪設(shè)一層5～6 cm 的密配筋超韌性混凝土（STC）層，STC 薄層以上再鋪設(shè)20～40 mm 普通瀝青混凝土鋪裝層。將STC 薄層與鋼橋面形成輕型組合結(jié)構(gòu)，使得STC 不僅充當(dāng)主鋪裝層，還能與鋼面板協(xié)同受力，從而減小鋼橋面板局部變形及應(yīng)力幅值。利用STC 的超高抗拉、抗裂、抗折強度以及超強的耐久性等顯著特點，使用剪力釘與橋梁上部的鋼板相固定，再利用密集配筋、濕養(yǎng)、高溫蒸養(yǎng)等措施，提高橋面結(jié)構(gòu)層的剛度與耐久性。

圖5 S TC 組合橋面結(jié)構(gòu)

這一新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，在避免橋面板疲勞開裂、延長橋面鋪裝壽命上具有突出優(yōu)勢，有效提升了橋面的剛度，應(yīng)力、應(yīng)變及豎向位移峰值得到大幅度下降，解決了寬幅單索面斜拉橋鋼橋面疲勞，鋪裝耐久性差，鋼箱梁剪力滯的難題。

3.4 鋼—混凝土結(jié)合段過渡傳力體系的應(yīng)用

本工程鋼—混凝土結(jié)合段長度22.1 m，鋼—混凝土結(jié)合段的鋼箱梁套在0# 塊混凝土箱梁之外，采用前后承壓式的過渡形式，見圖6。前后承壓板之間設(shè)置鋼格室，鋼格室高度0.8 m，長度約1 m，鋼格室里填充自密實收縮性能混凝土，為鋼—混凝土剛度過渡區(qū)。后承壓板側(cè)鋼梁頂?shù)装宀捎肬 型加勁肋和翼緣T 型加勁肋，前承壓板側(cè)通過抗剪焊釘及PBL鍵與混凝土梁體牢固結(jié)合。同時為保證鋼—混凝土接頭處于有效連接和結(jié)合面處于均勻的受壓狀態(tài)，沿箱梁四周及縱腹板布置了縱向、橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線，預(yù)應(yīng)力鋼絞線在鋼箱梁一側(cè)錨固在鋼承壓板上。

圖6 鋼-混凝土結(jié)合段立面圖（單位:cm）

本橋的鋼—混凝土結(jié)合段，采用鋼→鋼箱隔室混凝土→混凝土改進的承壓板鋼—混凝土過渡傳力體系，其剛度過渡變化均勻，有效地避免了鋼—混凝土結(jié)合段剛度突變造成的集中應(yīng)力過大，導(dǎo)致局部開裂破壞的技術(shù)難題。

3.5 新型橋面排水技術(shù)

橋位所處北江流域?qū)儆谒幢Ｗo區(qū)，橋面雨污水不得直接排入江內(nèi)，本工程設(shè)置了一種跨江河橋梁橋面污/ 廢水的環(huán)保收集凈化設(shè)施，見圖7、圖8，跨江段橋面雨水（或液態(tài)?；罚┙?jīng)雨水口收集，斜交半開放式導(dǎo)流槽導(dǎo)流，外掛U 型排水槽長距離傳輸，最后通過落水管接入岸上地面排水系統(tǒng)檢查井或事故應(yīng)急處理設(shè)施，將可實現(xiàn)對橋面雨水、廢水、液態(tài)危險品的凈化和應(yīng)急處理。

圖7 跨江橋梁雨水收集系統(tǒng)平面圖

圖8 跨江橋梁雨水收集系統(tǒng)橫斷面圖

采用環(huán)保雨污水收集系統(tǒng)等綠色技術(shù)，實現(xiàn)跨江段橋面雨水和?；芬后w不流入江河而造成污染，減少橋面徑流雨水和引橋接岸處地面積水，致力做到低碳環(huán)保。通過設(shè)計主梁兩側(cè)排水裝置，將橋面雨水、廢水、液態(tài)危險品集中并由排水槽排出，該排水裝置外掛于主梁外側(cè)、花槽底部內(nèi)，處理系統(tǒng)簡單，保障度高，效果好，解決了橋梁建設(shè)對城市水源保護的收集處理難題。

3.6 結(jié)合山水城市、公路/市政橋梁功能和景觀

洲心大橋是清遠市新中軸、新地標(biāo)的景觀跨江大橋。在滿足橋梁使用功能的前提下，通過一系列橋梁造型、細節(jié)構(gòu)造、人行道設(shè)計元素、橋梁燈光等的優(yōu)化設(shè)計，較好地凸顯了橋梁的景觀地標(biāo)作用，使之成為清遠人的打卡點、網(wǎng)紅橋。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟社會的持續(xù)高速發(fā)展，交通需求與交通量不斷提高，橋梁跨徑與橋面寬度也呈越來越大的趨勢。寬幅單索面斜拉橋能夠滿足越來越大交通量需求的優(yōu)點也不斷得到凸顯，其視野相對開闊，造型更為簡潔美觀，因此在現(xiàn)有大跨橋梁的建設(shè)中占有越來越高的比例。寬幅單索面鋼箱梁斜拉橋的抗傾覆問題、墩梁結(jié)合部位的受力、橋面板疲勞問題等是影響該類型橋梁耐久性設(shè)計的關(guān)鍵因素。洲心大橋在設(shè)計過程中重點提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計和關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)，為同類型橋梁設(shè)計提供參考價值。本工程于2015 年12 月開始動工建設(shè)，于2018 年12 月建成通車。洲心大橋已成為清遠市一道亮麗的風(fēng)景線，成為清遠市的新中軸線和新地標(biāo)建筑。