金沙洲大橋拓寬改造方案設(shè)計

高敏英

（中都工程設(shè)計有限公司，廣州 510095）

1 項目概述

金沙洲位于廣州市白云區(qū)西部，位于由珠江和支流圍成的一座相對獨立的島上，島內(nèi)西、北、南三面緊接南海地界，東與羅沖圍隔珠江相望，是廣州西部的重要出口。金沙洲因距離廣州較近，島上經(jīng)過房地產(chǎn)開發(fā)后，金沙洲舊橋的通行能力已經(jīng)不能滿足島上居民出行的需要。舊橋主橋為（93+138+93）m三跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，引橋為20~30 m 空心板結(jié)構(gòu)，雙向4 車道。

2 擴寬工程主要技術(shù)標準

將現(xiàn)有金沙洲大橋改造成三車道，汽-20 級設(shè)計，掛車-100 驗算；

拓寬新建橋梁：新修建一幅三車道橋梁，橋?qū)?2.5 m，城-A 級；

新建橋梁寬度：0.5 m+11.5 m+0.5 m=12.5 m；

設(shè)計車行速度：40 km/h；

橋下道路凈寬：h凈>5.0 m；

橋下通航標準：設(shè)計通航水位+7.0 m，凈寬80 m，凈高8.7 m；

設(shè)計風(fēng)載：按廣州地區(qū)平均風(fēng)壓800 Pa 計；

地震荷載：抗震設(shè)防烈度7 度，設(shè)計基本地震加速度為0.10g。

3 擴寬工程設(shè)計的主要思路

本項目難點在東引橋區(qū)段的拆遷工作，整個線位被幾棟8~9 層的居民樓所限制，根據(jù)拆遷量的不同，設(shè)計提出兩個不同方案進行比較。

方案一：在舊橋的南側(cè)增加一幅新橋，在東引道處接入舊橋。改造完成后過江通道變更為雙向六車道，本方案考慮拆除東引道拐角控制點處南側(cè)8 層居民樓，對東引橋進行加寬以滿足雙向六車道要求。

方案二：在舊橋北側(cè)增加一幅新橋，在東引橋處接入舊橋。改造完成后過江車道變更為雙向六車道，增槎路往金沙洲方向地面車輛通過C 匝道上橋。對東引橋局部位置進行加寬，保證其最窄處5 個車道設(shè)置，其中3 個車道為金沙洲往內(nèi)環(huán)路、增槎路方向車道，2 個車道為內(nèi)環(huán)路方向往金沙洲方向過江車道。該方案拆遷工作量少，基本不波及東引橋拐角控制點處8 層及9 層居民樓。

拓寬橋梁的橋跨布置遵循與現(xiàn)有的金沙洲大橋橋跨及結(jié)構(gòu)形式一致的原則，在舊橋局部加寬改造路段，新增橋墩盡量與舊有橋墩對齊，這樣既有利于地面道路的交通組織，也有利于珠江航道的安全。在視覺上，下部結(jié)構(gòu)橋墩整齊劃一，景觀效果更好。

4 主橋橋型方案構(gòu)思

金沙洲大橋原主橋結(jié)構(gòu)采用（93+138+93）m 三跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，加寬工程本著與原舊橋?qū)R的原則，本次主橋跨度與舊橋一致。在此基礎(chǔ)上，主橋結(jié)構(gòu)采用兩個方案進行比選，推薦方案與原舊橋一致，采用（93+138+93）m 三跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁；比選方案采用（93+138+93）m 波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。兩個方案從外形上看，新舊橋基本一致。

5 橋梁方案設(shè)計綜述

5.1 方案一

5.1.1 橋式方案一總布置

新建拓寬橋梁位于現(xiàn)有金沙洲大橋南側(cè)，線位基本與舊橋平行，與現(xiàn)有橋梁中心間距19.25 m，在跨過珠江后接入舊橋。東引橋根據(jù)橋?qū)捫枰M行局部加寬處理。

橋式方案一的橋梁總長798 m。由西至東孔跨組成為：（20+20.4+21）m（空心板）＋（27.6+28+30）m（小箱梁）＋（93+138+93）m（三跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁）+3×31 m（小箱梁）+（6×20+18）m（空心板）+（2×18+3×20）m（混凝土連續(xù)梁），共6 聯(lián)，其中，前4 聯(lián)為新建橋梁，橋梁結(jié)構(gòu)及跨徑與原舊橋相對應(yīng)，后兩聯(lián)為與舊橋相接部分，第五聯(lián)采用與原橋相同的結(jié)構(gòu)形式（空心板結(jié)構(gòu)），第六聯(lián)為在舊橋基礎(chǔ)上局部加寬，橋面寬度變化較大，采用現(xiàn)澆混凝土箱梁結(jié)構(gòu)。新橋橋面標準寬度組成為：0.5 m（防撞欄桿）+0.5 m（左側(cè)路緣帶）+3×3.5 m（車行道）+0.5 m（右側(cè)路緣帶）+0.5 m（防撞欄桿）=12.5 m。

5.1.2 主橋（推薦方案）

主橋采用三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，跨徑組成93 m +138 m+93 m，全長324 m，單幅布置，橋面寬12.5 m。采用掛籃懸臂澆筑施工。

上部結(jié)構(gòu)主梁橫斷面采用單箱單室斷面，箱梁頂板寬12.5 m，橫橋向設(shè)1.5%單向坡，兩則翼緣板懸臂長3.0 m。箱梁采用直腹板，腹板寬0.5~0.7 m，底寬6.5 m，頂板厚0.26 m，底板厚度由根部的1.3 m 變化至跨中0.26 m。順橋向梁高采用二次拋物線變化，根部梁高7.0 m，為主跨跨度的1/19.7，跨中梁高3.0 m，為主跨跨度的1/46。墩頂0 號梁段長12.0 m，4 個“T構(gòu)”的懸臂各分為17 對梁段，其梁段數(shù)及梁段長度從根部至跨中各為：4×3.0 m、6×3.5 m、5×4.0 m，累計懸臂總長62 m?？缰泻淆埗魏瓦吙绾淆埗尉鶠?.0 m，邊跨現(xiàn)澆梁段長22.9 m。

主梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置了頂板束、底板束、腹板束和頂板合攏束，頂板束布置在各跨的負彎矩區(qū)內(nèi)，底板束布置在正彎矩區(qū)。

豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用φ32 mm 高強度精軋螺紋鋼筋，豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋布置在箱梁腹板內(nèi)，根據(jù)受力需要和構(gòu)造要求，0.5 m 梁段內(nèi)，橫橋向布置4 根或2 根。

主橋共有4 個主墩，邊墩采用雙柱框架墩，帽梁高1.5 m，樁柱為D200 cm 的鉆孔灌注樁接D180 cm 柱，其下設(shè)系梁1道。主墩采用矩形截面板式墩，墩寬6.5 m，墩厚3.2 m，為改善橋墩附近的水流條件，在橋墩的四角倒半徑R＝1.5 m 的圓，以利于船舶的航行安全。主墩承臺為9.2 m×9.2 m，厚3.5 m，基礎(chǔ)采用D200 cm 的鉆孔灌注樁，每幅橋每墩共4 根樁。

水中基礎(chǔ)采用鋼管樁搭設(shè)臨時施工平臺，施工鉆孔樁基礎(chǔ)，鉆孔樁施工完畢后，利用套箱圍堰施工承臺，墩身采用翻模分節(jié)段施工，主梁0 號塊利用墩旁托架現(xiàn)澆，其余節(jié)段利用施工掛籃懸澆施工，邊跨現(xiàn)澆段采用支架現(xiàn)澆施工。

5.1.3 主橋（比選方案）

比選方案主橋采用三跨波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，跨徑組成93 m+138 m+93 m，全長324 m，單幅布置，橋面寬12.5 m。采用掛籃懸臂澆注施工。

上部結(jié)構(gòu)為波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁，除端橫梁及根部墩上A0 號和A1 號塊腹板分別為混凝土腹板及鋼-混凝土組合腹板外，其余均為波形鋼腹板，波形鋼腹板鋼材為Q345D，鋼板厚14～24 mm。箱梁根部梁高7 m，為主跨跨度的1/19.7，按2 次拋物線過渡到跨中梁高3 m，為主跨跨度的1/46。主梁橫斷面采用單箱單室斷面，箱梁頂板寬12.5 m，箱梁底板寬6.5 m，橫橋向設(shè)1.5%單向坡，兩則翼緣板懸臂長3 m，頂板厚26 cm，底板厚度由根部的120 cm 變化至跨中28 cm。順橋向梁高采用二次拋物線變化。

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋與通常的預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋一樣可以采用節(jié)段懸澆施工，全橋共67 個節(jié)段，每個墩頂有1 個墩頂托架現(xiàn)澆施工段及13 對對稱懸澆澆施工段，全橋共3 對合龍段，每端各有1 個支架現(xiàn)澆的不平衡段。

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束分兩種：體內(nèi)束和體外束。

下部結(jié)構(gòu)與推薦方案一致。

5.1.4 引橋

上部結(jié)構(gòu)（預(yù)制部分），20 m 預(yù)制空心板為后張法預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)。板寬1.39 m，梁高95 cm，板上設(shè)10 cm 的整體化層，標準橋?qū)?2.5 m，由8 塊板組成。

30 m 小箱梁為后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。30 m 跨小箱梁梁高1.6 m，梁頂寬2.03m，底板寬1.1m，兩片梁間通過現(xiàn)澆橋面板形成整體，橋面寬度12.5 m，由4 片梁組成。小箱梁采用整片梁整體旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)橫坡，先簡支后橋面連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系。

下部結(jié)構(gòu)均采用板式T 形墩，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，30 m跨小箱梁墩身截面尺寸為2.0 m×1.4 m，基礎(chǔ)為2 根D140 cm鉆孔樁，20 m 跨空心板梁墩身截面尺寸為2.0 m×1.0 m，基礎(chǔ)為2 根D120 cm 鉆孔樁。

現(xiàn)澆混凝土箱梁為與舊橋相接部分，為了更好地與原舊橋結(jié)構(gòu)相接，保持新舊橋整體性及行車舒適性，上部結(jié)構(gòu)采用普通鋼筋混凝土箱形梁，加寬橋面較窄處箱梁做成實體結(jié)構(gòu)。箱梁梁高1.5 m，下部結(jié)構(gòu)采用D100 cm 鉆孔灌注樁接D80 cm 柱。

新舊橋連接具體做法為鑿除舊橋側(cè)50 cm 防撞墻，再根據(jù)新橋增加寬度范圍現(xiàn)澆混凝土，下部結(jié)構(gòu)采用柱式橋墩，局部位置為避讓地面道路做成門架式框架墩。

5.1.5 主橋方案比選

主橋方案比選內(nèi)容及結(jié)果見表1。

表1 主橋方案比選內(nèi)容及結(jié)果

5.2 方案二

5.2.1 橋式方案二總布置

新建橋梁位于舊橋北側(cè)，線位基本與舊橋平行，在東引橋處接入舊橋，在東引橋處設(shè)置C 匝道使車輛由地面層上橋，對東引橋局部位置進行加寬處理。

橋式方案二總長902.57 m?？卓缃M成為：（20+20.6+21）m（預(yù)制空心板）＋（27.4+28+30）m（預(yù)制小箱梁）＋（93+138+93）m（三跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁）+3×30 m（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁）+（7×20）m（混凝土連續(xù)梁）+（3×20）m（混凝土連續(xù)梁）+（5×20+21.57+20）m（混凝土連續(xù)梁），共7 聯(lián)，其中，前3 聯(lián)為新建橋梁，橋梁結(jié)構(gòu)及跨徑與原舊橋相對應(yīng)，第四聯(lián)為30 m 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，第五、六聯(lián)為在舊橋基礎(chǔ)上局部加寬，橋面寬度變化較大，采用現(xiàn)澆混凝土箱梁結(jié)構(gòu)。新橋橋面標準寬度組成為：0.5 m（防撞欄桿）+0.5 m（左側(cè)路緣帶）+3×3.5 m（車行道）+0.5 m（右側(cè)路緣帶）+0.5 m（防撞欄桿）=12.5 m。

5.2.2 主橋

主橋結(jié)構(gòu)及跨徑布置與方案一相同。

5.2.3 引橋

引橋預(yù)制部分與方案一相同。

現(xiàn)澆混凝土箱梁為與舊橋相接部分，為了更好地與原舊橋相接，保持新舊橋整體性及行車舒適性，上部結(jié)構(gòu)采用普通鋼筋混凝土箱型梁，加寬橋面較窄處箱梁做成實體結(jié)構(gòu)。箱梁梁高1.4 m，下部結(jié)構(gòu)采用D120 cm 鉆孔灌注樁接D100 cm柱。30 m 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁梁高1.7 m，下部結(jié)構(gòu)采用D160 cm 鉆孔灌注樁接D140 cm 柱。

新舊橋連接具體做法為鑿除舊橋側(cè)50 cm 防撞墻，再根據(jù)新橋增加寬度范圍現(xiàn)澆混凝土，下部結(jié)構(gòu)采用柱式橋墩，局部位置為避讓地面道路做成門架式框架墩。

5.2.4 C 匝道橋

C 匝道橋跨度布置為（4×22）m，全長88 m，采用普通鋼筋混凝土箱梁，箱寬為9.0 m，20 m 跨梁高1.5 m，下部結(jié)構(gòu)采用D160 cm 鉆孔灌注樁接D140 cm 墩。

6 橋梁方案比較

兩個方案橋梁工程結(jié)構(gòu)形式基本相同，均需要對東引橋進行局部加寬改造，技術(shù)難度較高，施工期間需采取合理的交通組織，以保證加寬改造工程的順利實施。其中方案一與新增的羅涌圍－西槎路道路，交通組織較合理，故設(shè)計推薦采用方案一。

7 主要靜力計算分析

1）正截面承載力大于承載能力極限狀態(tài)組合內(nèi)力值，截面承載能力滿足規(guī)范要求。

2）長期效應(yīng)組合截面上緣最小正應(yīng)力為1.01 MPa，截面下緣最小正應(yīng)力為2.52 MPa，滿足JTG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱《橋規(guī)》）全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件上下緣均不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力的要求。

3）短期效應(yīng)組合正截面上緣最小正應(yīng)力為0.19 MPa，截面下緣最小正應(yīng)力為0.51 MPa。斜截面混凝土最大主應(yīng)力為-0.20 MPa<主應(yīng)力限值-1.14 MPa，滿足《橋規(guī)》第6.3.1 條要求。

4）組合混凝土上緣最大正應(yīng)力為19.16 MPa，下緣最大正應(yīng)力為14.56 MPa。根據(jù)《橋規(guī)》第7.1.5 條，要求壓應(yīng)力σc=σkc+σPt≤0.5fck=19.30 MPa（σc為受壓混凝土最大壓應(yīng)力；σkc為混凝土法向壓應(yīng)力；σPt為混凝土法向預(yù)壓應(yīng)力；fck為混凝土軸心抗壓強度標準值），滿足規(guī)范要求?；炷磷畲笾鲏簯?yīng)力為19.16 MPa，根據(jù)《橋規(guī)》第7.1.6 條，要求最大主應(yīng)力σcP≤0.6fck＝23.1 MPa，滿足要求。

通過計算分析表明，橋梁各部分結(jié)構(gòu)尺寸選擇合理，各截面受力均滿足規(guī)范要求。

8 結(jié)語

金沙洲大橋是金沙洲聯(lián)系珠江水道東岸的重要通道。金沙洲大橋拓寬工程實施完成后，通行車道數(shù)由原來的雙向四車道增加到雙向六車道設(shè)計，通行能力也得到了提升，很大程度上緩解了島上居民出行的交通壓力，給島上居民帶來了出行的便利，其建設(shè)為廣州市西部經(jīng)濟提供助力。