大洲港大桥方案设计

GXF360 2017-06-22

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大洲港大桥方案设计

刘丽鹏

(广东省交通规划设计研究院股份有限公司)

【摘要】简单介绍了惠州大洲港大桥主桥的结构设计方案，拟订了连续刚构桥、斜拉桥等几个方案，通过综合比选确定连续刚构桥作为大洲港大桥主桥推荐方案。

【关键词】方案设计；连续刚构；斜拉桥

1 桥梁概况

拟建大洲港大桥位于广东省惠州市惠东县稔平半岛境内，跨越了考洲洋河口航道，该航道规划为5000吨级海轮航道，拟建大桥按通航5000吨级海轮标准进行设计。

2 主要技术指标

公路等级：双向4车道高速公路；

设计时速：100km/h；

设计荷载：公路Ⅰ级；

通航标准：5000吨级海轮；

地震荷载：动峰值加速度为0.1g,地震烈度为Ⅶ度。

3 桥型方案设计

根据拟建大洲港大桥所处地理位置，该大桥在满足行车和通航功能要求的前提下，重点突出结构的安全性、经济性、实用性以及耐久性，同时还应该重点考虑以下关键问题：

⑴5000吨级海轮通航净宽要求，由于目前该项目的通航论证报告尚未批复，暂时参考附近项目惠东县大亚湾范和港大桥的通航报告批复文件进行设计。范和港大桥通航报告批复文件对5000吨级海轮通航净空要求：单孔双向通航宜采用300m左右跨径；双孔单向通航宜采用190m左右跨径。

⑵桥梁位于外海与内湾交汇处，应考虑海水及海洋大气对桥梁结构的腐蚀作用，结构耐久性要适当提高。

⑶海水潮汐作用外加波浪力影响，5000吨级海轮通行前提下，对桥墩的防撞能力提出更高要求。

在双孔单向通航190m左右主跨时桥梁类型的选择有：连续刚构、矮塔斜拉桥、斜拉桥、拱桥、自锚式悬索桥等；在单孔双向通航300m左右主跨时，可考虑斜拉桥和自锚式悬索桥。

自锚式悬索桥：可采用单塔或者双塔结构，施工顺序为先梁后缆，主梁一般采用顶推法施工，施工时需在水中搭设临时墩，施工过程通航影响大且施工过程复杂。考虑在300m左右跨径时，上部结构宜采用钢箱梁，相对于钢筋砼结构钢结构造价高，且桥位处于咸淡水交汇处，海水及空气对钢结构的腐蚀较大，后期养护费用较高，不推荐采用。

拱桥：可采用中承式或下承式拱桥，结构形式有钢管混凝土或钢结构，拱桥的施工可以先梁后拱，也可以先拱后梁。先梁后拱影响航道，需海中临时设墩，对通航安全影响较大；先拱后梁需设置扣索、风缆等许多施工临时构造，施工复杂且措施费高；若采用整体吊装，则对施工场地、设备以及安装技术的要求都特别高，风险大施工安全难保证。总之，拱桥施工费用高风险大，也不推荐。

该项目相对比较适合的桥型有连续刚构、矮塔斜拉桥、斜拉桥，下面对这几个方案进行详细比较以确定大洲港大桥的推荐方案。

3.1 (110+190+190+110)m连续刚构方案

方案一：主桥采用(110+190+190+110)m连续刚构，边中跨比0.579。桥型布置见图1。半幅横断面为0.5m (防撞栏)+2.5m(硬路肩)+2×3.75m(行车道)+0.5m(左侧路缘带)+0.25m(C值)+0.5m(防撞栏)=24/2m。

主梁为预应力钢筋砼结构，截面为变高度直腹板单箱单室断面。主梁顶宽12m，底宽6m,两侧翼缘板宽3m。墩顶梁高11m，高跨比1/17.3；跨中梁高4m，高跨比1/47.5，梁高按2次抛物线变化；底板水平，顶板通过边腹板不等高设2%的横坡。主梁采用三向预应力体系。

图1 连续刚构桥型布置图

主墩采用空心薄壁墩，截面尺寸为7m×2.5m。承台以上6m范围内纵桥向两个薄壁采用实心断面连接形成一个10m×7m的整体箱室，增强桥墩的防撞能力。墩身采用海工C50砼；基础采用15根2.8m钻孔灌注桩。承台为左右幅整体式钢筋砼承台，顺桥向尺寸16m，横桥向尺寸32m，厚度5m，采用海工C40混凝土。

本方案施工时先搭设施工栈桥，插打钢护筒，架设施工平台，施工钻孔灌注桩。承台施工采用钢套箱，在钢套箱定位之后，依次进行封底砼和承台施工，最后浇筑桥墩，主梁采用挂篮悬浇施工，工期约24个月。

3.2 (110+190+190+110)m矮塔斜拉桥方案

方案二主桥采用三塔单索面矮塔斜拉桥，塔墩梁固结体系，边中跨比为0.579。桥型布置见图2。半幅横断面为0.5m(防撞栏)+2.5m(硬路肩)+2×3.75m(行车道) +0.5m(左侧路缘带)+0.25m(C值)+0.5m(防撞栏)+ 2.5/2m(塔柱宽)=26/2m。

主梁为预应力钢筋砼结构，截面为变高度、斜腹板单箱三室断面。主梁顶宽26m，两侧翼缘板宽4.5m，墩顶梁高7.5m，高跨比1/25.3；跨中梁高3m，高跨比1/63.3；梁高按2次抛物线变化；底板水平，顶板通过边腹板不等高来设2%的横坡。主梁采用三向预应力体系。

主桥斜拉索采用单索面扇形布置。斜拉索采用环氧喷涂钢绞线索，主塔塔根沿纵桥向两侧无索区长度为34m，中跨跨中无索区长度为20m。梁上索距为4m，塔上索距为0.8m，全桥共有108对216根斜拉索。拉索在塔端采用分丝管锚固方式，在梁上的锚固方式采用箱内锚固，锚固块位于顶板之下。

主塔采用双柱式矩形实心断面砼塔，主塔高28m。塔柱在顺桥向由上到下逐渐收窄，上塔柱拉索区采用连体构造，下塔柱无索区双柱独立。主塔顺桥桥向宽度4m～6.5m,横桥向宽度2.5m。

主墩采用钢筋砼矩形实体墩，墩身横桥向尺寸12m～16m；顺桥向尺寸与梁(承台)相交处为5m,中间缩短至4m。基础采用15根2.8m的钻孔灌注桩，采用整体式钢筋砼承台，顺桥向16m,横桥向32m，厚5m。

本方案桩基用钻孔灌注桩施工，承台用钢板桩围堰施工，主墩用爬模法施工；主梁用挂篮悬浇施工，主梁施工同时主塔用爬模法现浇施工；有斜拉索锚点的节段在该节段浇筑完成后挂前移之后进行斜拉索的安装和张拉，先合拢边跨再合拢中跨，桥面系和附属完成后，无需调整斜拉索索力，施工工期约27个月。

3.3 (190+190)m独塔斜拉桥方案

方案三主桥采用独塔单索面斜拉桥，塔墩梁固结体系。桥型布置见图3。半幅横断面为0.5m(防撞栏)+2.5m (硬路肩)+2×3.75m(行车道)+0.5m(左侧路缘带)+0.25m (C值)+0.5m(防撞栏)+3.4/2m(塔柱)=26.9/2m。

主梁为单箱三室倒三角箱型断面。主梁宽26.9m，中心高3.2m，两个横梁间距4.0m。桥面板厚0.25m，局部加厚到0.65m；普通横梁厚0.4m，边跨压重段横梁厚0.6m，过渡墩、主塔处横梁加厚至1.5m。主梁横断面见图4。

图2 矮塔斜拉桥桥型布置图

图3 独塔斜拉桥桥型布置图

图4 独塔斜拉桥横断面布置图

斜拉索采用空间扇形索面布置，为平行高强钢丝斜拉索，主梁索间距为8m，塔上索间距为2m，主塔两侧各分布46对92根斜拉索。

主塔采用独柱式钢筋混凝土矩形截面，桥面以上塔高85m，塔身截面顺桥向顶部宽度为6m，底部宽度8m,横桥向3.5m。基础采用15根3.0m的钻孔灌注桩，左右幅采用整体式钢筋混凝土承台，承台顺桥向宽度17m,横桥向宽度34m，承台厚度5m。

本方案桩基用钻孔灌注桩法施工，主塔用爬模现浇法施工，主梁用挂篮现浇施工，用主塔下横梁安装主梁0#段托架，在托架上浇筑0#～1#节段砼，安装前支点挂篮，浇筑2#节段，张拉2#梁段的纵横向预应力束，安装第一对斜拉索，前移挂篮浇筑剩下梁段直至合拢，工期约29个月。

3.4 (152+300+152)m双塔斜拉桥方案

方案四主桥为(52.5+99.5+300+99.5+52.5)双塔单索面斜拉桥，采用塔墩梁固结体系。桥型布置见图5。半幅桥横断面布置同方案三。主梁横断面布置同方案三，详见图4。

斜拉索为空间扇形索面布置，为平行高强钢丝斜拉索，热挤压索套防护。主梁索间距为6m，塔上索间距为1.6m。主塔两侧各分布92对184根斜拉索。

主塔采用独柱式钢筋砼椭圆形截面，桥面以上塔高80m，塔身截面顺桥向宽度为7.5m，横桥向3.5m。基础采用16根2.8m的钻孔灌注桩，左右幅采用整体式钢筋混凝土承台，承台顺桥向宽度16m,横桥向宽度33.6m，承台厚度6m。本方案施工步骤同方案三，施工工期约32个月。

3.5 设计方案综合比选

从景观效果上看，连续刚构造型单调，根部梁高较高，桥梁景观效果相对较差。部分斜拉桥和双塔斜拉桥比较轻盈梁高较低，与引桥梁高比较接近，整体协调性及景观效果都比较好。

图5 双塔斜拉桥桥型布置图

从技术上看，连续刚构在设计、施工、养护上均积累相当成熟的经验，同时箱梁裂缝和跨中下挠等问题也表现的比较突出。但连续刚构桥经过多年经验的积累，设计中可以采取一定的措施来防止主梁开裂和较大的后期变形。部分斜拉桥与连续刚构桥相比，可以减少主梁的弯矩和剪力，能有效降低梁高减轻自重，通过调整索力也可以改善主梁的下挠问题。双塔斜拉桥目前也是一种很成熟的桥型，施工工艺也成熟，但是造价较高。

从防撞能力看，连续刚构本身双薄壁墩防撞能力差，但方案一通过将墩底一定范围内的双薄壁连成整体箱室，可以极大的提高桥墩的防撞能力。部分斜拉桥和斜拉桥采用单薄壁墩，但桥墩结构刚度大，抗船撞能力较强。双塔斜拉桥跨度大，通航能力较好，在不考虑经济性的前提下，能有效降低船舶撞击桥墩的概率。

从后期的运营养护看，连续刚构维护最简单。部分斜拉桥和斜拉桥在使用过程中都要定期的对斜拉索进行检测和维护甚至更换，维护工程量大。

表1 主桥方案综合比较

影响结构耐久性拉索可更换，主梁有拉索加劲，结构安全拉索可更换，主梁有拉索加劲，结构安全拉索可更换，主梁有拉索加劲，结构安全养护维修难易维护简单定期养护，抗风能力好刚度大、抗风防撞能力强桥墩及基础刚度大，防撞抗风能力强通航条件好，防撞抗风能力强结构耐久性主梁易下挠引起结构裂缝，桥型连续刚构桥部分斜拉桥独塔斜拉桥双塔斜拉桥跨径组合110+2×190+110m110+2×190+110m190+190m152+300+152m通航能力一般一般一般好结构性能双薄壁墩防撞能力较差，景观效果平淡主塔墩造型独特，梁高低，景观效果好主塔宏伟大方，景观效果好主塔宏伟大方，景观效果好施工工期24个月27个月29个月32个月全桥总建安费考虑换索和防腐拉索须定期养护，考虑换索和防腐拉索须定期养护，考虑换索和防腐景观效果桥型普遍，梁高笨重，（万元）主桥单位13275.9元/m2，全桥总造价4.854亿主桥单位13321.9元/m2，全桥总造价5.021亿主桥单位14129.5元/m2，全桥总造价4.866亿主桥单位12568.0元/m2，全桥总造价4.985亿