東莞市中洪公路槎馬特大橋方案設(shè)計(jì)

解 冰，賴苑林，袁衛(wèi)國(guó)

(廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510080)

中洪路位于東莞市西北部，呈南北走向。起于東莞市中堂鎮(zhèn)進(jìn)園大道(往北通過跨東江北干流的規(guī)劃中新大橋連接廣州)，往南經(jīng)中堂、望牛墩、洪梅鎮(zhèn)，終于洪梅鎮(zhèn)洪屋渦水道。終點(diǎn)通過太陽洲立交接上沿海公路。路線全長(zhǎng)約19.396 km。項(xiàng)目連接中堂、望牛墩和洪梅三鎮(zhèn)，未來將成為東莞市西北部南北向重要干道。項(xiàng)目設(shè)計(jì)按照“充分利用、安全舒適、合理可行”的設(shè)計(jì)思想，樹立“可持續(xù)發(fā)展”的設(shè)計(jì)理念，以人為本，從線路、路基、路面、橋梁、立交、不良地質(zhì)、環(huán)保景觀等多方面采取相應(yīng)措施。

槎馬特大橋跨越倒運(yùn)海水道，橋位位于中麻公路槎滘大橋和廣深高速川槎大橋之間，河段河流順直?，F(xiàn)充分考慮地形地貌、地質(zhì)條件、安全、環(huán)保、施工等多個(gè)因素，以確定最優(yōu)的橋梁方案。

1 工程建設(shè)條件及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 地形地貌及工程地質(zhì)

橋位所在的河段河流順直，河道水面寬約280 m左右，橋位處河道兩岸地勢(shì)較為平坦，兩側(cè)河堤均完整。根據(jù)水下地形圖，主航道區(qū)域?qū)儆谏畈鄣匦危钶^大，不利于基礎(chǔ)施工。

橋址地質(zhì)主要揭露地層包括第四系覆蓋層的填土層、海陸交互相沉積層和基巖的上第三紀(jì)粉砂質(zhì)泥巖，根據(jù)其風(fēng)化程度的不同，可以劃分為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化兩個(gè)巖帶。

1.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

道路等級(jí)為一級(jí)公路兼城市主干道，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，采用雙向六車道，橋梁寬度33.7 m。橋梁設(shè)計(jì)荷載為公路-I級(jí)、城-A級(jí)，設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，橋位場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度系數(shù)為0.05g。

2 方案比選

2.1 橋型方案構(gòu)思

結(jié)合中洪公路“充分利用、安全舒適、合理可行”的設(shè)計(jì)思想，以及“可持續(xù)發(fā)展”的設(shè)計(jì)理念，根據(jù)橋位處地形、地貌及工程地質(zhì)條件，同時(shí)基于通航和水利要求，槎馬特大橋主橋跨徑組合采用(90+160+90)m，可供選擇的橋型主要有連續(xù)梁、波形鋼腹板橋、連續(xù)剛構(gòu)、拱橋、矮塔斜拉橋。

由于受縱斷面制約，墩高較矮，主墩墩高約為14 m左右，考慮橋墩剛度較大，不宜采用連續(xù)剛構(gòu)方案。

大跨拱橋應(yīng)用于水面寬闊、通航船舶繁忙的海港時(shí)，造型美觀，但施工難度大，對(duì)地質(zhì)條件要求高，臨時(shí)措施費(fèi)用高，其經(jīng)濟(jì)性較差。

綜上，從經(jīng)濟(jì)性和美觀的角度對(duì)比，采用矮塔斜拉橋、波形鋼腹板橋和連續(xù)梁橋型作為設(shè)計(jì)可行方案。

2.2 雙塔單索面預(yù)應(yīng)力砼矮塔斜拉橋

矮塔斜拉橋是介于一般斜拉橋和連續(xù)梁橋的一種新橋型。與一般斜拉橋相比，其主要特點(diǎn)為橋塔較矮、拉索傾角小、主梁剛度較大。與連續(xù)梁橋相比，其主要特點(diǎn)為受力合理、外觀新穎、跨度更大。因矮塔斜拉橋具有以上優(yōu)勢(shì)，發(fā)展越來越迅速[1-3]。

設(shè)計(jì)方案主橋跨徑組合為90+160+90 m，采用雙塔單索面密索體系，主梁為變高度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，主塔造型基于水鄉(xiāng)龍舟文化的主題，從龍舟的造型抽象而來，塔下部為單肢結(jié)構(gòu)，從整體效果來看，龍舟塔造型輕巧優(yōu)美。主橋橋型布置如圖1所示。

方案基于該橋位處景觀設(shè)計(jì)的精髓，對(duì)塔、梁、索的斷面布置進(jìn)行了優(yōu)選，該橋型方案具有“施工方便快捷、技術(shù)成熟、工期與質(zhì)量有保證、耐久適用”等特點(diǎn)。斜拉束檢修方便，其提供強(qiáng)大的體外預(yù)應(yīng)力，有利于減少結(jié)構(gòu)高度，大幅度減小結(jié)構(gòu)自重。結(jié)構(gòu)采用墩塔梁固結(jié)體系，其有利于抗風(fēng)與抗震。橋型輕巧、美觀、外向，張力強(qiáng)。該橋型符合橋梁的輕量化、全壽命的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念。

2.3 預(yù)應(yīng)力砼波形鋼混合連續(xù)梁橋

波形鋼腹板箱梁是以波形鋼板取代了混凝土作為箱梁的腹板，同時(shí)采用箱梁內(nèi)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的一種新型組合結(jié)構(gòu)。這種新的結(jié)構(gòu)形式解決了橋梁輕型化的問題，同時(shí)由于波形鋼腹板的褶皺效應(yīng)，使得頂?shù)装寤炷烈蚴湛s徐變導(dǎo)致的變形不受約束，從而提高了混凝土板內(nèi)的預(yù)應(yīng)力效率[4,5]。

設(shè)計(jì)方案主橋采用(90+160+90)m波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁，邊中跨比值為0.56。除支點(diǎn)梁段采用混凝土腹板外，其余梁段采用波形鋼腹板。主梁斷面采用單箱單室箱梁，縱橋向采用變高度梁，中墩支點(diǎn)處梁高9.5 m，高跨比1/16.8，跨中梁高4.0 m，高跨比1/40。主橋橋型布置圖如圖2所示。

該橋型充分合理地使用砼、波形鋼、預(yù)應(yīng)力鋼筋、普通鋼筋四種材料，將“縱向混合、豎向疊合”的思路應(yīng)用在傳統(tǒng)連續(xù)梁上，使得連續(xù)梁這種傳統(tǒng)橋型重獲生命力，其極限跨度將重回200～250 m。

2.4 預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋

預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁比較常規(guī)，主橋跨徑組合為90+160+90 m。橋型剛勁粗曠，外形簡(jiǎn)潔而實(shí)用。主梁斷面采用單箱單室箱梁，主橋橋型布置圖如圖3所示。該橋型方案具有“結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)性好、施工技術(shù)成熟、養(yǎng)護(hù)工作量小”的優(yōu)點(diǎn)。但結(jié)構(gòu)自重大，需定制大噸位抗震支座。運(yùn)營(yíng)期容易出現(xiàn)跨中下?lián)虾透拱彘_裂，后期加固費(fèi)用較高。

2.5 橋梁方案比選

現(xiàn)從技術(shù)、施工、經(jīng)濟(jì)、景觀等方面對(duì)三個(gè)方案橋梁方案進(jìn)行比選，具體情況如表1所示。

表1 橋型方案比較表

3 結(jié) 論

矮塔斜拉橋外觀新穎、受力合理，發(fā)展越來越迅速。方案一獨(dú)特的橋塔造型使得全橋景觀效果突出，加上該橋型施工技術(shù)成熟，與另外兩個(gè)方案相比，施工技術(shù)難度并不會(huì)相差太多。綜上，將預(yù)應(yīng)力砼矮塔斜拉橋方案作為槎馬特大橋的推薦方案，其余兩個(gè)方案僅作為比較方案。