廣州雙塔路赤崗涌橋方案設計

陳紅儒

1 概況

赤崗涌橋是雙塔路(赤崗北路—新光快速路)工程中的控制工程。赤崗涌橋全長2.2 km,位于赤崗塔北側,北面連接珠江前航道,南面與黃埔涌相接,沿珠江帝景曲折而下。河涌斷面在上游狹窄,下游寬闊,經過近年來水利部門的綜合整治,堤岸相對規則,結構形式采用復式斷面,斷面頂寬26 m左右,底寬14 m左右,其通過擋水建筑物調節來保持河涌的水位。堤腳采取拋石護腳,正常水位以下采取無砂混凝土護坡,并在其孔洞內種植菖蒲、風車草;正常水位以上采用馬尼拉草護坡。

2 主要技術標準

2.1 設計標準

1)設計車速。設計車速40 km/h。2)荷載等級。橋梁設計活載:機動車道:公路—Ⅰ級;非機動車道:公路—Ⅱ級。人群荷載:按4.0 kN/m2取用。3)橋梁安全等級。二級,γ0=1.0。4)橋梁標準寬度。橋梁標準寬度(雙向六車道):0.8 m(花池、欄桿)+5.1 m(人行道、非機動車道)+0.35 m(機非分隔帶)+11.75 m(機動車道)+0.5 m(防撞欄桿)+3.0 m(中央分隔帶)+0.5 m(防撞欄桿)+11.75 m(機動車道)+0.35 m(機非分隔帶)+5.1 m(人行道、非機動車道)+0.8 m(欄桿、花池)=40.0 m。5)橋面縱坡與橫坡。橋面縱坡、平曲線、豎曲線按道路線型要求設置。橋面橫坡設單向橫坡(分幅式),均為2%。6)結構抗震標準。本工程地區抗震設防烈度為7度,地震動峰值加速度0.1g,建筑場地類別為Ⅱ類,地震動反應譜特征周期值為0.35 s。重要性修正系數1.3。7)防撞欄桿的防撞等級。橋梁中央分隔帶側設防撞墻,防撞取用SB級。

2.2 航道等級

赤崗涌無通航要求。

2.3 橋梁凈空

設計時考慮廣州市珠海區農業水利局關于梁底標高必須大于3.0 m(珠基高程,換算到廣州城建高程為8.0 m)以及橋墩必須在河涌水系規劃紅線圖赤崗涌藍線外的要求(詳見《廣州市珠海區農業水利局〈關于雙塔路工程赤崗涌有關資料的復函〉海農水函[2008]115號》)。本次設計所列方案均滿足水利部門要求。

本橋的控制因素為:橋下梁底標高由水務部門根據廣州水務建設規劃,已經限定不小于8.0 m(廣州城建高程系統),橋上橋面高程也由于線路縱坡不能大于3%的限定(橋上需要設置公交停靠站、前方有掉頭車道等因素),不能抬高縱斷面。本工程線路長度短,不到327.8 m,橋梁剛好在本道路中間,起點和終點均接既有道路,起終點高程已定,如何滿足各個控制條件,設計一個美觀,工期快的橋梁是本工程的重點。

3 橋梁結構設計

3.1 橋梁結構設計原則

1)結構設計遵循適用、安全、經濟、美觀、施工快捷的建設方針。2)充分采用新技術、新工藝、新材料,使適用性和經濟性結合最佳,結構的設計做到技術合理、先進,施工便利,經濟指標低。3)選用的結構必須具有規定的強度、剛度、穩定性和耐久性,處理好橋面伸縮縫及橋面、地道排水系統,滿足行車的平順、舒適、快速、安全的要求。4)橋梁建筑的重點放在橋梁孔跨及式樣的選擇上。本線工程與赤崗涌斜交,夾角為33°,而橋位跨越河涌處規劃河道彎曲,且規劃河道藍線不圓順,河道寬窄不一,為滿足河涌規劃,橋梁按常規橋梁孔跨設置難度較大,所以橋梁設計既要滿足河涌規劃,又要美觀、經濟、可行成為此次設計的重點。5)橋梁結構在選擇結構類型時,根據功能、使用要求,城市規劃、沿線地貌、地質條件和周圍環境等因素進行優化比選,取用最經濟合理的橋梁形式和基礎形式。

3.2 橋梁方案比較

方案一:主跨采用(30+40+30)m連續鋼梁方案。

機動車道和非機動車道均采用(30+40+30)m連續鋼梁,連續鋼梁橫向采用多片組合式小鋼箱梁拼接,機動車道采用4片小鋼梁拼接,非機動車道采用2片小鋼梁拼接,每片梁寬約3 m,梁高為2.0 m。橋墩采用柱接帽梁形式,墩柱采用直徑1.5 m(非機動車道1.0 m),基礎采用鉆孔灌注樁,樁基直徑1.8 m(非機動車道1.2 m);橋臺采用樁柱式橋臺,樁基直徑采用1.2 m。臺后接路基擋土墻。

優點:1)滿足水利部門橋墩置于河道木樁外及梁底高程不低于8.0的要求。2)采用鋼梁,在施工下部結構時就可以預制鋼梁,待下部施工完成后就可以架梁,施工工期較短。3)鋼梁吊裝重量較輕,吊裝設備要求低。4)下部為排架墩,多臺鉆機可同時作業,可進一步縮短工期。缺點:1)工程造價高。2)鋼梁后期養護費用高。3)車輛行駛于鋼梁產生的噪聲較大。4)由于橋梁兩側需設公交站,且均在平交口范圍,但該方案縱坡較大(2.7%),接近規范極限值3.0%。

方案二:采用主跨42 m鋼梁。

采用(16+42+16)m 簡支梁,機動車道斜交40.9°設置,非機動車道斜交45°設置;上部結構主跨采用42 m簡支小鋼箱梁,邊跨采用16 m預制混凝土空心板梁。由于橋梁位于曲線上,為了滿足板梁布置,機動車道和非機動車道的板梁需要按不同的斜交角度設置。下部采用樁柱式橋墩,橋臺采用樁柱式橋臺,臺后接路基擋墻。鋼箱梁采用與方案一中相同的鋼梁形式,橫向采用多片小鋼梁拼接而成。只是采用了簡支的結構形式,邊跨采用了可標準跨徑的16 m預應力空心板梁,梁高0.85 m。主跨采用了跨徑L=42 m的簡支鋼梁,鋼梁梁高2.2 m。橋墩采用柱接帽梁形式,墩柱采用直徑1.5 m(非機動車道1.0 m),基礎采用鉆孔灌注樁,樁基直徑1.8 m(非機動車道1.2 m);橋臺采用樁柱式橋臺,樁基直徑采用1.2 m,臺后接路基擋土墻。

優點:1)滿足水利部門橋墩置于河道木樁外的要求。2)采用預制梁,在施工下部結構時就可以預制箱梁,待下部施工完成后就可以架梁,施工工期較短。3)鋼梁吊裝重量較輕,吊裝設備要求低。4)相對方案一,造價較低。5)下部為排架墩,多臺鉆機可同時作業,可進一步縮短工期。缺點:1)主跨鋼梁結構高度大(42 m簡支鋼梁為2.2 m),“縱坡小于3%”和“梁底高程不低于8.0”的兩個要求不能同時滿足。2)采用鋼箱梁和混凝土空心板梁,且梁板片數不多,設計和施工均不便,要求施工工藝和設備較多。3)鋼梁后期養護費用高。4)橋梁上部結構采用簡支結構,行車舒適度較差。5)車輛行駛于鋼梁產生的噪聲較大。

方案三:斜橋正作方案。

為減小橋梁跨度,降低橋梁的結構高度,采用斜橋正作,橋梁孔跨布置為:1-10 m預應力混凝土簡支空心板梁+1-22 m預應力混凝土空心板梁+1-10 m預應力混凝土簡支空心板梁。但由于角度差的影響,造成橋梁寬度較路基寬度最寬處寬出38.7 m,景觀效果很差。為減小橋梁寬出路基寬度,將墩臺與河涌平行,而梁部則采用斜交45°,孔跨布置為1-10 m預應力混凝土簡支空心板梁+1-30 m預應力混凝土簡支小箱梁+1-10 m預應力混凝土簡支空心板梁,梁寬度較路基寬度最寬處寬出17.5 m。

主橋1-30 m簡支預應力空心板梁,采用20片箱梁,梁間距為3.4 m,梁結構高度 1.8 m,上設0.06 m的調平層、0.09 m瀝青混凝土鋪裝,總高1.95 m(未計橋面橫坡)。

橋梁寬度:只能整幅設置,且由于梁的斜交角度與河涌不一致,造成橋梁寬度與路基不一致,最寬處寬出路基斜長為 17.5 m,橋梁面積為3 094 m2(其中376 m2橋梁位于道路范圍之外,未被利用)。

優點:1)梁的結構高度較低,施工工期較短。2)滿足水利局對橋梁的設置要求。3)均為預制梁,對周圍環境影響較小,施工質量容易保證。缺點:1)縱坡較大,不滿足非機動車縱坡要求。2)由于376 m2橋梁面積未被利用,造成橋梁工程加大,工程投資增加。3)橋梁面積過大,對河涌的景觀效果影響較大。

此三個方案橋墩均設置在赤崗涌規劃藍線以內,墩柱對河涌過水斷面有一定的消弱,通過與水務部門溝通,達成以下共識:由于墩柱對河道過水斷面的減弱,在河涌木樁范圍外適當寬度內,挖去河岸斜坡成直坡,適當增加補償壓縮的過水斷面。過水斷面補償示意圖見圖1。

經綜合比較,由于鋼箱梁受力明確,施工方便,施工周期短,鋼箱梁可在工廠加工制作,施工質量容易控制,施工期間對周圍環境影響小,吊裝重量輕,對吊裝設備要求較低。而簡支結構受力簡單明了,但是施工難度大,梁型較多,工藝繁瑣,簡支結構行車舒適性較差,行車時對周圍產生噪聲;上部結構高度大,不利于橋上縱坡的設計,建議采用鋼箱梁方案。

[1]童毅濤,胡小華.探討中小橋梁的架設[J].山西建筑,2008,34(22):303-304.