大石大橋擴建工程設計與施工

張立文

(廣州市公路勘察設計有限公司,廣東廣州510500)

1 工程概述

G105國道大石大橋擴建工程位于廣州市番禺區，橫跨三支香水道（水面寬約280 m），連接洛溪島和大石鎮，往北通過洛溪大橋便是廣州老城區，往南便是番禺、南沙等新區，是廣州市南北向主要通道之一，同時還是廣州亞運會配套工程。舊大石大橋始建于1984年，全長455.5 m，寬12.5 m，雙向2車道。近年來，隨著交通量的持續增長，該橋已經成為嚴重的交通“瓶頸”（兩側道路基本已按雙向8車道擴建完成）。對舊橋進行改、擴建已勢在必行。該項目道路等級為一級公路（兼城市主干道），設計速度為60 km/h，設計荷載為公路-I級，地震動峰值加速度0.1 g。因檢測結果顯示舊橋屬于二類橋，業主采取了利用舊橋、擴建新橋的方案。因為舊橋的通航凈空只有45 m×7 m（只滿足Ⅵ級航道標準），設計通航水位為7.2 m（廣州城建高程系統）,且舊橋仍將長期利用。經專家論證并經航道主管部門同意，新大石大橋采用與舊橋相同的通航凈空和設計通航水位。

2 沿線自然地理情況

（1）地形地貌特征。項目場地屬濱海平原地貌，路線走向基本為南北向，沿線兩邊均已市政化。

（2）氣象特征。項目所在地氣候屬南亞熱帶海洋性季風氣候帶，氣溫受偏南季風影響，降水豐沛。

（3）水文。項目所在地河網交錯，多自西北流向東南，項目區為珠江汊河。

（4）地層巖性。路線途經地區地層由新至老有第四系人工填土（Qme）、第四系沖積層（Q4al）、第四系殘積層（Q4el），基巖為白堊紀泥質粉砂巖。

3 主要工程內容

本次對舊大石大橋予以擴建，路段全長1.27 km。工程主要內容包括：新大石大橋主體工程、南北橋頭引道工程、南北橋頭交通節點改善工程、南北橋頭人行系統改善工程、綠化工程（包括北岸公園）和照明工程等。

4 橋梁設計要點

4.1 平面

根據規劃和場地條件，路線總體沿老路布置。根據交通量需要和橋頭道路已按雙向8車道拓寬完成的實際情況，本次橋梁擴建后也需達到雙向8車道。設計方對橋梁單側加寬和雙側加寬進行了比較。由于規劃方案為單側（東側）加寬，且可為后期繼續改造預留空間，最終采取了東側加寬的方案。為了保證新、舊橋結構安全，方便日后對舊橋的維修和進一步改造，采取了新、舊橋完全分離的形式。上部結構間距0.9 m，樁基最小凈距4.25 m。橋位總平面布置圖見圖1。

4.2 縱面

為了新、舊橋的協調和方便引道的銜接，新橋縱坡采用與舊橋相同的人字坡（3%和-3.3%）。

4.3 橫斷面

舊橋跨徑組合是6×25 m+(43.75+62.5+43.75)m+6×25 m，其中引橋為簡支T梁，主橋為T構加掛梁。在新橋設計中，對主橋進行了連續梁、連續剛構和下承式系桿拱等方案的比較，對引橋進行了現澆連續梁、預制小箱梁和頂推箱梁等方案比較。從受力特點、與舊橋的外觀協調性、工期、造價和養護工作量等多方面因素考慮，最終主橋采用了連續梁方案，引橋采用了簡支小箱梁（橋面連續）方案。為了適應橋下被交路和堤岸，新橋采用了與老橋相比略有變化的跨徑組合，即：3×25 m+（25.6+24.4+25）m+(43.75+62.5+43.75)m+3×25 m+（25+23+25）m。絕大部分橋墩橫向都能對齊，個別橋墩通過調整橋墩的交角，也能基本對齊，達到了視覺上的協調。

由于利用了舊橋2個車道，新、舊橋聯合斷面的中央分隔帶和路拱相對于擴建部分是不對稱的，而擴建部分總寬度達到30.8 m，宜分成左、右兩幅。為了方便設計、施工、節約成本和工期，自然以兩幅主體結構盡量對稱為好。怎樣將這對矛盾統一起來，這是該橋不同尋常的地方。通過深入研究，設計團隊創作了一個巧妙的方案：新建部分的左、右兩幅采用幾乎完全對稱的主體結構，僅將右幅墩頂和上部結構根據橋面設計橫坡做微小彎折（實踐證明施工時并不太麻煩），橋面系和中央分隔帶根據整體車道分幅需要設置即可。這樣，很好地解決了上述矛盾。主跨墩頂橫斷面如圖2所示。

4.4 主橋連續箱梁上部結構設計

4.4.1結構尺寸

主橋(43.75+62.5+43.75)m連續箱梁的上部結構采用單箱雙室變截面連續箱梁，半幅箱梁底板寬為11.2 m，頂板寬為15.4 m，外側懸臂2.6 m，內側懸臂1.0 m。左、右半幅的內側懸臂通過1.2 m寬的現澆濕接縫連接，主梁梁高為3.5～1.8 m，采用掛籃懸臂澆筑法施工，主要材料采用C50混凝土。

圖1 橋位總平面布置圖（單位：m）

圖2 主跨墩頂橫斷面圖（單位：cm）

中支點斷面梁高3.5 m(高跨比為1/17.9)，跨中及邊跨支架現澆梁段梁高1.8 m(高跨比為1/34.7)，梁高按二次拋物線變化規律從根部3.5 m變至跨中1.8 m。橋面板設置雙向2%橫坡，底板與頂板同坡，腹板鉛垂。箱梁底板厚度亦按二次拋物線變化規律從根部45 cm變至跨中25 cm。全梁腹板厚度采用55 cm、35 cm兩種，中間設過渡梁段。外側懸臂端部厚度18 cm，內側懸臂端部厚度35 cm，內外側懸臂根部厚度均為60 cm，箱內頂板厚25 cm。

4.4.2預應力體系

主橋連續箱梁按A類部分預應力構件設計，采用雙向預應力體系，即：縱向預應力和豎向預應力。

縱向預應力鋼束采用標準強度fpk=1 860 MPa的Φs15.2高強度低松弛鋼絞線，錨下張拉控制應力σcon=0.75fpk=1 395 MPa。鋼束穿束管道采用預埋塑料波紋管成孔，采用真空壓漿工藝灌漿。頂板束采用9Φs15.2鋼絞線束及12Φs15.2鋼絞線束；腹板束采用12Φs15.2鋼絞線束；邊跨與中跨的邊腹板底板束均采用12Φs15.2鋼絞線束，邊跨及中跨的中腹板底板束均采用6Φs15.2鋼絞線束。除邊跨頂板接長束采用單端張拉外，其余鋼束均采用兩端張拉，因此要求在主橋邊跨頂、底板鋼束張拉完畢之后方可架設相鄰引橋的預制箱梁。

豎向預應力鋼筋布置于腹板，采用精軋螺紋粗鋼筋，直徑為25 mm，抗拉強度標準值fpk=785 MPa（σb≥980 MPa，屈服強度 σ0.2≥785 MPa），單根張拉力為347 kN，豎向管道采用內徑50 mm的金屬波紋管，在頂板上進行單端張拉，采用普通壓漿工藝灌漿。

4.4.3主橋箱梁分段及施工順序

該橋主墩為7#和8#墩，左右幅共計4個單T，每個單T以墩對稱每邊分為7段，墩頂上部10.5 m為0#梁段，重571 t，在搭設于承臺上的托架上澆筑；1#～3#梁段長3 m，4#～7#梁段長4 m，采用掛籃懸澆，其中1#梁段最重，重達105.3 t；合龍段（8#梁段）長2 m，在吊架上施工；邊跨支架現澆段長11.45 m，支架由在水中打入的鋼管樁形成。

合龍順序為：先合龍邊跨，后合龍中跨，最后拆除邊跨支架及主墩臨時支撐，完成體系轉換。

4.4.4結構計算

整體計算采用MIDAS2006有限元程序，劃分為54個單元，共11個施工階段。受篇幅所限，計算部分不再贅述。

4.4.5主墩臨時支撐設計

每個主墩(半幅)采用8根D800 mm，壁厚8 mm的支撐鋼管，內填C30混凝土，每根鋼管內設兩束5Φs15.2鋼絞線,分別錨在承臺內和0#梁段上，鋼絞線張拉應力為1 302 MPa。

4.4.6掛籃設計與懸臂施工

為了加快施工進度，施工單位采用了4對掛籃同時施工的方案。掛籃形式為三角掛籃。設計單個掛籃承載力為160 t，掛籃自身重量45 t（包括模板）。設計考慮沖擊系數1.1，脹模系數1.05，施工荷載考慮200 kg/m2。掛籃主要由主桁架系統、懸吊系統、錨固系統、行走系統、底籃和模板系統組成。節段施工嚴格要求混凝土強度達到設計強度的90%，且養護齡期達到5 d方可張拉預應力鋼筋。一對梁段的施工周期一般為7～8 d。

4.5 主橋連續箱梁下部結構設計

主橋(43.75+62.5+43.75)m連續箱梁的下部結構主墩采用分離式空心墩，半幅墩身采用單箱雙室截面，縱橋向寬3.4 m，橫橋向墩頂寬11.2 m，墩身寬10.2 m。主墩承臺厚度2.8 m，左、右半幅的承臺相連成為整體；主墩基礎采用群樁基礎，一個主墩（左、右半幅合計）共設12根D150cm的樁基，沿路線分為兩排。過渡墩分為左、右半幅，均采用三柱式墩，蓋梁高1.6 m，寬1.85 m，墩柱直徑D130cm，樁基直徑D150cm，在墩柱間設置截面尺寸為1.2 m×1.0 m的系梁。主橋基礎均采用鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設計。

4.6 引橋預制簡支小箱梁上部結構設計

引橋上部構造為跨徑23 m、24.4 m、25 m及25.6 m的先簡支、后橋面連續預應力混凝土小箱梁，采用預制吊裝施工，梁高為1.40 m，每孔由10片小箱梁組成。

4.7 引橋預制簡支小箱梁下部結構設計

引橋橋墩分為左、右半幅，均采用雙柱式墩，蓋梁高1.6 m，寬1.70 m，墩柱直徑D130cm，樁基直徑D150cm。橋臺也分為左、右半幅，均采用扶壁式橋臺，并與路肩擋土墻相接。半幅橋臺設置6根D120cm樁，沿路線縱向分為兩排。

4.8 橋墩防撞

由于三支香水道通航等級較低，僅在主跨（第8跨）雙向通航（通航凈空45 m×7 m，相當于Ⅵ級航道標準），且新橋位于老橋下游，經方案比較和論證后，采用了在新橋主墩上設置附著式柔性防撞護舷的方案，安裝位置為承臺和墩身的通航孔側和兩端，護舷型號分別為拱形（H25×L150cm）和拱形（H25×L200cm）。

4.9 排水

橋面雨水通過縱向管收集后引到兩頭橋下地面，經過隔油池（為了防止污染河水）并入市政雨水管后排入河中。因河水受潮汐影響，水位變化很大，經常發生倒灌現象，甚至淹至橋下被交路路面，本次設計特別在出水口處增加了拍門井，收到了防止倒灌的效果。

5 橋梁施工要點

（1）分別從南北兩岸向河中搭設鋼便橋，留出通航孔，保證施工期間不影響通航。

（2）由于主墩左、右幅的承臺是連成一個整體的，施工塔吊正好可以安裝在承臺中部的空隙處。

（3）為了爭取工期，樁基施工采用沖擊鉆。為了確保新橋樁基施工不對老橋產生危害，采取了減小鉆頭提升高度、加長鋼護筒、觀測老橋變形等措施。

（4）主墩采用鋼板樁圍堰進行施工。

（5）由于新老橋間距較小，老橋施工時可能會遺留一些混凝土塊在新橋范圍，故施工前要注意摸查相關情況，采取有效措施，以免耽誤工期。

（6）施工過程中宜沿老橋欄桿（靠新橋側）設置圍閉，確保施工和過往行人的安全。

6 結語

經過約16個月的緊張施工，新大石大橋于2010年9月（廣州亞運會開幕前2個月）順利建成通車。