金沙洲大橋主橋設(shè)計(jì)

張麗儀

(西南交大土木工程設(shè)計(jì)有限公司廣州分公司，廣東廣州 510095)

1 工程概況

金沙洲位于廣州市白云區(qū)西部，是由珠江和支流圍成的一座相對(duì)獨(dú)立的小島，島內(nèi)西、北、南三面緊接南海地界，東與羅沖圍隔珠江相望，是廣州西部重要出口。新建拓寬橋梁位于現(xiàn)有金沙洲大橋南側(cè)，現(xiàn)有金沙洲大橋主橋結(jié)構(gòu)采用(93+138+93)m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，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，新增橋墩盡量與舊有橋墩對(duì)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。因此，新建的金沙洲大橋主橋結(jié)構(gòu)也采用(93+138+93)m的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。金沙洲大橋主橋橋式布置見圖1。

圖1 金沙洲大橋主橋橋式布置圖（單位：m）

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1)設(shè)計(jì)荷載:a．恒載:梁體混凝土容重按26 kN/m3考慮，二期恒載按50．5 kN/m考慮;b．活載:公路—Ⅰ級(jí);c．溫度荷載:溫度梯度效應(yīng)按JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范采用，年溫差按±20℃計(jì)。

2)道路等級(jí):城市次干道;設(shè)計(jì)行車速度:主線為40 km/h。

3)通航凈空:通航凈高應(yīng)不小于8．7 m，通航凈寬應(yīng)不小于100 m。

4)設(shè)計(jì)洪水頻率:大、中、小橋及涵洞1/100。

5)設(shè)計(jì)風(fēng)載:按廣州地區(qū)平均風(fēng)壓800 Pa計(jì)。

6)地震荷載:抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0．10g。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3．1 主橋上部結(jié)構(gòu)

主橋上部結(jié)構(gòu)采用C60混凝土，箱梁采用單箱雙室直腹板截面。根部梁高6．8 m，為主跨跨徑的1/20．3;邊跨直線段及中跨跨中梁高3．0 m，為主跨跨徑的1/46。箱梁根部底板厚度為80 cm，跨中底板厚度為26 cm，箱梁高度及底板厚度按二次拋物線變化。箱梁腹板厚度由根部厚70 cm變化至跨中厚50 cm。箱梁頂板厚26 cm，箱梁頂板寬12．5 m，底板寬6．5 m，頂板懸臂段長(zhǎng)3．0 m，懸臂端部厚度16 cm，懸臂根部厚度55 cm。箱梁頂板設(shè)有1．5%的單向橫坡。箱梁橫斷面布置見圖2。

圖2 箱梁橫斷面（單位：cm）

3．2 主橋下部結(jié)構(gòu)

7號(hào)、8號(hào)主墩采用實(shí)體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為減少主墩阻水面積，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工和美觀方面綜合考慮，主墩設(shè)計(jì)為圓端型板式柱墩。主墩尺寸為(6．5×3．2)m，墩側(cè)倒R=1．5 m圓端。橋墩基礎(chǔ)采用高樁承臺(tái)鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。承臺(tái)平面尺寸(8．2×9．2)m，厚3．5 m，采用4根直徑2．2 m鉆孔灌注樁。

3．3 防撞設(shè)計(jì)

結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)條件，本次設(shè)計(jì)防撞方案采用獨(dú)立式防撞體的方案。獨(dú)立式防撞體采用鋼管樁加承臺(tái)的方式，布置在主墩上下游兩側(cè)，每個(gè)防撞墩采用3根直徑1．5 m鋼管樁，在防撞體外設(shè)置拱形橡膠片。

本防撞設(shè)計(jì)方案滿足通航凈寬及凈空要求，防撞設(shè)施離橋墩達(dá)到一定的距離，北側(cè)設(shè)于離舊橋橋面上游7 m處，南側(cè)設(shè)于離新橋橋面下游5 m處。這樣使得防撞設(shè)施破壞和船體損傷后，船體盡量減少接觸橋墩的幾率，以保證橋梁主體結(jié)構(gòu)安全。防撞體與新舊橋橋墩相對(duì)關(guān)系見圖3。

圖3 防撞體與新舊橋橋墩相對(duì)關(guān)系

4 主橋上部結(jié)構(gòu)分析

4．1 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

主橋?yàn)榇罂缍阮A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，邊跨跨徑為93 m，主跨跨徑為138 m，邊跨與中跨的跨徑比例為0．67。盡管還是在邊跨不產(chǎn)生負(fù)拉力的(0．6～0．7)的邊跨與中跨的跨徑比例范圍內(nèi)［1］，但是邊中跨跨徑比偏大。若只采用大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的常規(guī)配束方式，會(huì)使得邊跨合龍段附近下緣出現(xiàn)拉應(yīng)力。因此，為解決邊跨下緣應(yīng)力不足的狀況，采用邊跨腹板反拉束，以改善整體特別是邊跨梁的受力狀況。有無采用腹板反拉束截面下緣應(yīng)力圖的結(jié)果對(duì)比見圖4。

圖4 截面下緣應(yīng)力圖

從圖4可知，采用邊跨腹板反拉束后使得邊跨合龍段附近下緣不出現(xiàn)拉應(yīng)力，并留有約1．5 MPa的壓應(yīng)力儲(chǔ)備，同時(shí)對(duì)中跨跨中的應(yīng)力狀態(tài)也有所改善。

4．2 施工及運(yùn)營(yíng)階段靜力分析

主橋施工的主要工藝流程為:1)主墩施工完成后，在墩旁托架上立模澆筑0號(hào)塊，張拉該節(jié)段的頂板預(yù)應(yīng)力束和腹板預(yù)應(yīng)力束;2)拼裝掛籃，利用掛籃前移對(duì)稱懸臂澆筑除合龍段和邊跨現(xiàn)澆段外的(1～17)號(hào)塊，并張拉各階段的預(yù)應(yīng)力鋼束;3)按先邊跨后中跨的方式依次合龍;4)進(jìn)行橋面系的施工。按此流程逐階段計(jì)算結(jié)構(gòu)各截面內(nèi)力、應(yīng)力和位移。

運(yùn)營(yíng)階段，按成橋狀態(tài)下的恒載、活載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮、徐變，支座強(qiáng)迫位移和溫度效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算。

4．2．1 主梁應(yīng)力

圖5 短期效應(yīng)組合截面最小應(yīng)力圖

圖6 效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值組合截面最大應(yīng)力圖

由圖5，圖6可知，短期效應(yīng)組合主梁上緣應(yīng)力最小值為0．2 MPa，下緣應(yīng)力最小值為1．0 MPa;效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值組合主梁上緣應(yīng)力最大值為19．2 MPa，下緣應(yīng)力最大值為14．6 MPa，均滿足規(guī)范要求。

4．2．2 主要控制節(jié)點(diǎn)位移

圖7 正常使用極限狀態(tài)撓度圖

由圖7可知，消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度后主梁撓度最大值為10．2 cm(↓下?lián)?，滿足規(guī)范不應(yīng)超過計(jì)算跨徑1/600=23 cm的要求。

4．3 施工階段驗(yàn)算結(jié)果

圖8 各施工階段懸臂根部荷載應(yīng)力圖

由圖8可知，在構(gòu)件自重和預(yù)應(yīng)力等施工荷載的作用下，0號(hào)塊上緣應(yīng)力最大值為17．9 MPa，下緣應(yīng)力最大值為10．9 MPa，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了金沙洲大橋的工程特點(diǎn)及主橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，金沙洲大橋施工過程和運(yùn)營(yíng)階段的分析表明，該橋各部分結(jié)構(gòu)尺寸選擇合理，主體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移均滿足規(guī)范要求。掛籃懸臂施工方案的選擇滿足了對(duì)減少河道通航影響的要求，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。目前該橋正在建設(shè)中，預(yù)計(jì)2014年年底建成，建成后將為緩解金沙洲地區(qū)交通壓力，加強(qiáng)與廣州市中心城區(qū)的聯(lián)系發(fā)揮重要樞紐作用。

［1］ 范立楚．預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋［M］．北京:人民交通出版社，1988．

［2］ 陳毅明，黃古劍．貴遵公路烏江大橋設(shè)計(jì)［J］．橋梁建設(shè)，2008(4):47-50．

［3］ 陳曉波．馬水河特大橋T形剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)［J］．橋梁建設(shè)，2011，3(12):48-51．