寧德特大橋橋型方案比選

■吳江鴻

（福建省交通規劃設計院，福州 350004）

1 概況

寧德特大橋為福建省沈海復線寧德漳灣至連江浦口高速公路一控制性工程，橋梁跨越三都灣，起點處位于寧德市漳灣鎮馬山村北側，終點處位于飛鸞鎮上鄭村南側，橋位與溫福鐵路基本并行。根據寧德市總體規劃要求，路線布設于寧德學院與溫福鐵路之間的交通規劃走廊帶上，受兩岸互通布設、飛鸞碼頭航道等的限制，橋位選擇單一。橋位平面見圖1。

項目采用高速公路標準，設計速度100km/h，雙向6 車道，路基寬度33.5m，橋梁荷載采用公路-Ⅰ級。

圖1 橋位平面

2 建設條件

2.1 氣象

區域氣候屬中亞熱帶季風氣候，四季分明；年平均氣溫13.8℃～19.5℃，最高氣溫為39.4℃，最高月平均氣溫為28.7℃，最低月平均為2.4℃；年降水量1100～2143mm，3～9 月為雨季；多年平均年霧日數為12.6d，最多年霧日數為45d。全年盛行東南風，實測年平均風速為1.5m/s，實測最大風速為28.0m/s，多年平均最大風速11.0m/s。橋位地區設計風速見表1。

表1 橋位地區設計風速

2.2 水文

(1)橋址區海域潮流屬正規半日潮，潮流為往復流，根據實測的附近水域表面流速流向資料顯示：漲潮流向西，落潮流向東，流速最大為0.85m/s。附近海域的三都站潮汐特征如下：

圖2 大橋縱斷面

最高潮位：4.593m

最低潮位：-3.287m

平均高潮位：3.323m

平均低潮位：-2.207m

平均潮差：5.52m

最大潮差：7.8m

最小潮差：3.18m

(2)設計水位

橋梁設計水位采用300 年一遇潮位：極端高水位5.95m（85 國家高程基準）。

路基設計水位采用100 年一遇潮位：極端高水位5.73m（85 國家高程基準）。

(3)設計波高

三都澳屬半封閉海灣，外海波浪無法抵達項目區域，本工程所受波浪作用為風生波，百年一遇的波浪高為0.89m。

2.3 通航

寧德水道通航水域無通航等級且無規劃，現為金蛇頭客運碼頭船只通行使用，要求維持現狀通航水平。溫福鐵路寧德特大橋跨越寧德水道橋跨為標準跨徑32m，墩中心距為32.7m，未明確通航要求。

2.4 工程地質

(1)擬建橋梁跨越海灣、灘涂，橋址區地貌屬沖海積地貌，地形平坦開闊。根據地質調查和鉆孔揭示，橋址區地表主要上覆第四系素填土層（Q4me）；第四系沖海積層（Q4al-m）粉質粘土、淤泥層；第四系沖洪積層（Q4al+pl）卵石層;第四系殘坡積土層(Qel-dl)；下伏燕山晚期侵入花崗巖（γ53）及其風化層。橋址區未見滑坡、崩塌、泥石流等大型不良地質作用。未見砂類土分布，不存在砂土液化問題。橋址區發育有厚度1.8～29m 不等的淤泥，本橋址區屬6 度區，可不考慮軟土震陷問題。未見活動性構造跡象，區域地質相對穩定。

(2)本場地屬軟弱場地土類型，工程場地類別為Ⅲ類。橋址區軟土發育，淤泥層厚度大，為抗震不利地段。

(3)擬建線路工程50 年超越概率10%的一般場地地表水平峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期0.35s，抗震設防烈度為6 度。

(4)橋址區內地表水主要為三都澳（漳灣）海水，海域部分海水對砼有結晶分解復合類強腐蝕性，地下水主要為賦存于卵石層孔隙中，地下水對砼有結晶分解復合類弱腐蝕性。

3 橋型方案構思與比選

跨海大橋總長度約11km，橋梁規模大，其跨徑的合理布設、施工方案的合理選擇等均對大橋的工程造價及工期影響巨大?？v斷面圖見圖2。

3.1 橋型方案構思原則

(1)通航孔布置應滿足通航要求并降低船撞概率。

(2)橋跨布置應與水深、地質條件相匹配，以降低造價及施工難度。

(3)貫徹標準化、工廠化、預制化等原則，將施工時間和風險降到最低。

(4)做到工程造價和施工工期最優化。

(5)橋跨布置應使結構受力合理。

(6)重視造型和景觀設計，與環境協調。

3.2 跨徑備選方案

通航孔橋跨越寧德水道，根據通航要求采用40m跨徑即可滿足要求，凈空上有一定富余?？缭奖卑逗５桃膊捎?0m 跨徑。以上橋孔在本大橋中的體量很小，對造價及工期影響小，本文不再進一步比選。鑒于本橋規模大、潮差大、水深淺、海流流速小、波浪小、工期緊等特點，為減小施工難度，擬采用等截面的上部結構。位于橋梁右側約200m 的溫福鐵路寧德特大橋除跨越沈海高速公路和海堤采用主跨80m 或64m 的變截面連續箱梁外，其余均采用32m 或24m 的簡支箱梁，本橋在跨徑布設上還應考慮與鐵路橋的景觀協調。大橋的施工可選方案較多，要考慮國內施工設備的整體能力、施工技術水平，選擇較成熟的施工工藝。

(1)30～40m 裝配式預應力混凝土T 梁（先簡支后結構連續）

國內裝配式T 梁應用廣泛，施工工藝成熟，利于施工質量控制。上部結構預制安裝，減少海上作業時間，可采用整片吊裝和梁上運梁的施工方式，施工周期比同等跨徑的現澆箱梁短。下部結構采用雙柱式墩，施工速度快，但墩柱林立，景觀效果較差。50m 跨徑吊裝重量較大，吊裝設備較少，經濟性較40m 及以下跨徑差，35m 跨徑造價較30m 高（造價比約為1.06）且工期優勢較小，擬僅對30、40m 進行進一步比選。

(2)30～40m 裝配式預應力混凝土箱形連續梁（先簡支后結構連續）

具有與裝配式T 梁類似的優缺點，兩者有很強的競爭力。相對于同等跨徑的T 梁而言，有以下不同：每孔橋預制梁片數較少，對工期控制較為有利；但其施工工藝相對復雜，施工質量控制難度較大，單片梁吊裝重較T 梁大（如30m 跨徑重104t，而T 梁為73t）；濕接縫道數較少、總寬占橋寬比例小，在互通區變寬段調整不如T 梁靈活。考慮到40m 跨徑吊裝重較大，運輸及吊裝上難度較大，且經濟性較差，擬采用30m 跨徑與其它方案進行比選。

(3)50m 預應力混凝土連續箱梁

整體現澆（預制）連續箱梁在跨徑可選擇40～80m，施工方案選擇也較多，如支架現澆、移動模架逐跨現澆及節段拼裝等。根據本橋地質、水深、橋高等條件，60m 及以上跨徑造價高，經濟性較差，施工所需設備要求較高，施工難度較大，其建筑高度、跨徑、墩高三者配合景觀效果不佳，與鐵路橋孔布設反差大，協調性較差。因此，宜選擇60m 以下跨徑作為備選方案。從工期考慮，箱梁采用等截面較為合理。由于40m 等截面連續箱梁在造價和工期上不如同等跨徑裝配式T 梁（箱梁），擬采用50m 等截面連續箱梁作為備選方案。

3.3 主梁施工方案

(1)30～40m 裝配式預應力混凝土T（箱）梁

裝配式預應力混凝土T 梁、箱梁采用雙導梁架設，工藝成熟，施工吊裝設備多。

(2)50m 預應力混凝土連續箱梁

50m 等跨等截面預應力混凝土連續梁結構可采取支架或移動模架逐孔現澆、節段預制逐孔拼裝、節段預制懸臂拼裝或整孔預制梁上運梁的施工方法?？紤]本橋潮差大、淤泥較深等因素，支架搭設困難，現澆施工推薦采用移動模架。節段預制和整孔預制、梁上運梁的施工方法施工速度較快，但對于預制場和架設機具的要求相當高，特別是后者。根據國內部分跨海大橋的研究成果及實施情況，箱梁上部結構不同工法比較見表2。

表2 箱梁上部結構不同工法比較

箱梁提前預制、現場裝配的施工方法，海上作業時間短，施工速度較快，但與移動模架施工相比，造價高出較多，且場地施工條件適應性較差。為合理降低工程造價，推薦采用移動模架法，可增加移動模架數量，增加工作面，縮短工期。

3.4 工期比較

項目工期初擬為3 年。大橋按南北岸劃分施工段，一側各約5.5km，為方便比較，按等跨徑布設。主梁架設工期比較見表3。

表3 主梁架設工期比較

上述方案的工期都可滿足總體建設安排，其中方案1～3 均采用常用的施工工藝，風險較小，方案4 中需要的移動模架數量較多，能否投入較多的模架存在較大的風險，且造價顯著增加，此外，本橋移動模架起吊安裝無法使用船舶，雙幅橋施工需要增加較多鋼棧橋等臨時工程。

3.5 綜合比選

在上述比選的基礎上，結合地質、橋長、預制場位置的情況，按照淤泥厚度、墩高、水深及樁基受力情況等進行技術經濟綜合比選，提出橋跨布置推薦意見。方案典型橫斷面見圖3，綜合比選見表4，為敘述方便，定義A 類為淤泥厚度大于25m、水深大于3m 橋跨，B類為淤泥厚度小于25m、水深小于3m 橋跨。圖中括號內數字為A 類數據，括號外數字為B 類數據。

圖3 橋梁典型橫斷面

以上比選表明，裝配式箱梁和T 梁具有較為明顯的優勢。兩者相比較，前者由于缺少強大的橫梁，荷載橫向分布上較后者劣勢，對于本項目功能定位為過境交通，重載交通比重較大，在結構受力上較后者不利；此外，箱梁預制施工質量控制要求也較高。但考慮到本橋工期壓力大，后者的優勢較大，最終選擇后者即30m裝配式箱梁方案為大橋主要橋孔的橋型方案，針對箱梁的不足之處，除了要求加強施工管理外，對其結構進行改進以提高其服務水平，如：增設了中橫隔板加強橫向剛度，優化橫向分布；腹板厚度由18cm 加厚至20cm，有利于混凝土的振搗密實及預應力管道的布設定位；優化預應力鋼束配置、提高應力儲備等。

3.6 施工方案建議

根據上述比選成果，橋梁盡可能采用預制吊裝方案，僅互通區部分橋跨采用支架現澆，采用全棧橋和分棧橋、作業平臺的施工方案，綜合考慮大橋的建設條件、省內高速公路施工標段工程規模的控制原則、可能的施工組織方案等，建議大橋劃分為南北岸2 個標段，考慮南岸飛鸞復合互通工程量較大，大橋劃分段落可適當減少。

4 結語

經多方面比選，寧德特大橋最終確定了符合大橋建設條件和工程特點的橋型方案。目前，大橋已全線開工建設，由于北岸公鐵交叉及寧德東互通方案的調整，北岸部分主線橋劃入A1 標段，其他部分劃分為A2、A3兩個標段，橋梁建設進展順利。

表4 橋梁跨徑方案綜合比較表

[1]周念先.橋梁方案比選[M].上海：同濟大學出版社,1992.

[2]陳雙全.浙江某跨海特大橋橋位和橋型方案比選論證[J].公路,2013(1).

[3]中交公路規劃設計院有限公司.泉州灣跨海大橋初步設計[Z].北京:2010.