大洲港大橋方案設計

大洲港大橋方案設計

劉麗鵬

(廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司)

簡單介紹了惠州大洲港大橋主橋的結構設計方案，擬訂了連續剛構橋、斜拉橋等幾個方案，通過綜合比選確定連續剛構橋作為大洲港大橋主橋推薦方案。

方案設計；連續剛構；斜拉橋

1 橋梁概況

擬建大洲港大橋位于廣東省惠州市惠東縣稔平半島境內，跨越了考洲洋河口航道，該航道規劃為5000噸級海輪航道，擬建大橋按通航5000噸級海輪標準進行設計。

2 主要技術指標

公路等級：雙向4車道高速公路；

設計時速：100km/h；

設計荷載：公路Ⅰ級；

通航標準：5000噸級海輪；

地震荷載：動峰值加速度為0.1g,地震烈度為Ⅶ度。

3 橋型方案設計

根據擬建大洲港大橋所處地理位置，該大橋在滿足行車和通航功能要求的前提下，重點突出結構的安全性、經濟性、實用性以及耐久性，同時還應該重點考慮以下關鍵問題：

⑴5000噸級海輪通航凈寬要求，由于目前該項目的通航論證報告尚未批復，暫時參考附近項目惠東縣大亞灣范和港大橋的通航報告批復文件進行設計。范和港大橋通航報告批復文件對5000噸級海輪通航凈空要求：單孔雙向通航宜采用300m左右跨徑；雙孔單向通航宜采用190m左右跨徑。

⑵橋梁位于外海與內灣交匯處，應考慮海水及海洋大氣對橋梁結構的腐蝕作用，結構耐久性要適當提高。

⑶海水潮汐作用外加波浪力影響，5000噸級海輪通行前提下，對橋墩的防撞能力提出更高要求。

在雙孔單向通航190m左右主跨時橋梁類型的選擇有：連續剛構、矮塔斜拉橋、斜拉橋、拱橋、自錨式懸索橋等；在單孔雙向通航300m左右主跨時，可考慮斜拉橋和自錨式懸索橋。

自錨式懸索橋：可采用單塔或者雙塔結構，施工順序為先梁后纜，主梁一般采用頂推法施工，施工時需在水中搭設臨時墩，施工過程通航影響大且施工過程復雜。考慮在300m左右跨徑時，上部結構宜采用鋼箱梁，相對于鋼筋砼結構鋼結構造價高，且橋位處于咸淡水交匯處，海水及空氣對鋼結構的腐蝕較大，后期養護費用較高，不推薦采用。

拱橋：可采用中承式或下承式拱橋，結構形式有鋼管混凝土或鋼結構，拱橋的施工可以先梁后拱，也可以先拱后梁。先梁后拱影響航道，需海中臨時設墩，對通航安全影響較大；先拱后梁需設置扣索、風纜等許多施工臨時構造，施工復雜且措施費高；若采用整體吊裝，則對施工場地、設備以及安裝技術的要求都特別高，風險大施工安全難保證。總之，拱橋施工費用高風險大，也不推薦。

該項目相對比較適合的橋型有連續剛構、矮塔斜拉橋、斜拉橋，下面對這幾個方案進行詳細比較以確定大洲港大橋的推薦方案。

3.1 (110+190+190+110)m連續剛構方案

方案一：主橋采用(110+190+190+110)m連續剛構，邊中跨比0.579。橋型布置見圖1。半幅橫斷面為0.5m (防撞欄)+2.5m(硬路肩)+2×3.75m(行車道)+0.5m(左側路緣帶)+0.25m(C值)+0.5m(防撞欄)=24/2m。

主梁為預應力鋼筋砼結構，截面為變高度直腹板單箱單室斷面。主梁頂寬12m，底寬6m,兩側翼緣板寬3m。墩頂梁高11m，高跨比1/17.3；跨中梁高4m，高跨比1/47.5，梁高按2次拋物線變化；底板水平，頂板通過邊腹板不等高設2%的橫坡。主梁采用三向預應力體系。

圖1 連續剛構橋型布置圖

主墩采用空心薄壁墩，截面尺寸為7m×2.5m。承臺以上6m范圍內縱橋向兩個薄壁采用實心斷面連接形成一個10m×7m的整體箱室，增強橋墩的防撞能力。墩身采用海工C50砼；基礎采用15根2.8m鉆孔灌注樁。承臺為左右幅整體式鋼筋砼承臺，順橋向尺寸16m，橫橋向尺寸32m，厚度5m，采用海工C40混凝土。

本方案施工時先搭設施工棧橋，插打鋼護筒，架設施工平臺，施工鉆孔灌注樁。承臺施工采用鋼套箱，在鋼套箱定位之后，依次進行封底砼和承臺施工，最后澆筑橋墩，主梁采用掛籃懸澆施工，工期約24個月。

3.2 (110+190+190+110)m矮塔斜拉橋方案

方案二主橋采用三塔單索面矮塔斜拉橋，塔墩梁固結體系，邊中跨比為0.579。橋型布置見圖2。半幅橫斷面為0.5m(防撞欄)+2.5m(硬路肩)+2×3.75m(行車道) +0.5m(左側路緣帶)+0.25m(C值)+0.5m(防撞欄)+ 2.5/2m(塔柱寬)=26/2m。

主梁為預應力鋼筋砼結構，截面為變高度、斜腹板單箱三室斷面。主梁頂寬26m，兩側翼緣板寬4.5m，墩頂梁高7.5m，高跨比1/25.3；跨中梁高3m，高跨比1/63.3；梁高按2次拋物線變化；底板水平，頂板通過邊腹板不等高來設2%的橫坡。主梁采用三向預應力體系。

主橋斜拉索采用單索面扇形布置。斜拉索采用環氧噴涂鋼絞線索，主塔塔根沿縱橋向兩側無索區長度為34m，中跨跨中無索區長度為20m。梁上索距為4m，塔上索距為0.8m，全橋共有108對216根斜拉索。拉索在塔端采用分絲管錨固方式，在梁上的錨固方式采用箱內錨固，錨固塊位于頂板之下。

主塔采用雙柱式矩形實心斷面砼塔，主塔高28m。塔柱在順橋向由上到下逐漸收窄，上塔柱拉索區采用連體構造，下塔柱無索區雙柱獨立。主塔順橋橋向寬度4m～6.5m,橫橋向寬度2.5m。

主墩采用鋼筋砼矩形實體墩，墩身橫橋向尺寸12m～16m；順橋向尺寸與梁(承臺)相交處為5m,中間縮短至4m。基礎采用15根2.8m的鉆孔灌注樁，采用整體式鋼筋砼承臺，順橋向16m,橫橋向32m，厚5m。

本方案樁基用鉆孔灌注樁施工，承臺用鋼板樁圍堰施工，主墩用爬模法施工；主梁用掛籃懸澆施工，主梁施工同時主塔用爬模法現澆施工；有斜拉索錨點的節段在該節段澆筑完成后掛前移之后進行斜拉索的安裝和張拉，先合攏邊跨再合攏中跨，橋面系和附屬完成后，無需調整斜拉索索力，施工工期約27個月。

3.3 (190+190)m獨塔斜拉橋方案

方案三主橋采用獨塔單索面斜拉橋，塔墩梁固結體系。橋型布置見圖3。半幅橫斷面為0.5m(防撞欄)+2.5m (硬路肩)+2×3.75m(行車道)+0.5m(左側路緣帶)+0.25m (C值)+0.5m(防撞欄)+3.4/2m(塔柱)=26.9/2m。

主梁為單箱三室倒三角箱型斷面。主梁寬26.9m，中心高3.2m，兩個橫梁間距4.0m。橋面板厚0.25m，局部加厚到0.65m；普通橫梁厚0.4m，邊跨壓重段橫梁厚0.6m，過渡墩、主塔處橫梁加厚至1.5m。主梁橫斷面見圖4。

圖2 矮塔斜拉橋橋型布置圖

圖3 獨塔斜拉橋橋型布置圖

圖4 獨塔斜拉橋橫斷面布置圖

斜拉索采用空間扇形索面布置，為平行高強鋼絲斜拉索，主梁索間距為8m，塔上索間距為2m，主塔兩側各分布46對92根斜拉索。

主塔采用獨柱式鋼筋混凝土矩形截面，橋面以上塔高85m，塔身截面順橋向頂部寬度為6m，底部寬度8m,橫橋向3.5m。基礎采用15根3.0m的鉆孔灌注樁，左右幅采用整體式鋼筋混凝土承臺，承臺順橋向寬度17m,橫橋向寬度34m，承臺厚度5m。

本方案樁基用鉆孔灌注樁法施工，主塔用爬模現澆法施工，主梁用掛籃現澆施工，用主塔下橫梁安裝主梁0#段托架，在托架上澆筑0#～1#節段砼，安裝前支點掛籃，澆筑2#節段，張拉2#梁段的縱橫向預應力束，安裝第一對斜拉索，前移掛籃澆筑剩下梁段直至合攏，工期約29個月。

3.4 (152+300+152)m雙塔斜拉橋方案

方案四主橋為(52.5+99.5+300+99.5+52.5)雙塔單索面斜拉橋，采用塔墩梁固結體系。橋型布置見圖5。半幅橋橫斷面布置同方案三。主梁橫斷面布置同方案三，詳見圖4。

斜拉索為空間扇形索面布置，為平行高強鋼絲斜拉索，熱擠壓索套防護。主梁索間距為6m，塔上索間距為1.6m。主塔兩側各分布92對184根斜拉索。

主塔采用獨柱式鋼筋砼橢圓形截面，橋面以上塔高80m，塔身截面順橋向寬度為7.5m，橫橋向3.5m。基礎采用16根2.8m的鉆孔灌注樁，左右幅采用整體式鋼筋混凝土承臺，承臺順橋向寬度16m,橫橋向寬度33.6m，承臺厚度6m。本方案施工步驟同方案三，施工工期約32個月。

3.5 設計方案綜合比選

從景觀效果上看，連續剛構造型單調，根部梁高較高，橋梁景觀效果相對較差。部分斜拉橋和雙塔斜拉橋比較輕盈梁高較低，與引橋梁高比較接近，整體協調性及景觀效果都比較好。

圖5 雙塔斜拉橋橋型布置圖

從技術上看，連續剛構在設計、施工、養護上均積累相當成熟的經驗，同時箱梁裂縫和跨中下撓等問題也表現的比較突出。但連續剛構橋經過多年經驗的積累，設計中可以采取一定的措施來防止主梁開裂和較大的后期變形。部分斜拉橋與連續剛構橋相比，可以減少主梁的彎矩和剪力，能有效降低梁高減輕自重，通過調整索力也可以改善主梁的下撓問題。雙塔斜拉橋目前也是一種很成熟的橋型，施工工藝也成熟，但是造價較高。

從防撞能力看，連續剛構本身雙薄壁墩防撞能力差，但方案一通過將墩底一定范圍內的雙薄壁連成整體箱室，可以極大的提高橋墩的防撞能力。部分斜拉橋和斜拉橋采用單薄壁墩，但橋墩結構剛度大，抗船撞能力較強。雙塔斜拉橋跨度大，通航能力較好，在不考慮經濟性的前提下，能有效降低船舶撞擊橋墩的概率。

從后期的運營養護看，連續剛構維護最簡單。部分斜拉橋和斜拉橋在使用過程中都要定期的對斜拉索進行檢測和維護甚至更換，維護工程量大。

表1 主橋方案綜合比較

4 結論

通過對以上四種橋型綜合比較，主橋采用(110+190+190+110)m連續剛構在使用功能、造價、工期等方面均具有一定優勢，而且連續剛構橋有成熟的設計、施工經驗及施工設備，能有效降低整個項目的工程造價，后期養護費用比斜拉橋小，可以大幅度降低成橋后的運營成本，故將連續剛構方案作為推薦方案。●

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[3]林元培.橋梁設計工程師手冊[M].北京：人民交通出版社，2007.

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[5]王伯惠.斜拉橋結構發展和中國經驗[M].北京：人民交通出版社，2004.