舟山市新城大橋改擴(kuò)建總體方案設(shè)計(jì)

楊成峰，何 駿

(浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310006)

1 工程概況

舟山新城大橋連接舟山本島和長峙島，起于舟山本島臨長路與海天大道交叉口，沿現(xiàn)狀臨長路，跨定沈水道，經(jīng)東擔(dān)峙島，終于長峙島臨長路與桃源路交叉口，橋梁全長1 394 m，定沈水道主通航孔滿足500 t級(jí)雜貨船單孔雙向通航。

新城大橋是目前連接舟山本島和長峙島的唯一通道，隨著長峙島的快速開發(fā)，新城大橋交通壓力與日俱增。為了加快長峙島開發(fā)建設(shè)，滿足日益增長的交通需求，擴(kuò)建新城大橋是極為必要的。

2 橋型方案

2.1 現(xiàn)狀橋梁概況

現(xiàn)狀新城大橋橋梁總長1 394 m，橋梁布跨為12×10 m+6×30 m+6×30 m+(36 m+148 m+36 m)+8×30 m+8×30 m+7×30 m。上部結(jié)構(gòu)主橋?yàn)橹谐惺戒摴芄跋禇U拱橋，主拱肋采用二次拋物線，矢高36.92 m，矢跨比1/4。其中148 m主跨為通航孔，通航標(biāo)準(zhǔn)為500 t級(jí)海輪，通航凈高14.5 m、凈寬106 m。大橋?yàn)槎?jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度40 km/h，設(shè)計(jì)荷載：汽車-超20級(jí)、掛車-120，橫斷面寬度16.4 m。

2.2 新建橋梁橋型方案

舟山作為近年來著力打造的休閑宜居城市，景色秀美，同時(shí)，新城大橋作為連接舟山本島與長峙島的唯一通道，故橋型設(shè)計(jì)應(yīng)充分體現(xiàn)景觀中心作用，要突出體現(xiàn)橋梁與環(huán)境景觀的協(xié)調(diào)性，使大橋成為交通紐帶和兩岸景觀的紐帶。根據(jù)通航要求和現(xiàn)狀新城大橋橋跨，主橋主跨設(shè)置為148 m，單孔雙向通航，提出三種主橋橋型方案如下。

方案一：36 m+148 m+36 m中承式系桿拱橋，主拱肋和邊拱肋均向橋軸中心線傾斜，傾角均為76.826°，主、邊拱肋均為鋼結(jié)構(gòu)箱形斷面，邊拱肋兩端之間設(shè)置系桿索，平衡主拱拱腳推力。

方案二：66 m+148 m+66 m自錨式懸索橋，主橋采用2根主纜，空間布置。主塔采用鉆石形混凝土塔，每個(gè)主塔塔頂設(shè)置一對(duì)主索鞍。主橋橋面加勁梁采用了扁平鋼箱梁截面，以適應(yīng)施工期間的梁體架設(shè)和成橋后的軸向壓力。

方案三：80 m+148 m+80 m部分預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主梁采用變截面斜腹板連續(xù)箱梁，主塔采用雙柱式混凝土橋塔，每個(gè)塔上設(shè)置8對(duì)斜拉索。

自錨式懸索橋、部分預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋作為單獨(dú)的橋梁景觀效果較好，但是與現(xiàn)狀新城大橋的協(xié)調(diào)性不足。中承式系桿拱橋跨徑、結(jié)構(gòu)形式以及大橋風(fēng)格與現(xiàn)狀新城大橋一致，與周邊景觀協(xié)調(diào)性較好，施工技術(shù)成熟可靠，故主橋采用(36+148+36)m中承式系桿拱橋方案。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)體系

主橋橋跨布置與現(xiàn)狀新城大橋一致，橋跨布置為36 m+148 m+36 m，主橋全長220 m。拱肋矢高37 m，矢跨比1/4。主橋橋型為中承式鋼箱系桿拱橋，主、邊拱肋均向橋軸中心線傾斜，傾角為76.826°，邊拱肋兩端之間設(shè)置系桿索，平衡拱肋推力。跨中橋面系縱梁通過牛腿擱在拱肋橫梁上，跨中橋面系即形成半漂浮體系，結(jié)構(gòu)受力簡單明確，施工控制也較為容易。

3.2 拱肋結(jié)構(gòu)

現(xiàn)狀新城大橋采用啞鈴型鋼管混凝土拱系桿拱橋，鋼管混凝土具有承載能力高、耐火性能較好以及經(jīng)濟(jì)效果好等優(yōu)點(diǎn)，但是鋼管混凝土內(nèi)混凝土屬于隱蔽工程，混凝土的澆灌質(zhì)量不易控制，對(duì)泵送混凝土的質(zhì)量要求及施工管理要求較高，容易出現(xiàn)混凝土與鋼管脫空現(xiàn)象，降低結(jié)構(gòu)承載力。

鋼箱拱較啞鈴型鋼管混凝土系桿拱橋有以下優(yōu)點(diǎn)：采用閉口鋼箱拱肋橫、豎向抗彎慣矩均較大，而啞鈴型截面橫向抗彎慣矩較小，橋位處風(fēng)速較大，橫向受力明顯；鋼箱拱施工質(zhì)量易控制、施工工序少、施工工期短。故新建拱橋拱肋截面采用鋼箱截面。

主拱肋采用拱提籃形式，拱軸線為二次拋物線，拱肋斷面為單室箱形斷面，寬度為1.6 m，高度從拱頂?shù)?.2 m二次拋物線變化到拱腳的3.5 m。拱肋跨中斷面頂?shù)装濉⒏拱搴駷?0 mm；支點(diǎn)斷面頂?shù)装濉⒏拱搴駷?0 mm。箱內(nèi)設(shè)置縱向板式加勁肋，采用剛性加勁設(shè)計(jì)。

3.3 系桿

作為連接主跨、邊跨的紐帶，系桿設(shè)置在橋面與拱肋相交處，分別與橋軸線相平行，并置于橫梁之上。本橋系桿為了避免與主拱肋、邊拱肋相交使其結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜化，采用XGKⅠ系桿索，以適應(yīng)平面內(nèi)的彎曲變化。全橋共設(shè)置4對(duì)系桿，每根系桿采用55根環(huán)氧涂層鋼絞線。

3.4 吊桿

全橋共設(shè)置13對(duì)吊桿。吊桿沿橋縱向?yàn)榇怪辈贾茫瑯?biāo)準(zhǔn)間距為8 m。每個(gè)吊點(diǎn)設(shè)一根吊桿，吊桿采用φ7 mm高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲，鋼絲抗拉強(qiáng)度fpk=1 670 MPa，采用PES7-73和PES7-91兩種規(guī)格。

3.5 結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)

新城大橋主橋?qū)儆诳绾４髽颍Y(jié)構(gòu)物處于海洋環(huán)境之中，常年濕度大，海水含鹽度高，漲落潮的干濕侵蝕效應(yīng)、海洋大氣的腐蝕環(huán)境，對(duì)大橋的使用壽命有極大的影響。本橋設(shè)計(jì)中采取多種措施提高結(jié)構(gòu)的耐久性，包括采用海工耐久混凝土、混凝土及鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝、控制保護(hù)層厚度、混凝土摻阻銹劑、海水耐蝕劑等。

3.6 施工方案

拱橋常規(guī)施工方案可采用纜索吊方案，該施工方案技術(shù)成熟，但施工工效低、進(jìn)度慢，大量的海上施工作業(yè)影響施工工期及施工質(zhì)量。結(jié)合橋位處的地理位置及通航條件，本橋創(chuàng)新性地采用大節(jié)段鋼箱拱整體制造、浮運(yùn)、架設(shè)技術(shù)。鋼箱拱大節(jié)段長度為105 m，寬度為22 m，高度為21.5 m，自重535 t，加上臨時(shí)撐桿及吊索總重量約640 t。該施工方案減少了水上吊裝作業(yè)次數(shù)，提高了鋼箱拱架設(shè)施工效率，有效地確保了安裝質(zhì)量控制及鋼箱拱肋整體線型控制。

4 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

基于總體計(jì)算的模型，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性屈曲的穩(wěn)定性分析(第一類穩(wěn)定)，計(jì)算過程中考慮了梁-柱作用，計(jì)入各構(gòu)件的初始軸力對(duì)幾何剛度矩陣的影響，各構(gòu)件的初始剛度由相應(yīng)工況的構(gòu)件初始內(nèi)力決定，對(duì)運(yùn)營階段恒+活工況進(jìn)行了穩(wěn)定分析，結(jié)構(gòu)第一階失穩(wěn)模態(tài)見圖1。

表1 穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

圖1 成橋狀態(tài)失穩(wěn)模態(tài)圖

5 結(jié) 語

舟山新城大橋改擴(kuò)建項(xiàng)目充分考慮橋位處的地形地貌、氣象、通航等條件，采用與現(xiàn)狀新城大橋景觀相協(xié)調(diào)的中承式系桿拱橋，并在結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)造、耐久性及施工方案等設(shè)計(jì)中進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新。新城大橋改擴(kuò)建工程已于2019年10月順利建成通車，大橋建成后已成為舟山新城一道靚麗的風(fēng)景線。