金沙洲大橋拓寬改造方案設計

高敏英

（中都工程設計有限公司，廣州 510095）

1 項目概述

金沙洲位于廣州市白云區(qū)西部，位于由珠江和支流圍成的一座相對獨立的島上，島內西、北、南三面緊接南海地界，東與羅沖圍隔珠江相望，是廣州西部的重要出口。金沙洲因距離廣州較近，島上經(jīng)過房地產開發(fā)后，金沙洲舊橋的通行能力已經(jīng)不能滿足島上居民出行的需要。舊橋主橋為（93+138+93）m三跨預應力連續(xù)梁，引橋為20~30 m 空心板結構，雙向4 車道。

2 擴寬工程主要技術標準

將現(xiàn)有金沙洲大橋改造成三車道，汽-20 級設計，掛車-100 驗算；

拓寬新建橋梁：新修建一幅三車道橋梁，橋寬12.5 m，城-A 級；

新建橋梁寬度：0.5 m+11.5 m+0.5 m=12.5 m；

設計車行速度：40 km/h；

橋下道路凈寬：h凈>5.0 m；

橋下通航標準：設計通航水位+7.0 m，凈寬80 m，凈高8.7 m；

設計風載：按廣州地區(qū)平均風壓800 Pa 計；

地震荷載：抗震設防烈度7 度，設計基本地震加速度為0.10g。

3 擴寬工程設計的主要思路

本項目難點在東引橋區(qū)段的拆遷工作，整個線位被幾棟8~9 層的居民樓所限制，根據(jù)拆遷量的不同，設計提出兩個不同方案進行比較。

方案一：在舊橋的南側增加一幅新橋，在東引道處接入舊橋。改造完成后過江通道變更為雙向六車道，本方案考慮拆除東引道拐角控制點處南側8 層居民樓，對東引橋進行加寬以滿足雙向六車道要求。

方案二：在舊橋北側增加一幅新橋，在東引橋處接入舊橋。改造完成后過江車道變更為雙向六車道，增槎路往金沙洲方向地面車輛通過C 匝道上橋。對東引橋局部位置進行加寬，保證其最窄處5 個車道設置，其中3 個車道為金沙洲往內環(huán)路、增槎路方向車道，2 個車道為內環(huán)路方向往金沙洲方向過江車道。該方案拆遷工作量少，基本不波及東引橋拐角控制點處8 層及9 層居民樓。

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構形式一致的原則，在舊橋局部加寬改造路段，新增橋墩盡量與舊有橋墩對齊，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，下部結構橋墩整齊劃一，景觀效果更好。

4 主橋橋型方案構思

金沙洲大橋原主橋結構采用（93+138+93）m 三跨預應力連續(xù)梁，加寬工程本著與原舊橋對齊的原則，本次主橋跨度與舊橋一致。在此基礎上，主橋結構采用兩個方案進行比選，推薦方案與原舊橋一致，采用（93+138+93）m 三跨預應力連續(xù)梁；比選方案采用（93+138+93）m 波形鋼腹板預應力混凝土連續(xù)梁。兩個方案從外形上看，新舊橋基本一致。

5 橋梁方案設計綜述

5.1 方案一

5.1.1 橋式方案一總布置

新建拓寬橋梁位于現(xiàn)有金沙洲大橋南側，線位基本與舊橋平行，與現(xiàn)有橋梁中心間距19.25 m，在跨過珠江后接入舊橋。東引橋根據(jù)橋寬需要進行局部加寬處理。

橋式方案一的橋梁總長798 m。由西至東孔跨組成為：（20+20.4+21）m（空心板）＋（27.6+28+30）m（小箱梁）＋（93+138+93）m（三跨預應力連續(xù)梁）+3×31 m（小箱梁）+（6×20+18）m（空心板）+（2×18+3×20）m（混凝土連續(xù)梁），共6 聯(lián)，其中，前4 聯(lián)為新建橋梁，橋梁結構及跨徑與原舊橋相對應，后兩聯(lián)為與舊橋相接部分，第五聯(lián)采用與原橋相同的結構形式（空心板結構），第六聯(lián)為在舊橋基礎上局部加寬，橋面寬度變化較大，采用現(xiàn)澆混凝土箱梁結構。新橋橋面標準寬度組成為：0.5 m（防撞欄桿）+0.5 m（左側路緣帶）+3×3.5 m（車行道）+0.5 m（右側路緣帶）+0.5 m（防撞欄桿）=12.5 m。

5.1.2 主橋（推薦方案）

主橋采用三跨預應力混凝土連續(xù)梁，跨徑組成93 m +138 m+93 m，全長324 m，單幅布置，橋面寬12.5 m。采用掛籃懸臂澆筑施工。

上部結構主梁橫斷面采用單箱單室斷面，箱梁頂板寬12.5 m，橫橋向設1.5%單向坡，兩則翼緣板懸臂長3.0 m。箱梁采用直腹板，腹板寬0.5~0.7 m，底寬6.5 m，頂板厚0.26 m，底板厚度由根部的1.3 m 變化至跨中0.26 m。順橋向梁高采用二次拋物線變化，根部梁高7.0 m，為主跨跨度的1/19.7，跨中梁高3.0 m，為主跨跨度的1/46。墩頂0 號梁段長12.0 m，4 個“T構”的懸臂各分為17 對梁段，其梁段數(shù)及梁段長度從根部至跨中各為：4×3.0 m、6×3.5 m、5×4.0 m，累計懸臂總長62 m。跨中合龍段和邊跨合龍段均為2.0 m，邊跨現(xiàn)澆梁段長22.9 m。

主梁縱向預應力鋼束設置了頂板束、底板束、腹板束和頂板合攏束，頂板束布置在各跨的負彎矩區(qū)內，底板束布置在正彎矩區(qū)。

豎向預應力鋼筋采用φ32 mm 高強度精軋螺紋鋼筋，豎向預應力鋼筋布置在箱梁腹板內，根據(jù)受力需要和構造要求，0.5 m 梁段內，橫橋向布置4 根或2 根。

主橋共有4 個主墩，邊墩采用雙柱框架墩，帽梁高1.5 m，樁柱為D200 cm 的鉆孔灌注樁接D180 cm 柱，其下設系梁1道。主墩采用矩形截面板式墩，墩寬6.5 m，墩厚3.2 m，為改善橋墩附近的水流條件，在橋墩的四角倒半徑R＝1.5 m 的圓，以利于船舶的航行安全。主墩承臺為9.2 m×9.2 m，厚3.5 m，基礎采用D200 cm 的鉆孔灌注樁，每幅橋每墩共4 根樁。

水中基礎采用鋼管樁搭設臨時施工平臺，施工鉆孔樁基礎，鉆孔樁施工完畢后，利用套箱圍堰施工承臺，墩身采用翻模分節(jié)段施工，主梁0 號塊利用墩旁托架現(xiàn)澆，其余節(jié)段利用施工掛籃懸澆施工，邊跨現(xiàn)澆段采用支架現(xiàn)澆施工。

5.1.3 主橋（比選方案）

比選方案主橋采用三跨波形鋼腹板預應力混凝土連續(xù)梁，跨徑組成93 m+138 m+93 m，全長324 m，單幅布置，橋面寬12.5 m。采用掛籃懸臂澆注施工。

上部結構為波形鋼腹板預應力混凝土箱形梁，除端橫梁及根部墩上A0 號和A1 號塊腹板分別為混凝土腹板及鋼-混凝土組合腹板外，其余均為波形鋼腹板，波形鋼腹板鋼材為Q345D，鋼板厚14～24 mm。箱梁根部梁高7 m，為主跨跨度的1/19.7，按2 次拋物線過渡到跨中梁高3 m，為主跨跨度的1/46。主梁橫斷面采用單箱單室斷面，箱梁頂板寬12.5 m，箱梁底板寬6.5 m，橫橋向設1.5%單向坡，兩則翼緣板懸臂長3 m，頂板厚26 cm，底板厚度由根部的120 cm 變化至跨中28 cm。順橋向梁高采用二次拋物線變化。

波形鋼腹板預應力混凝土箱形梁橋與通常的預應力混凝土箱形梁橋一樣可以采用節(jié)段懸澆施工，全橋共67 個節(jié)段，每個墩頂有1 個墩頂托架現(xiàn)澆施工段及13 對對稱懸澆澆施工段，全橋共3 對合龍段，每端各有1 個支架現(xiàn)澆的不平衡段。

波形鋼腹板預應力混凝土箱梁縱向預應力鋼束分兩種：體內束和體外束。

下部結構與推薦方案一致。

5.1.4 引橋

上部結構（預制部分），20 m 預制空心板為后張法預應力砼結構。板寬1.39 m，梁高95 cm，板上設10 cm 的整體化層，標準橋寬12.5 m，由8 塊板組成。

30 m 小箱梁為后張法預應力混凝土結構。30 m 跨小箱梁梁高1.6 m，梁頂寬2.03m，底板寬1.1m，兩片梁間通過現(xiàn)澆橋面板形成整體，橋面寬度12.5 m，由4 片梁組成。小箱梁采用整片梁整體旋轉實現(xiàn)橫坡，先簡支后橋面連續(xù)的結構體系。

下部結構均采用板式T 形墩，采用鋼筋混凝土結構，30 m跨小箱梁墩身截面尺寸為2.0 m×1.4 m，基礎為2 根D140 cm鉆孔樁，20 m 跨空心板梁墩身截面尺寸為2.0 m×1.0 m，基礎為2 根D120 cm 鉆孔樁。

現(xiàn)澆混凝土箱梁為與舊橋相接部分，為了更好地與原舊橋結構相接，保持新舊橋整體性及行車舒適性，上部結構采用普通鋼筋混凝土箱形梁，加寬橋面較窄處箱梁做成實體結構。箱梁梁高1.5 m，下部結構采用D100 cm 鉆孔灌注樁接D80 cm 柱。

新舊橋連接具體做法為鑿除舊橋側50 cm 防撞墻，再根據(jù)新橋增加寬度范圍現(xiàn)澆混凝土，下部結構采用柱式橋墩，局部位置為避讓地面道路做成門架式框架墩。

5.1.5 主橋方案比選

主橋方案比選內容及結果見表1。

表1 主橋方案比選內容及結果

5.2 方案二

5.2.1 橋式方案二總布置

新建橋梁位于舊橋北側，線位基本與舊橋平行，在東引橋處接入舊橋，在東引橋處設置C 匝道使車輛由地面層上橋，對東引橋局部位置進行加寬處理。

橋式方案二總長902.57 m。孔跨組成為：（20+20.6+21）m（預制空心板）＋（27.4+28+30）m（預制小箱梁）＋（93+138+93）m（三跨預應力連續(xù)梁）+3×30 m（預應力混凝土連續(xù)梁）+（7×20）m（混凝土連續(xù)梁）+（3×20）m（混凝土連續(xù)梁）+（5×20+21.57+20）m（混凝土連續(xù)梁），共7 聯(lián)，其中，前3 聯(lián)為新建橋梁，橋梁結構及跨徑與原舊橋相對應，第四聯(lián)為30 m 預應力混凝土結構，第五、六聯(lián)為在舊橋基礎上局部加寬，橋面寬度變化較大，采用現(xiàn)澆混凝土箱梁結構。新橋橋面標準寬度組成為：0.5 m（防撞欄桿）+0.5 m（左側路緣帶）+3×3.5 m（車行道）+0.5 m（右側路緣帶）+0.5 m（防撞欄桿）=12.5 m。

5.2.2 主橋

主橋結構及跨徑布置與方案一相同。

5.2.3 引橋

引橋預制部分與方案一相同。

現(xiàn)澆混凝土箱梁為與舊橋相接部分，為了更好地與原舊橋相接，保持新舊橋整體性及行車舒適性，上部結構采用普通鋼筋混凝土箱型梁，加寬橋面較窄處箱梁做成實體結構。箱梁梁高1.4 m，下部結構采用D120 cm 鉆孔灌注樁接D100 cm柱。30 m 預應力混凝土箱梁梁高1.7 m，下部結構采用D160 cm 鉆孔灌注樁接D140 cm 柱。

新舊橋連接具體做法為鑿除舊橋側50 cm 防撞墻，再根據(jù)新橋增加寬度范圍現(xiàn)澆混凝土，下部結構采用柱式橋墩，局部位置為避讓地面道路做成門架式框架墩。

5.2.4 C 匝道橋

C 匝道橋跨度布置為（4×22）m，全長88 m，采用普通鋼筋混凝土箱梁，箱寬為9.0 m，20 m 跨梁高1.5 m，下部結構采用D160 cm 鉆孔灌注樁接D140 cm 墩。

6 橋梁方案比較

兩個方案橋梁工程結構形式基本相同，均需要對東引橋進行局部加寬改造，技術難度較高，施工期間需采取合理的交通組織，以保證加寬改造工程的順利實施。其中方案一與新增的羅涌圍－西槎路道路，交通組織較合理，故設計推薦采用方案一。

7 主要靜力計算分析

1）正截面承載力大于承載能力極限狀態(tài)組合內力值，截面承載能力滿足規(guī)范要求。

2）長期效應組合截面上緣最小正應力為1.01 MPa，截面下緣最小正應力為2.52 MPa，滿足JTG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（以下簡稱《橋規(guī)》）全預應力構件上下緣均不允許出現(xiàn)拉應力的要求。

3）短期效應組合正截面上緣最小正應力為0.19 MPa，截面下緣最小正應力為0.51 MPa。斜截面混凝土最大主應力為-0.20 MPa<主應力限值-1.14 MPa，滿足《橋規(guī)》第6.3.1 條要求。

4）組合混凝土上緣最大正應力為19.16 MPa，下緣最大正應力為14.56 MPa。根據(jù)《橋規(guī)》第7.1.5 條，要求壓應力σc=σkc+σPt≤0.5fck=19.30 MPa（σc為受壓混凝土最大壓應力；σkc為混凝土法向壓應力；σPt為混凝土法向預壓應力；fck為混凝土軸心抗壓強度標準值），滿足規(guī)范要求。混凝土最大主壓應力為19.16 MPa，根據(jù)《橋規(guī)》第7.1.6 條，要求最大主應力σcP≤0.6fck＝23.1 MPa，滿足要求。

通過計算分析表明，橋梁各部分結構尺寸選擇合理，各截面受力均滿足規(guī)范要求。

8 結語

金沙洲大橋是金沙洲聯(lián)系珠江水道東岸的重要通道。金沙洲大橋拓寬工程實施完成后，通行車道數(shù)由原來的雙向四車道增加到雙向六車道設計，通行能力也得到了提升，很大程度上緩解了島上居民出行的交通壓力，給島上居民帶來了出行的便利，其建設為廣州市西部經(jīng)濟提供助力。