1.工程概況
廣州地鐵4號(hào)線沙灣特大橋是廣州地鐵4號(hào)線上一個(gè)技術(shù)難度大、控制工期的重要工程節(jié)點(diǎn)，它緊靠京珠高速沙灣特大橋上游，橫跨沙灣水道，橋跨布置為(70+120+70)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。
2.主要設(shè)計(jì)條件及標(biāo)準(zhǔn)
(1)設(shè)計(jì)荷載。
恒載：混凝土的容重采用26.25 kN/m³。
橋面結(jié)構(gòu)(包括橋面鋪裝及欄桿等)采用76 kN/m。
活載：輕軌四節(jié)，活載布置如圖1所示。
基礎(chǔ)不均勻沉降邊墩按0.5cm計(jì)，中墩按1cm計(jì)。
伸縮力：152.874 kN/單股鋼軌(伸縮區(qū))。
風(fēng)力：基本風(fēng)壓W0=0.8 kN/m²。
計(jì)算體系升降溫按±15℃ ，上下緣溫差按±8℃考慮。
斷軌力：480.0 kN/單股鋼軌。
地震基本烈度小于7度，按7度設(shè)防。
預(yù)應(yīng)力鋼束管道摩阻系數(shù)取0.20，預(yù)應(yīng)力管道偏差系數(shù)取0.002，預(yù)應(yīng)力鋼束松弛率0.025，一端錨具變形、鋼束回縮及墊板壓實(shí)值6mm。
(2)荷載組合。
組合a：恒載+活載+基礎(chǔ)沉降+軌道伸縮力(主力組合)。
組合b：恒載+活載+基礎(chǔ)沉降+軌道伸縮力+風(fēng)力+體系升溫+頂板升溫(主+附)。
組合c：恒載+活載+基礎(chǔ)沉降+軌道伸縮力+風(fēng)力+體系升溫+頂板降溫(主+附)。
組合d：恒載+活載+基礎(chǔ)沉降+軌道伸縮力+風(fēng)力+體系降溫+頂板升溫(主+附)。
組合e：恒載+活載+基礎(chǔ)沉降+軌道伸縮力+風(fēng)力+體系降溫+頂板降溫(主+附)。
組合f：恒載十活載+斷軌力(主力+特殊荷載)。
注：恒載包括結(jié)構(gòu)自重、二期恒載、預(yù)加應(yīng)力及混凝土收縮徐變。
(3)列車(chē)行駛速度不小于50 km/h。
(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用年限為100年。
(5)橋跨結(jié)構(gòu)在列車(chē)靜荷載作用下，其豎向撓度不大于L/1500m。
(6)橋跨結(jié)構(gòu)的橫向自振頻率應(yīng)不小于90/L，L為橋梁跨度,m。
(7)墩頂?shù)膹椥运轿灰茟?yīng)符合下列規(guī)定：
順橋方向，△≤5√L；橫橋方向，△≤4√L。
其中，L為橋梁跨度，m，當(dāng)為不等跨時(shí)采用相鄰跨的較小跨度，當(dāng)L<25m時(shí)，L按25m計(jì)。
(8)墩臺(tái)基礎(chǔ)的沉降應(yīng)按恒載計(jì)算，對(duì)于外靜定結(jié)構(gòu)，其工后沉降量不應(yīng)超過(guò)下列容許值：
a．墩臺(tái)均勻沉降量：20mm。
b．相鄰墩臺(tái)沉降量之差：20mm。
對(duì)于外靜不定結(jié)構(gòu)，其相鄰墩臺(tái)工后沉降量之差的容許值，還應(yīng)根據(jù)沉降對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加力的影響而定。
3.總體布置
3.1 平面布置
根據(jù)地形、地貌等邊界條件，本橋梁平面布置在半徑為1000m的曲線上。
3.2 縱斷面布置
根據(jù)兩側(cè)接線的要求，并考慮沙灣水道的凈空限制，本橋梁設(shè)置在半徑5000m的豎曲線上，兩側(cè)降坡均為-0.5%。
3.3 橋跨布置
由于緊靠下游京珠高速沙灣特大橋的橋跨為(70+120+70)m一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)布置，所以為了通航和景觀等要求采用一樣的橋跨布置。
3.4 橫斷面布置
梁體采用單箱單室箱梁，橋面寬度為9.3m，包括兩側(cè)各0.2m的擋板，為雙線，線間距為4m，軌距采用標(biāo)準(zhǔn)軌距1.435m。橋上軌道為無(wú)道碴軌道結(jié)構(gòu)，采用縱向承軌臺(tái)支承鋼軌，軌頂至梁頂?shù)母叨葹?.45m。
4.橋梁景觀設(shè)計(jì)
本橋結(jié)構(gòu)形式為連續(xù)剛構(gòu)，為了滿足軌道交通巨大的荷載，其主梁也較大，在墩梁結(jié)合處高度6.5m，跨中部位3.5m。設(shè)計(jì)中采用了多種手段對(duì)主梁進(jìn)行處理。將主墩設(shè)計(jì)成比梁體略寬，并將墩頂分兩向向上延伸，其分叉越往上越寬，側(cè)面看橋時(shí)，立面呈現(xiàn)出由墩頂處向外發(fā)散的幅射狀造型，弱化了巨大梁體的存在；在跨中梁體合龍段，增加豎向的凹槽，將梁一分為二，進(jìn)一步消除其巨大的體量感。
主墩的墩頂涂成藍(lán)色，下部刻有凹槽，整體讓人感覺(jué)到人性化的細(xì)節(jié)處理。其分叉狀的造型讓人聯(lián)想到羊角，隱含著廣州“羊城”的別稱；也可將其想像成一只飛翔的海鷗，體現(xiàn)廣州濱海城市特色。
在主梁與標(biāo)準(zhǔn)段梁的銜接處，兩種斷面形式區(qū)別非常大。設(shè)計(jì)采用“包”的方法，利用橋墩把活動(dòng)支座隱藏在橋墩內(nèi)。墩頂也被涂成藍(lán)色，與主墩不同的是上部不加分叉，是主橋墩與標(biāo)準(zhǔn)段墩的過(guò)渡形態(tài)。
5.結(jié)構(gòu)布置
本橋采用(70+120+70)m連續(xù)剛構(gòu)，橋梁截面形式為單箱單室箱梁，頂板寬9.3 m，底板寬6.9 m，中支點(diǎn)梁高6.5 m，跨中及邊支點(diǎn)梁高3.5m。墩身采用7.9m×3.0m矩形板式墩身，承臺(tái)尺寸為11.4 m×7.2 mx4.0 m，樁基礎(chǔ)采用6根奪1.8 m鉆孔樁，行列式布置，按柱樁設(shè)計(jì)。
6.結(jié)構(gòu)計(jì)算
6.1 主要受力構(gòu)件材料特性
主梁采用C50混凝土，E=3.5×10
4MPa，ρ=2.625t/m
3，R=35MPa；墩柱采用C40，E=3.3×10
4MPa，ρ=2.5t/m
3， R=28 MPa；混凝土鉆孔樁采用C25水下混凝土，E=2.9×10
4MPa，ρ=2.5 t/m
3， R=17.5 MPa。主梁采用雙向預(yù)應(yīng)力體系。縱向預(yù)應(yīng)力采用19-φ15.24和12-φ15.24兩種規(guī)格的鋼絞線，預(yù)應(yīng)力管道采用真空壓漿技術(shù)。豎向預(yù)應(yīng)力采用φ32精軋粗鋼筋。
6.2 靜力計(jì)算
靜力分析將結(jié)構(gòu)離散為平面桿系單元，采用本院自編綜合分析程序SCDS進(jìn)行。中支點(diǎn)處嵌固于樁底；主梁于邊墩處縱向自由、豎向約束；主梁與墩柱頂固結(jié)，見(jiàn)圖2。
通過(guò)計(jì)算，施工階段及運(yùn)營(yíng)階段橋梁各部分結(jié)構(gòu)的截面應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，在此不再細(xì)述。
主要控制節(jié)點(diǎn)位移見(jiàn)表1。從表1中位移值可見(jiàn)，因本橋具有很好的體系剛度，各主要控制點(diǎn)位移均不大，主跨跨中撓跨比為1/3108。
6.3 動(dòng)力計(jì)算
該橋的動(dòng)力特性分析采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算圖示，連續(xù)剛構(gòu)橋成橋狀態(tài)的計(jì)算圖示見(jiàn)圖3。
通過(guò)計(jì)算，成橋狀態(tài)的動(dòng)力特性見(jiàn)表2，由于梁段結(jié)構(gòu)自重較大，給出的結(jié)構(gòu)各主要部位的地震響應(yīng)均較大，但經(jīng)驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)各部位的地震響應(yīng)均在允許范圍之內(nèi)，結(jié)構(gòu)的抗震性能是有保證的。
7.結(jié)語(yǔ)
沙灣特大橋作為廣州地鐵4號(hào)線中一個(gè)重要工程節(jié)點(diǎn)，也是國(guó)內(nèi)地鐵同類型橋梁中跨度較大的，其在技術(shù)、景觀、進(jìn)度和質(zhì)量上都傾注了工程師們大量的心血，為保證整個(gè)工程保質(zhì)按時(shí)完成打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，目前廣州地鐵4號(hào)線已經(jīng)順利通車(chē)運(yùn)營(yíng)。
參考文獻(xiàn):
【1】劉懷林 大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋抗震分析和評(píng)價(jià)基本方法[J]，山西建筑 2008 34(16)：320 321。
