順德區(qū)菊花灣大橋主橋方案比選研究
2017-03-20
1、工程概述
佛山市順德區(qū)華陽南路一環(huán)互通立交及菊花灣大橋建設(shè)工程起點位于佛山一環(huán)北側(cè)的樂從良村，與在建的華陽南路佛山新城段相接，自北向南利用現(xiàn)狀良村跨線橋下穿佛山一環(huán)，跨越順德水道后，經(jīng)勒流稔海村和扶呂村，終點與港口路相接，工程樁號為ZK0+000～ZK3+088.756，路線全長3.089公里，道路等級為一級公路兼顧城市道路功能，設(shè)計車速為60公里/小時。建成后的菊花灣大橋（華陽南路-菊花灣大橋-港口路）將會成為順德區(qū)城市骨架路網(wǎng)的重要組成部分，有利于佛山新城、樂從與勒流之間溝通連接，有利于緩解佛山大道（S121）的交通壓力，對促進順德區(qū)南北向交通聯(lián)系具有重要意義。
2、 方案比選
結(jié)合工可階段橋型方案研究成果和主管部門的審批意見，初步設(shè)計對橋位地形、地質(zhì)、水文、通航等建設(shè)條件進行深入分析研究，該河段較為順直，以本橋位上下游的樂龍大橋（通航主跨2×100m連續(xù)剛構(gòu)）及黃龍大橋（通航主跨2×100m連續(xù)梁）作為類型參考，在工可推薦的2×120m主跨基礎(chǔ)上選擇了以下三種橋型方案進行進行比選論證：
方案一：2×120m 獨塔混凝土梁斜拉橋；
方案二：2×120m 獨塔鋼箱梁斜拉橋；
方案三：（66+2×120+66）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。
2.1方案一 2×120m 獨塔混凝土梁斜拉橋
2.1.1橋型方案概況
主橋采用主跨2×120m獨塔PC梁對稱斜拉橋方案，平行雙索面，接引橋處各設(shè)置1個交界墩，其主跨滿足單孔單向通航要求。
主橋平面處于直線段，主橋橋面最高點位于ZK1+482，南北縱坡均為2.5%。
主橋橋面為雙向六車道，并設(shè)有人行道，橫橋向斜拉索布置間距為34m；主橋主梁采用PC梁，順橋向錨固標準索距為6m；斜拉索按扇形布置，索塔索面由18對高強度平行鋼絲拉索組成，共2×18對斜拉索。
2.1.2結(jié)構(gòu)體系設(shè)計
主橋采用“半飄浮”結(jié)構(gòu)支承體系時，塔下橫梁處設(shè)一對豎向減隔震支座，分別為QZ25000DX和QZ25000SX；交界墩處設(shè)置豎向活動減隔震支座，共2對，分別設(shè)于主5和主7號墩處，型號為QZ15000。
橫向支承：在索塔處設(shè)置橫向抗風(fēng)支座KFPZ2000SX，主5、主7號交界墩處的豎向活動支座兼有橫向限位的功能，用于抵抗風(fēng)荷載及地震荷載作用下的主梁橫向效應(yīng)。
主梁兩端各設(shè)有一道伸縮縫，其不受約束的伸縮總量均為320mm。
2.1.3主梁設(shè)計
主梁采用C50預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁型式，橋面2%橫坡由箱梁頂板斜置而成，全寬36m，橋面33m，橋軸線處梁高2.8m，設(shè)2%雙向橫坡。外腹板與風(fēng)嘴相結(jié)合，形成實體結(jié)構(gòu)，以滿足斜拉索錨固的需要。主梁順橋向標準索距6m，橫橋向索距34m。
混凝土主梁斷面如下圖：
2.2 方案二2×120m 獨塔鋼箱梁斜拉橋
主橋采用主跨2×120m獨塔鋼箱梁對稱斜拉橋方案，空間雙索面，接引橋處各設(shè)置1個交界墩，其主跨滿足單孔單向通航要求。
主橋平面處于直線段，主橋橋面最高點位于K1+482，南北縱坡均為2.5%。
主橋橋面為雙向六車道，并設(shè)有人行道，橫橋向斜拉索布置間距為28.4m；主橋主梁采用鋼箱梁，順橋向錨固標準索距為12m；斜拉索按扇形布置，索塔索面由9對高強度平行鋼絲拉索組成，共2×9對斜拉索。
2.2.1結(jié)構(gòu)體系設(shè)計
主橋采用“半飄浮”結(jié)構(gòu)支承體系，其體系具體布置：塔下橫梁處設(shè)一對豎向減隔震支座，分別為QZ7000DX和QZ7000SX；交界墩處設(shè)置豎向減隔震支座，共2對，分別設(shè)于主5和主7號墩處，型號為QZ5000；橫向支承：在索塔處設(shè)置橫向抗風(fēng)支座KFPZ1500SX，主5、主7號交界墩處的豎向活動支座兼有橫向限位的功能，用于抵抗風(fēng)荷載及地震荷載作用下的主梁橫向效應(yīng)；主梁兩端各設(shè)有一道伸縮縫，其不受約束的伸縮總量均為320mm。
2.2.2主梁設(shè)計
本橋承擔(dān)重載交通，進行橋面系正交異性板的設(shè)計時應(yīng)適當(dāng)加強其局部剛度，同時采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施以減小焊縫處的應(yīng)力集中。通過建立局部模型計算比較發(fā)現(xiàn)，采用較小的橫隔板間距與較厚的頂板厚度，既增強了橋面板局部剛度又使得各焊縫處的應(yīng)力水平有所下降，是一種較為合理的設(shè)計思路。綜合整體計算與局部分析的成果，本設(shè)計將頂板最小厚度確定為18mm、橫隔板標準間距確定為3m。
鋼箱梁斷面如下圖：
2.3方案三（66+2×120+66）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋
主橋采用（66+2×120+66）m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋，布跨時主橋主孔跨過2x75m主通航孔（單通航孔），其主跨滿足單孔單向通航要求。本方案橋面總寬33m，主橋橋面為雙向六車道，并設(shè)有人行道，設(shè)計為雙幅斷面，主橋長372m。
主橋平面處于直線段，主橋橋面最高點位于K1+482，南北縱坡均為2.5%。
2.3.1主梁設(shè)計
主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，上下行分幅布置，每幅為單箱單室，混凝土C55，為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。縱、橫向按全預(yù)應(yīng)力體系控制。
主梁主墩支點高度7m，高跨比1/17；跨中梁高3m，高跨比1/40；箱梁底邊按2次拋物線過渡。單幅箱梁頂寬15.5m，底寬8.5m，懸臂長度3.5m。箱梁頂板厚度30cm，底板厚度由跨中30cm變至根部的120cm，腹板厚度50～70cm。
全橋主梁共設(shè)置14個懸澆節(jié)段，節(jié)段長度3.5～4.5m，采用前支點掛籃施工；3個0號支架現(xiàn)澆節(jié)段和2個主跨合龍節(jié)段。
主梁縱向預(yù)應(yīng)力和頂板橫向預(yù)應(yīng)力采用高強度低松弛鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32級精軋螺紋鋼筋。
2、 橋型方案比較及推薦方案
針對以上擬定的三個橋型方案，初步設(shè)計主要從工程難度和施工風(fēng)險、結(jié)構(gòu)耐久性、景觀、工程造價等方面對三個橋型方案進行綜合比選。
結(jié)語
本文以菊花灣大橋設(shè)計工作為例，通過以上方案比選，以滿足航道要求為主原則，對橋梁的結(jié)構(gòu)性能、施工難度與周期，使用性能及運營養(yǎng)護、對周圍環(huán)境影響及景觀性、工程造價方面進行橋型方案比選，由于本工程對景觀要求較高因此推薦采用主跨2×120m獨塔PC梁斜拉橋方案。
【參考文獻】：
〔1〕 《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）；
〔2〕 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）；
〔3〕 《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTJ 024-85）；
〔4〕 《橋梁方案比選》（周念先，同濟大學(xué)出版社，1992）。
〔5〕 《橋梁設(shè)計》（白淑毅，人民交通出版社，2011）。
作者簡介：姓名：莫小維（1981.01）；性別：男；學(xué)歷：本科；職位：工程師；專業(yè)：主要從事路橋設(shè)計工作。
