湯偉 袁昂 王曉東 王麒中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司
摘 要：廈門第二東通道工程連接廈門本島和翔安區(qū)，項目設(shè)計中充分考慮廈門交通路網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)條件要求，采用高速公路標(biāo)準(zhǔn)兼具城市道路功能，以隧道結(jié)構(gòu)方案穿越島內(nèi)老城區(qū)，以橋梁方案跨越廈門東部海域，橋梁建設(shè)借鑒了境內(nèi)外先進經(jīng)驗和理念，解決了本島-翔安-新機場的交通需求，同時為廈門增加一個新的地標(biāo)建筑。
關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計;總體設(shè)計;預(yù)制墩臺;大跨鋼箱梁;明挖隧道;耐久性設(shè)計;
1 概述1.1工程概況
廈門翔安大橋西起廈門島內(nèi)金尚路，順接廈門第二西通道，沿枋鐘路向東，跨越東海域，接翔安南路，終于翔安南路互通，是廈門市規(guī)劃路網(wǎng)兩環(huán)八射的組成部分，也是國家高速公路網(wǎng)廈門段的重要控制工程。翔安大橋構(gòu)建了本島與翔安區(qū)之間的跨海運輸通道，也是本島與新機場之間的主要聯(lián)系通道。主要包括了本島段隧道工程、跨海段橋梁工程以及翔安段接線和兩岸互通橋梁工程。
1.2建設(shè)條件
陸域為風(fēng)化剝蝕性微丘地貌，兩岸地勢開闊平坦，岸灘帶為海蝕海岸及堆積海灘地貌。海域段在廈門本島側(cè)岸坡較平緩，多為直立式防浪石護岸，一般水深10～18 m, 至中間部位最深達22 m, 分布有礁石；劉五店岸側(cè)水下坡較平緩，一般水深10～15 m, 海底平坦，漸至出露。項目橋址區(qū)域大部分水深條件較好，中航道、西航道，以及規(guī)劃中的東航道，水深均在6.0 m以上。
橋址區(qū)海域上部地層為淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、中砂、粗砂、礫砂及殘積土覆蓋，下伏基巖為凝灰熔巖以及花崗巖，巖、土種類較多，分布較不均勻，性質(zhì)變化較大，尤其是中～微風(fēng)化巖面起伏大，海域發(fā)育有2條風(fēng)化深槽，陸域發(fā)育多條風(fēng)化深槽。場區(qū)巖土工程問題主要為水土流失、風(fēng)化深槽、風(fēng)化孤石、橋基沖刷穩(wěn)定，特殊性巖土為軟土、花崗巖殘積土及風(fēng)化巖。工程場地50年超越概率10%、100年超越概率3%的基巖水平峰值加速度分別為132 ga1、271 ga1。
廈門屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫為20.9℃,極端最高氣溫38.5℃,極端最低氣溫1.5℃。多年平均降水量為1 183.4 mm。設(shè)計風(fēng)速39.7 m/s。百年一遇極端高水位4.42 m, 極端低水位-3.32 m。
橋位所處海域為正規(guī)半日潮，水文條件好，水深6～18 m, 平均流速0.6 m/s。設(shè)計高水位為3.27 m, 設(shè)計低水位為-2.50 m。橋址處設(shè)計最高通航水位為4.62 m。
為滿足飛機起降安全，橋位處限高54 m, 橋梁結(jié)構(gòu)需滿足限高要求。
1.3主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
主線采用高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度80 km/h, 其中本島段采用六車道、隧道凈寬2×13.75 m, 跨海段采用八車道、橋梁總寬38 m, 翔安段采用六車道、橋梁寬30 m。輔道采用城市主干路標(biāo)準(zhǔn)，本島側(cè)輔道采用十車道，翔安側(cè)輔道采用六車道，設(shè)計速度采用40 km/h和60 km/h。橋涵設(shè)計汽車荷載等級采用公路—I級、城—A級標(biāo)準(zhǔn)。地震基本烈度為Ⅶ度，橋梁設(shè)計使用壽命按100年考慮。
2 總體設(shè)計2.1總體布置
本項目是廈門本島對外聯(lián)系的一個重要通道，設(shè)計統(tǒng)籌考慮了與建設(shè)條件、環(huán)境保護、文物、通航、航空限高、與廈門海滄隧道順接、島內(nèi)外交通組織和路網(wǎng)銜接等要求，合理地設(shè)置了隧道、橋梁以及互通式立交方案。為更好發(fā)揮進出廈門本島快速通道的作用，圍繞保障交通安全和提高通行效率、交通組織管理、橫斷面布置、過渡段設(shè)計，地下匝道出入口、互通式立交型式、主輔路交通轉(zhuǎn)換、輔道平面交叉口等交通組織方案進行了細(xì)化和優(yōu)化。見圖1～圖3。
2.2海中橋梁2.2.1橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計
橋梁總體布置見圖4。
海中鋼箱梁橋總長3 270 m, 根據(jù)通航要求設(shè)3個通航孔，通航標(biāo)準(zhǔn)見表1。
圖1 廈門第二東通道項目在路網(wǎng)中的位置示意 下載原圖
圖2 項目平面示意 下載原圖
圖3 項目縱斷示意 下載原圖
圖4 海中橋梁總體布置示意 下載原圖
單位：m
除中航道2個通航孔設(shè)置2個150 m跨徑外，其余均采用90 m橋跨。中航道采用90 m+90 m+2×150 m+90 m+90 m一聯(lián)布置，全長660 m, 上部采用變高度鋼箱連續(xù)梁，下部采用預(yù)制拼裝承臺-墩身和鋼管復(fù)合樁結(jié)構(gòu)。90 m跨均采用等高度鋼箱連續(xù)梁，互通區(qū)采用變寬鋼箱梁，下部采用預(yù)制拼裝承臺-墩身和鋼管復(fù)合樁結(jié)構(gòu)。
表1 通航凈空尺寸 導(dǎo)出到EXCEL
通航孔
通航方式
通航橋孔凈空尺度/m
凈寬
凈高
西通航孔
雙孔單線
73
14.8
單孔雙線
134
中通航孔
雙孔單線
99
33.3
單孔雙線
176
東通航孔
雙孔單線
73
14.8
單孔雙線
129
主通航孔橋鋼箱梁梁寬37 m(不含風(fēng)嘴寬度)。邊跨采用等梁高截面，梁高3.5 m; 中跨跨中梁高3.5 m, 中墩墩頂及次邊墩墩頂梁高7.0 m。中墩墩頂及次邊墩墩頂兩側(cè)各52.5 m的范圍，梁高從7.0 m變化為3.5 m。鋼箱梁頂板，頂板U肋，頂板加勁肋、與頂板相接的橫隔板(肋)區(qū)域，采用Q420qD,其余構(gòu)件均采用Q345qD。見圖5。
主通航孔下部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制承臺與墩身。墩身分為三段預(yù)制，下節(jié)段與承臺一起預(yù)制，接縫位置距離承臺頂緣7.5 m; 上節(jié)段與蓋梁一起預(yù)制，節(jié)段縫距離蓋梁底緣9.0 m。墩身節(jié)段裝配化安裝采用預(yù)應(yīng)力粗鋼筋連接。樁基采用鋼管復(fù)合樁。鋼管段直徑2.5 m, 嵌入承臺1.6 m。見圖6。
圖5 中航道橋鋼箱梁橫斷面 下載原圖
單位：mm
圖6 中航道墩身及基礎(chǔ) 下載原圖
單位：cm
標(biāo)準(zhǔn)段鋼箱梁梁寬37 m(不含風(fēng)嘴寬度),梁高3.5 m。鋼箱梁頂板，頂板U肋，頂板加勁肋、與頂板相接的橫隔板(肋)區(qū)域，采用Q420qD,其余構(gòu)件均采用Q345qD。見圖7。
下部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制承臺及墩身。墩身節(jié)段預(yù)制，下節(jié)段與承臺一體預(yù)制。每節(jié)墩身之間采用預(yù)應(yīng)力粗鋼筋連接。樁基采用鋼管復(fù)合樁。鋼管段直徑2.0 m。墩柱采用六邊形截面。墩高(含蓋梁高度)<25.5 m, 分兩段預(yù)制吊裝。墩高(含蓋梁高度)>31.5 m, 分三段預(yù)制吊裝，墩底加厚。墩身節(jié)段采用直徑為75 mm的預(yù)應(yīng)力粗鋼筋連接。見圖8。
2.2.2耐久性設(shè)計(1)鋼箱梁。
鋼箱梁采用梁內(nèi)、外防腐涂裝及梁內(nèi)除濕的耐久性方案。
鋼箱梁外表面采用表面凈化處理、二次表面噴砂除銹+環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+氟碳面漆的防腐方案。
圖7 90 m跨標(biāo)準(zhǔn)橫斷面 下載原圖
單位：mm
圖8 90 m跨墩身及基礎(chǔ) 下載原圖
單位：cm
鋼箱梁內(nèi)表面采用二次表面噴砂除銹+環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧厚漿漆。
所有高強螺栓摩擦面要求二次表面噴砂除銹+無機富鋅防銹防滑涂料處理的防腐方案。
為保證鋼箱梁內(nèi)除濕效果，所有鋼箱梁板件的對外孔洞均需進行密封處理。
(2)鋼管復(fù)合樁。
鋼管采用涂層+陰極保護的聯(lián)合防護方法，鋼管外壁采用高性能雙層熔融結(jié)合環(huán)氧粉末涂層，內(nèi)壁采用高性能無溶劑液體環(huán)氧涂層。
(3)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方案。
在對原材料、配比、混凝土強度、結(jié)構(gòu)裂縫寬度和保護層厚度耐久性設(shè)計的基礎(chǔ)上，對海中大氣區(qū)、浪濺區(qū)等腐蝕惡劣環(huán)境提出了附加措施：墩身采用高性能雙層環(huán)氧鋼筋(外層鋼筋及拉筋)+硅烷浸漬(外表面),承臺采用高性能雙層環(huán)氧鋼筋+硅烷浸漬。
2.2.3海中橋梁施工方案
海中橋梁承臺、墩身和鋼箱梁均采用分節(jié)吊裝施工方案。
承臺與樁基采用承臺中預(yù)留現(xiàn)澆孔連接方式，抱箍止水，預(yù)留套箱圍水施工現(xiàn)澆混凝土。見圖9和圖10。
圖9 承臺墩身吊裝施工 下載原圖
圖10 墩帽和鋼箱梁吊裝施工
2.3隧道工程
島內(nèi)段主線采用隧道結(jié)構(gòu)，以避免對城市景觀造成影響。隧道起點位于順接廈門第二西通道工程，沿現(xiàn)狀枋鐘路向東，入海前出地面高架。隧道全長2 777.8 m, 其中與原有通道過渡段50.4 m, 暗埋段2 496.87 m, 敞開段230 m, 隧道中部設(shè)置2處匝道與地面連通，形成與地面道路交通轉(zhuǎn)換。見圖11。
2.3.1隧道主體結(jié)構(gòu)
隧道為雙向六車道，暗埋標(biāo)準(zhǔn)段采用單箱雙室鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，敞開段采用鋼筋混凝土U型結(jié)構(gòu)。隧道頂面仍恢復(fù)現(xiàn)狀道路，寬約60 m, 主車道雙向六車道，輔道雙向四車道。結(jié)構(gòu)的安全等級按一級考慮。
圖11 隧道標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)斷面 下載原圖
單位：mm
隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為100年，主體結(jié)構(gòu)包括隧道頂?shù)装?、?cè)墻、中墻等。
隧道荷載等級為公路-I級，城-A級?？拐饦?biāo)準(zhǔn)：抗震烈度為7度，設(shè)計基本地震峰值加速度為0.15 g, 地下隧道構(gòu)筑物抗震設(shè)防類別為乙類，提高1度采取抗震措施?；炷两Y(jié)構(gòu)允許裂縫開展，裂縫寬度≤0.2 mm。結(jié)構(gòu)抗浮按勘察報告提供的抗浮計算水位地表以下0.5 m計。明挖隧道抗浮安全系數(shù)≥1.05。結(jié)構(gòu)防水等級為一級。
隧道暗埋段標(biāo)準(zhǔn)段底板、底板厚度為110～120 cm, 側(cè)墻厚度為100～110 cm, 局部加寬段及BRT橋樁基托換段根據(jù)受力要求加厚。U型槽段底板和側(cè)墻厚度為80～110 cm。見圖12。
圖12 隧道結(jié)構(gòu)斷面 下載原圖
單位：cm
2.3.2隧道防水(1)混凝土自防水。
混凝土強度等級為C40,抗?jié)B等級為P10。
(2)外包防水層防水。
頂板：水性噴涂持黏高分子防水涂料+耐根系穿刺層的PVC防水卷材。側(cè)墻：水性噴涂持黏高分子防水涂料層+強力交叉膜高分子防水卷材(噴涂橡膠瀝青防水涂料)。底板：水性噴涂持黏高分子防水涂料層+噴涂橡膠瀝青防水涂料層。
2.3.3BRT橋梁托換設(shè)計
主線隧道與BRT橋相交段利用隧道結(jié)構(gòu)進行托換?；娱_挖完成后，保留原橋墩承臺及樁基，澆筑隧道結(jié)構(gòu)同時預(yù)留既有樁基穿過的隧道底板孔洞，澆筑完成后，對原有樁基承臺進行植筋并澆筑擴大基礎(chǔ)，使新澆筑的樁基承臺直接連接隧道結(jié)構(gòu)頂板，切割既有樁基，使承臺直接作用于隧道頂板，完成橋梁結(jié)構(gòu)上部荷載轉(zhuǎn)換，最后完成對預(yù)留孔洞的封堵和防水。
2.3.4隧道圍護結(jié)構(gòu)
隧道開挖深度1.47 m～16.93 m, 泵房開挖深度約21 m。
隧道圍護體系：圍護樁采用鉆孔灌注樁，局部采用拉森鋼板樁。
止水體系：采用直徑800 mm間距450 mm高壓旋噴樁形成的止水帷幕，樁長9～23 m, 水泥摻量25%。
支撐體系：水平支撐采用第一道混凝土支撐和2道鋼支撐，側(cè)墻施工中進行換撐作業(yè)。
基坑降水采用管井結(jié)合集水明排的方式。
隧道施工采用明挖順做法施工。見圖13和圖14。
圖13 隧道支護及開挖施工 下載原圖
圖14 隧道主體結(jié)構(gòu)施工 下載原圖
3 結(jié)語
廈門第二東通道設(shè)計作為高速公路兼具城市快速路功能，受老城區(qū)管線、航空限高、白海豚保護、通航要求等影響，建設(shè)條件復(fù)雜。本項目在充分借鑒境內(nèi)外先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開展結(jié)構(gòu)方案設(shè)計：采用明挖隧道方案穿越老城區(qū)，采用大節(jié)段拼裝方案跨越海域，提高了施工質(zhì)量和效率。大橋2019年11月開工建設(shè)，預(yù)計2022年底建成通車。
參考文獻
[1]劉曉東.港珠澳大橋總體設(shè)計與技術(shù)挑戰(zhàn)[C]//第十五屆中國海洋(岸)工程學(xué)術(shù)討論會論文集，2011.
