西洋坪大橋橋型方案設(shè)計與比選
2017-03-20
漳州西洋坪大橋位于勝利西路，橫跨九龍江，為西環(huán)城路的重要組成部分。漳州西洋坪大橋的建設(shè)對完善漳州中心城區(qū)道路網(wǎng)絡(luò)、減輕城市內(nèi)部交通壓力、連接九龍江兩岸交通、引導(dǎo)過境運輸和高校園區(qū)交通組織與疏散具有重要的作用。
本項目的建設(shè)，是完善中心城區(qū)道路路網(wǎng)建設(shè)的迫切需要；是連接九龍江兩岸交通，方便居民出行的迫切需要；是城市規(guī)模拓展與土地開發(fā)的迫切需要；是城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交通迅速發(fā)展的需要；是加速旅游資源開發(fā)、全面實現(xiàn)小康社會的需要。在滿足交通組織、反映城市特色的前提下，設(shè)計中提出了三個橋型比選方案。
一、橋梁設(shè)計主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
道路等級：城市Ⅱ主干道。
計算行車速度：50km/h。
車道及橋?qū)挘褐鳂虬此能嚨涝O(shè)計，兩側(cè)設(shè)非機(jī)動車道、人行道，機(jī)非車道之間設(shè)綠化帶。
橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)：城-A。
橋梁設(shè)計洪水頻率：1/100。
通航標(biāo)準(zhǔn)：最高通航水位為8.3米（五年一遇水位，標(biāo)高國家高程系統(tǒng)），內(nèi)河級航道，單孔雙向通航凈寬大于50米，單孔單向通航凈寬大于35米，通航凈高大于6米。
抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計參數(shù)根據(jù)西洋坪大橋工程場地《地震安全性評價報告》取值。
橋面坡度及平曲線半徑：橋面橫向坡度1.5%，橋面縱坡≤2.5%；平曲線最小半徑不小于400m。
二、橋位自然條件和工程地質(zhì)情況
橋梁建設(shè)區(qū)氣候?qū)贃|南沿海亞熱帶季風(fēng)區(qū)，屬海洋性氣候，氣候溫暖濕潤。無霜期330天左右，年平均日照在2000小時以上，年平均氣溫21.3℃，絕對最高氣溫41.2℃，極端最低氣溫-2.1℃，年平均降雨量1515mm，平均相對濕度82%。
本橋位于九龍江兩大支流之一的西溪，大橋北岸為漳州城區(qū)，自勝利西路至九龍江（西溪）均為城市未建成區(qū)，地勢平坦，海拔高程6.0m-6.5m，建有防洪堤。
橋位處巖土體類型較多，層位變化大。由上至下其強(qiáng)度漸高，大致分為四部分：上部為軟弱土和中軟土（包括填土、粉砂、粗砂、粘土、淤泥、粗砂、粉土、粗砂）組成，總厚度10-30m，承載力為45-180Kpa，力學(xué)強(qiáng)度低，工程地質(zhì)性能一般-不良；中上部為中硬土（包括礫砂、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化巖）組成，一般厚度9-35m，分布較穩(wěn)定，力學(xué)強(qiáng)度稍高，承載力為235-350Kpa；中下部中硬-堅硬土（包括強(qiáng)風(fēng)化巖層），局部其厚度巨大，地面載力400-500Kpa，力學(xué)強(qiáng)度隨深度增加而增大，工程地質(zhì)性能較好；下部為堅硬土（包括中、微風(fēng)化巖層），其力學(xué)強(qiáng)度高，工程地質(zhì)性能良好。
三、橋型方案簡介
本橋位于漳州市區(qū)內(nèi)，為漳州市重點建設(shè)項目。作為城市橋梁，橋型設(shè)計應(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，并應(yīng)展現(xiàn)出城市橋梁美觀大方的現(xiàn)代風(fēng)格。主橋橋型設(shè)計應(yīng)展示橋梁的技術(shù)先進(jìn)性及景觀效果，使之成為城市標(biāo)志性建筑；同時合理控制全橋總投資。設(shè)計方案的指導(dǎo)思想為主橋技術(shù)先進(jìn)、造型美觀；引橋施工簡便，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理，線型簡潔、明快。
根據(jù)橋型設(shè)計指導(dǎo)思想，并結(jié)合工程特點和橋址區(qū)域水文、地質(zhì)等自然條件及標(biāo)志性建筑的景觀要求等因素綜合考慮，通航孔主橋橋型方案選擇具體考慮如下幾條原則：
第一，全面貫徹“安全、實用、經(jīng)濟(jì)、美觀”的技術(shù)方針。
第二，在滿足橋梁使用功能和橋下通航要求的前提下，力求橋梁造型新穎，有個性，有特色，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，使之成為具有漳州特色、能提高城市品位的標(biāo)志性建筑。
第三，選用設(shè)計、施工技術(shù)成熟，工期適中，易于質(zhì)量控制的橋型方案，確保橋梁品質(zhì)。
第四，在造價適中的情況下，選用結(jié)構(gòu)整體性好，承載潛力大的橋型，以確保橋梁的安全性、耐久性。
?。ㄒ唬┲谐惺戒摴芑炷凉皹?
本方案布置為主橋采用的跨徑為（40＋150＋40）m，全長230m中承式鋼管混凝土系桿拱橋。
兩邊跨為上承式，主跨為中承式。本橋橋面較寬，為減少拱肋片數(shù)，將拱肋設(shè)計在機(jī)非分隔帶的位置，邊跨與中跨的跨度比為0.27。主拱圈采用鋼管砼結(jié)構(gòu)，邊拱采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，主拱拱肋為鋼管混凝土弦桿和鋼管腹桿組成的桁架構(gòu)成。橋面設(shè)柔性吊桿、拱上立柱、鋼筋混凝土橫梁與縱梁，拱肋之間設(shè)置了水平橫撐以保證其橫向穩(wěn)定性。主拱矢跨比為1/5，邊孔為1/8。
拱橋立面造型豐富、多姿多彩，能突出主題而且給人們留下深刻的印象。在橋址開闊平坦的地形下，主橋采用飛燕式拱橋，南主墩布置在江中沙州北側(cè)，有利于基礎(chǔ)施工，主孔一跨跨越南側(cè)主航道，主跨所在部分水深較大，有利于主跨結(jié)構(gòu)構(gòu)件運輸及安裝。南、北邊拱分別位于淺水區(qū)及沙州上，方便施工。結(jié)合北岸的江濱公園主橋遠(yuǎn)看氣勢如虹。該方案的布置兼顧適用、經(jīng)濟(jì)、安全美觀的原則，兼有連續(xù)橋型輕盈、線條流暢、與周圍環(huán)境融合。
?。ǘ╊A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋
橋型方案采用（50＋80＋80＋80＋50）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，全長340m。
1、上部結(jié)構(gòu)。主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，梁內(nèi)縱向束布置了頂板、底板、腹板束?？v向束均采用12Фj15.24鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Rby=1860Mpa。支點附近梁內(nèi)布置了腹板束及頂板束，腹板束均錨具于腹板下部。頂板束錨固于梁頂板的梗肋處，底板束布置邊、中跨跨中，中跨底板束錨固于底板鋸齒塊，兩端張拉；邊跨底板束一端錨固于梁的端隔墻處，另一端錨固于底板鋸齒塊上，于鋸齒塊端張拉。梁體采用C50混凝土。箱梁支點處梁高為4.8m，支點左右各30m范圍內(nèi)梁底利用二次拋物線將梁高由4.8m過渡至2.5m。單幅橋箱梁頂寬14.5m，懸臂長3.75m，頂板厚25cm。中支點處箱梁底寬7.0m，支點處底板厚為70cm，支點左右各30m范圍內(nèi)底板厚度由70cm過渡至25cm，箱梁腹板厚度為60-70cm。橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用3－Фj15.24鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Rby=1860Mpa。采用BM15－3和BM15－3P扁錨體系，一端錨固，一端張拉。豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用Ф32高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Rby=750Mpa。
2、下部結(jié)構(gòu)。主橋主墩采用實腹式板墩，墩寬7.0m，墩厚3m，半幅橋主墩基礎(chǔ)采用6根長50mФ2.0m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，縱向雙排布置，樁底置于風(fēng)化花崗巖中。承臺頂面置于常水位下0.5m。承臺截面尺寸為12×10.2m，厚度為3m。主橋邊墩形式和主橋相同，厚度為1.5m。采用鋼筋混凝土花瓶形墩，兩端倒圓的矩形截面，墩身寬3.0m，厚1.5m。承臺厚2.0m，半幅橋每墩基樁采用4根長40mФ1.5m鉆孔樁。
?。ㄈ┳藻^式懸索橋
橋型方案采用（40＋100＋100＋40）m自錨式懸索橋，全長280m。
1、上部結(jié)構(gòu)。主纜采用雙索面布置，兩端直接錨于梁端，中塔采用塔、梁、墩固結(jié)體系，邊塔采用塔梁固結(jié)、梁墩分離的結(jié)構(gòu)體系。主梁結(jié)構(gòu)等高度鋼箱梁，橋面寬33m，梁高1.8m，主塔布置在機(jī)非隔離帶上，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；截面為矩形截面，順橋向為4.0m，橫橋向為2.0m；主纜直接錨固在塔頂上；中塔高為23.8m，兩邊塔高為18m。本橋主纜采用高強(qiáng)鍍鋅鋼絲，分股錨固，采用墩頭錨。吊桿采用鋼絞線索，縱向間距8.0m，與懸索橋不同的是，自錨式懸索橋主梁剛度較大，吊桿的作用是協(xié)助主梁受力，這樣，可以通過矢跨比的調(diào)整來調(diào)節(jié)主梁內(nèi)水平力的大小，得到合理的受力狀態(tài)。本橋由主梁來承受活載，主纜來承受恒載。
2、下部構(gòu)造。本橋墩高較矮，塔墩采用鋼筋混凝土柱式墩，為六角形截面，墩身寬4m，厚4.0m。邊墩采用鋼筋混凝土板式墩，兩端倒角的矩形截面，墩身寬4.0m，厚1.5m，本橋目前缺少橋位處的地質(zhì)資料，下部結(jié)構(gòu)借鑒下游的戰(zhàn)備大橋和漳州大橋，基礎(chǔ)采用鉆孔樁，樁徑為2.5m，塔下墩為6根ф2.5m鉆孔樁，樁長約50m，邊墩設(shè)4根ф2.0m鉆孔樁，樁長約40m，塔墩承臺為兩端倒圓的矩形承臺。
四、投資估算及方案對比
西坪橋三種橋型方案的投資估算及方案對比見表1。
方案一中承式鋼管混凝土拱橋，跨徑150m，矢高30m，拱矢度橋面以上約25m，由于鋼管拱直接采用斜拉橋中的斜拉索構(gòu)造，因此鋼管拱吊桿的索力調(diào)整更為主動，無需壓重，與另外兩個方案相比，中承式鋼管混凝土拱橋僅在與橋面交叉點和吊索吊點處設(shè)置橫梁來保證橋梁的整體性和梁肋之間的傳力，這樣使得結(jié)構(gòu)受力更為簡單清晰，外觀更為簡潔明快。
采用中承式拱橋，外形美觀，與環(huán)境起到了很好的協(xié)調(diào)作用，利用鋼管和混凝土二者結(jié)合的受力特點，充分發(fā)揮了鋼管混凝土的受壓性能，符合拱橋的受力特性，結(jié)構(gòu)新穎，受力合理。而且鋼管混凝土拱橋是一種新興的橋型，包含了許多新的設(shè)計理論和施工工藝，解決了拱橋高強(qiáng)度材料應(yīng)用和施工的兩大難題，鋼管混凝土拱橋是一個在結(jié)構(gòu)受力和美學(xué)效果上結(jié)合較好的一個方案。因此，將第一橋型方案作為推薦方案。
參考文獻(xiàn)：
1、CJJ 11-93 城市橋梁設(shè)計準(zhǔn)則[S].
2、張師定,橋梁建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)思與設(shè)計技巧[M],人民交通出版社,2002.
3、楊金式,唐虎翔.景觀橋梁設(shè)計[M],同濟(jì)大學(xué)出版社,2003.
4、GJJ37-90中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市道路設(shè)計規(guī)范》[S].
?。ㄗ髡邌挝唬豪顕迹翁锸行銕Z區(qū)建設(shè)局；袁安華，福州市規(guī)劃設(shè)計研究院）
