龍江大橋橋型方案設計與比選

吳翊寶

摘要:文章簡要介紹了漳州市龍江大橋橋型方案的比選情況,推薦選擇單塔自錨式懸索橋方案。自錨式懸索橋的主梁受壓直接平衡主纜的水平壓力,適于地質條件相對較差的地區。橋型有新意、技術先進、造型美觀、施工方便可行,是一個在結構受力和美學效果上結合較好的橋型方案。

關鍵詞:橋型設計;比選;單塔自錨式懸索橋

漳州龍江大橋及接線工程起點位于九龍路與水仙大街交叉處,全長2.00Km,橫跨九龍江,為城區道路的重要組成部分,是市區重點建設項目。

作為城市橋梁,橋型設計應與周圍環境相協調,并應展現出城市橋梁美觀大方的現代風格。主橋橋型設計應展示橋梁的技術先進性及景觀效果,使之成為城市標志性建筑;同時合理控制全橋總投資。本方案設計指導思想為主橋技術先進、造型美觀;引橋施工簡便,結構經濟合理,線型簡潔、明快。

本工程的建設對完善漳州城市骨架路網和過江橋梁,均衡過江交通流量具有重要作用,同時本項目將有力推進龍江區、橋南組團的建設。

一、橋梁設計主要技術標準

道路等級:城市Ⅰ級主干道;計算行車速度:60Km/h;車道及橋寬:按六車道設計,兩側設非機動車道、人行道,機非車道之間設為綠化帶;分離立交凈空:機動車道5.0m,非機動車道及人行道2.5m;橋梁設計荷載標準:城-A;橋梁設計洪水頻率:1/100;通航標準:內河級航道,通航凈高6.0m。

二、橋位自然條件和工程地質情況

橋梁建設區氣候屬東南沿海亞熱帶季風區,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,西溪常年流水,河床寬約300m,水深2-5m。地勢平坦,海拔高程4.0-6.0m,建有防洪堤,堤頂高程約12m。

橋位處巖土體類型較多,層位變化大。由上至下其強度漸高,大致分為4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,力學強度低,工程地質性能一般-不良;中上部為中硬土(包括礫砂、殘積砂質粘性土、全風化巖)組成,一般厚度9-35m,分布較穩定,力學強度稍高,承載力為235-350Kpa;中下部中硬-堅硬土(包括強風化巖層),局部其厚度巨大,地面載力400-500Kpa,力學強度隨深度增加而增大,工程地質性能較好;下部為堅硬土(包括中、微風化巖層),其力學強度高,工程地質性能良好。

三、橋型方案簡介

主橋橋型設計應展示橋梁的技術先進性及景觀效果,使之成為城市標志性建筑;同時合理控制全橋總投資。設計指導思想為主橋技術先進、造型美觀;引橋施工簡便,結構經濟合理,線型簡潔、明快。根據橋型設計指導思想,并結合工程特點和橋址水文、地質等自然條件綜合考慮,主橋橋型方案主要有3個方案。

(一)方案一:155+155m單塔自錨式懸索橋(見圖1)

本方案主橋采用155+155m獨塔自錨式懸索結構,全橋布置10×30+35+60+35+3×30+155+155+22×30,全長1499m。

結合橋址河段寬度,河床斷面以及通航要求,主跨跨度選用155m。單塔兩側用等跨徑橋跨。主纜采用雙索面布置,兩端直接錨于梁端,塔采用塔、梁、墩固結體系,主梁結構等高度鋼箱梁,橋面寬40m,梁高2.5m,吊桿錨固區布置在人行道和非機動車道之間帶上,單塔橫橋向采用A型塔,塔高56m,主纜直接錨固在塔頂上,沿兩側呈八字分布,吊桿在主纜上以提籃方式懸吊,下部結構采用V墩,基礎采用鉆孔灌注樁。

(二)方案二:連續加勁梁吊拉組合橋

本方案主橋采用96+400+96m吊拉組合結構,全橋布置為(10×30+35+60+35+

96+400+96+3×50+11×30m),全長1511m。

該方案各部尺寸確定如下:橋面寬度40m,主跨400m,按懸索橋塔高與跨徑之比一般在1/9-1/11的范圍,取1/10,塔高40米。按此塔高建斜拉橋,每側懸出96m,邊索傾斜度為1/2.4,中部剩下208米修建懸索橋,主跨長度斜拉、懸索各占48%和52%。橋塔采用H型,基礎采用樁基礎。

連續加勁梁吊拉組合橋是由斜拉橋和懸索橋組合而成的新型橋梁,充分吸取了斜拉橋和懸索橋的優點,摒棄了兩者的不足之處,具有造型美觀大方、結構性能好、投資省的優點。綜合考慮漳州市區九龍江上已建、在建的橋梁,力求不與其他橋梁雷同,做到一橋一景,同時考慮橋址處地形、地物、水文、地質、通航以及技術經濟,美學和結構受力要求,盡量做到技術先進、經濟合理,造型美觀、施工方便可行,使用安全耐久,達到總體安全、適用、經濟合理的目的。

(三)雙塔自錨式懸索橋

本方案主橋采用65+180+65m自錨式懸索結構,全橋布置為10×30+35+60+35+3×30+65+180+65+22×30m,全長1499m。

結合橋址河段寬度、河床斷面通航、結構受力方面的要求,主跨跨度選用180米。為使邊跨主纜能以合適的切線角向下散開錨固,邊跨主纜跨度按65m主纜采用雙索面布置,兩端直接錨于梁端,塔采用門型,塔、梁、墩固結體系。主梁結構等高度鋼箱梁,橋面寬40m,梁高2.5m,主塔順向為倒Y字墩,兩塔間用橫梁連接。主塔布置在機非隔離帶上,采用鋼筋混凝土結構;截面為矩形截面,順橋向為4.0m,橫橋向為2.5m;主纜直接錨固在塔頂上;塔高為30m。本橋主纜采用高強鍍鋅鋼絲,分股錨固,采用墩頭錨。吊桿采用鋼絞線索,縱向間距8.0m,本橋由主梁來承受活載,主纜來承受恒載。

本橋塔墩采用V式墩,基礎采用鉆孔樁,塔下墩為6根ф2.0m鉆孔樁,樁長約40m,邊墩設6根ф1.5m鉆孔樁,樁長約40m。

四、投資估算及方案對比

龍江大橋3種橋型方案的投資估算及方案對比如表1所示:

自錨式懸索橋不同于一般的懸索橋,它的主纜直接錨固在加勁的梁端,通過主梁受壓直接平衡主纜的水平壓力,不需要龐大的錨碇,所以特別適用于地質條件相對較差的地區。自1915年德國修建了第一座自錨式懸索橋后,這種結構新穎,造型美觀,受力合理的橋型得到了廣泛關注。盡管自錨式懸索橋在國外產生發展較早,在國內卻很少建造。

單塔雙索面懸索橋方案,單塔以金山尖峰造型直沖云間,寓意漳州市經濟蒸蒸日上,蘊涵漳州市為閩南金三角崛起的領頭之意。塔頂部設置可轉動的球狀晶體,并通過球體照明和外攝燈照明,勾勒龍江大橋輪廓,展現流動感,呈現五彩斑斕的色彩,成為夜空中轉動的明珠,體現漳州市的“五大精神”光明璀璨。

漳州市區目前還未修建懸索橋橋型,橋型要在全面滿足使用功能的前提下有新意、力求不與橋址區內其他橋梁雷同,做到一橋一景,并體現新時代風貌。因此綜合考慮橋址處地形、地物、水文、地質、通航以及技術經濟,美學和結構受力特點,擬定第一橋型方案——自錨式懸索橋方案作為推薦方案。

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(作者單位:中國武夷實業股份有限公司。作者為工程師)