金沙洲大橋主橋設計

張麗儀

(西南交大土木工程設計有限公司廣州分公司，廣東廣州 510095)

1 工程概況

金沙洲位于廣州市白云區西部，是由珠江和支流圍成的一座相對獨立的小島，島內西、北、南三面緊接南海地界，東與羅沖圍隔珠江相望，是廣州西部重要出口。新建拓寬橋梁位于現有金沙洲大橋南側，現有金沙洲大橋主橋結構采用(93+138+93)m三跨預應力混凝土連續梁，拓寬橋梁的橋跨布置遵循與現有的金沙洲大橋橋跨及結構形式一致的原則，新增橋墩盡量與舊有橋墩對齊，這樣既有利于地面道路的交通組織，也有利于珠江航道的安全。在視覺上，下部結構橋墩整齊劃一，景觀效果更好。因此，新建的金沙洲大橋主橋結構也采用(93+138+93)m的三跨預應力混凝土連續梁。金沙洲大橋主橋橋式布置見圖1。

圖1 金沙洲大橋主橋橋式布置圖（單位：m）

2 主要技術標準

1)設計荷載:a．恒載:梁體混凝土容重按26 kN/m3考慮，二期恒載按50．5 kN/m考慮;b．活載:公路—Ⅰ級;c．溫度荷載:溫度梯度效應按JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范采用，年溫差按±20℃計。

2)道路等級:城市次干道;設計行車速度:主線為40 km/h。

3)通航凈空:通航凈高應不小于8．7 m，通航凈寬應不小于100 m。

4)設計洪水頻率:大、中、小橋及涵洞1/100。

5)設計風載:按廣州地區平均風壓800 Pa計。

6)地震荷載:抗震設防烈度7度，設計基本地震加速度為0．10g。

3 結構設計

3．1 主橋上部結構

主橋上部結構采用C60混凝土，箱梁采用單箱雙室直腹板截面。根部梁高6．8 m，為主跨跨徑的1/20．3;邊跨直線段及中跨跨中梁高3．0 m，為主跨跨徑的1/46。箱梁根部底板厚度為80 cm，跨中底板厚度為26 cm，箱梁高度及底板厚度按二次拋物線變化。箱梁腹板厚度由根部厚70 cm變化至跨中厚50 cm。箱梁頂板厚26 cm，箱梁頂板寬12．5 m，底板寬6．5 m，頂板懸臂段長3．0 m，懸臂端部厚度16 cm，懸臂根部厚度55 cm。箱梁頂板設有1．5%的單向橫坡。箱梁橫斷面布置見圖2。

圖2 箱梁橫斷面（單位：cm）

3．2 主橋下部結構

7號、8號主墩采用實體鋼筋混凝土結構，為減少主墩阻水面積，從結構設計、施工和美觀方面綜合考慮，主墩設計為圓端型板式柱墩。主墩尺寸為(6．5×3．2)m，墩側倒R=1．5 m圓端。橋墩基礎采用高樁承臺鉆孔灌注樁基礎。承臺平面尺寸(8．2×9．2)m，厚3．5 m，采用4根直徑2．2 m鉆孔灌注樁。

3．3 防撞設計

結合施工經驗及現場條件，本次設計防撞方案采用獨立式防撞體的方案。獨立式防撞體采用鋼管樁加承臺的方式，布置在主墩上下游兩側，每個防撞墩采用3根直徑1．5 m鋼管樁，在防撞體外設置拱形橡膠片。

本防撞設計方案滿足通航凈寬及凈空要求，防撞設施離橋墩達到一定的距離，北側設于離舊橋橋面上游7 m處，南側設于離新橋橋面下游5 m處。這樣使得防撞設施破壞和船體損傷后，船體盡量減少接觸橋墩的幾率，以保證橋梁主體結構安全。防撞體與新舊橋橋墩相對關系見圖3。

圖3 防撞體與新舊橋橋墩相對關系

4 主橋上部結構分析

4．1 主橋結構設計特點

主橋為大跨度預應力混凝土連續箱梁，邊跨跨徑為93 m，主跨跨徑為138 m，邊跨與中跨的跨徑比例為0．67。盡管還是在邊跨不產生負拉力的(0．6～0．7)的邊跨與中跨的跨徑比例范圍內［1］，但是邊中跨跨徑比偏大。若只采用大跨度預應力混凝土連續梁的常規配束方式，會使得邊跨合龍段附近下緣出現拉應力。因此，為解決邊跨下緣應力不足的狀況，采用邊跨腹板反拉束，以改善整體特別是邊跨梁的受力狀況。有無采用腹板反拉束截面下緣應力圖的結果對比見圖4。

圖4 截面下緣應力圖

從圖4可知，采用邊跨腹板反拉束后使得邊跨合龍段附近下緣不出現拉應力，并留有約1．5 MPa的壓應力儲備，同時對中跨跨中的應力狀態也有所改善。

4．2 施工及運營階段靜力分析

主橋施工的主要工藝流程為:1)主墩施工完成后，在墩旁托架上立模澆筑0號塊，張拉該節段的頂板預應力束和腹板預應力束;2)拼裝掛籃，利用掛籃前移對稱懸臂澆筑除合龍段和邊跨現澆段外的(1～17)號塊，并張拉各階段的預應力鋼束;3)按先邊跨后中跨的方式依次合龍;4)進行橋面系的施工。按此流程逐階段計算結構各截面內力、應力和位移。

運營階段，按成橋狀態下的恒載、活載、預應力、混凝土收縮、徐變，支座強迫位移和溫度效應對結構進行分析計算。

4．2．1 主梁應力

圖5 短期效應組合截面最小應力圖

圖6 效應標準值組合截面最大應力圖

由圖5，圖6可知，短期效應組合主梁上緣應力最小值為0．2 MPa，下緣應力最小值為1．0 MPa;效應標準值組合主梁上緣應力最大值為19．2 MPa，下緣應力最大值為14．6 MPa，均滿足規范要求。

4．2．2 主要控制節點位移

圖7 正常使用極限狀態撓度圖

由圖7可知，消除結構自重產生的長期撓度后主梁撓度最大值為10．2 cm(↓下撓)，滿足規范不應超過計算跨徑1/600=23 cm的要求。

4．3 施工階段驗算結果

圖8 各施工階段懸臂根部荷載應力圖

由圖8可知，在構件自重和預應力等施工荷載的作用下，0號塊上緣應力最大值為17．9 MPa，下緣應力最大值為10．9 MPa，滿足規范要求。

5 結語

本文介紹了金沙洲大橋的工程特點及主橋的設計要點，金沙洲大橋施工過程和運營階段的分析表明，該橋各部分結構尺寸選擇合理，主體結構的應力和位移均滿足規范要求。掛籃懸臂施工方案的選擇滿足了對減少河道通航影響的要求，具有良好的社會效益和經濟效應。目前該橋正在建設中，預計2014年年底建成，建成后將為緩解金沙洲地區交通壓力，加強與廣州市中心城區的聯系發揮重要樞紐作用。

［1］ 范立楚．預應力混凝土連續梁橋［M］．北京:人民交通出版社，1988．

［2］ 陳毅明，黃古劍．貴遵公路烏江大橋設計［J］．橋梁建設，2008(4):47-50．

［3］ 陳曉波．馬水河特大橋T形剛構橋設計［J］．橋梁建設，2011，3(12):48-51．