深中通道淺水區非通航孔橋主梁方案研究

林晚蘭

（中鐵大橋勘測設計院集團有限公司深圳分公司， 深圳 518001）

1 工程概況

深圳至中山跨江通道（以下簡稱“深中通道”）位于虎門大橋下游約 30km，港珠澳大橋上游約38km。項目東接深圳機荷高速，跨越珠江口，西至中山市橫門互通立交。

深中通道主體工程全長約24km，包括6.8km的沉管隧道、東西兩座人工島、約17km的橋梁。其中淺水區非通航孔橋長5344m，占橋梁比重約31%，選用合理的橋梁方案對于工程投資和施工工期的控制具有重要意義。

圖1 全線橋梁區段劃分圖

2 主要技術標準

（1）公路等級：雙向8車道高速公路。

（2）設計荷載：公路I級。

（3）設計速度：100km/h。

（4）設計使用年限：100年。

（5）橋面寬度：2×[0.5m（護欄）+3.0m（緊急停車帶）+4×3.75（行車道）+0.75m（路緣帶）+1.0m（中央分隔帶）]=40.5m。

（6）橋面橫坡：2.5%。

（7）設計洪水頻率：1/300。

3 項目特點

主梁方案的選擇依照施工可行、經濟合理、工期可控以及景觀協調的原則，主要考慮以下因素：

（1）此部分橋梁占比較大，為節省投資，應選用經濟合理的跨徑。

（2）考慮海上施工作業特點，盡量采用預制吊裝的施工方案，減少現場作業工作量。

（3）橋址地質條件復雜，覆蓋層較厚，基巖埋深起伏變化大，且埋深普遍較深，

最大埋深-85m。

（4）橋梁范圍大部分常水位下水深在3.5m以下，局部區段出現潮退灘露，水深條件不滿足大型吊船的吃水深度要求。

（5）盡量減少橋墩的阻水面積，保證阻水率不大于5%的要求。

4 主梁方案

根據防洪要求，淺水區非通航孔橋跨徑不得小于50m。考慮橋梁結構合理性，跨徑考慮50m、60m、70m，梁型考慮預應力混凝土箱梁、組合梁和鋼箱梁連續梁結構。50m跨預應力混凝土梁方案采用節段拼裝、整孔吊裝和梁上運梁，60m跨預應力混凝土梁和組合梁采用整孔吊裝，70m跨組合梁和鋼箱梁采用整孔吊裝。

4.1 50m節段拼裝預應力混凝土梁

節段拼裝有懸拼和懸吊兩種施工方案，考慮到淺水區范圍長，為縮短工期，采用懸吊方案。50m節段拼裝混凝土梁[1-2]采用雙幅橋面布置，見圖2。

圖2 50m節段拼裝及整孔吊裝混凝土梁標準橫截面（單位 cm）

箱梁采用單箱雙室斜腹板箱梁形式，梁高3.0m，頂板寬20m，底板寬11m，懸臂長3.5m。箱梁頂板厚度28cm，腹板厚度由跨中40cm變化為支點處70cm，底板厚度由跨中25cm變化為支點處60cm。支點處設置橫隔梁，中橫梁厚2.0m，端橫梁厚1.0m。

預制箱梁節段采用C50混凝土，濕接頭采用C50微膨脹混凝土。中墩墩頂留1.2m后澆縫，邊墩側留0.2m合攏現澆縫，預制節段長度為3.0m和3.4m。箱梁采用縱、橫雙向預應力體系，縱向預應力采用體內和體外結合的方式布置。

4.2 50m整孔吊裝預應力混凝土梁

50m整孔吊裝混凝土梁采用雙幅橋面布置，見圖2。

箱梁斷面布置基本和節段拼裝方案相同，采用單箱雙室斜腹板箱梁形式，梁高3.0m，頂板寬20m，底板寬11m，懸臂長3.5m。箱梁頂板厚度28cm，腹板厚度由跨中40cm變化為支點處70cm，底板厚度由跨中25cm變化為支點處60cm。支點處設置橫隔梁，中橫梁厚2.0m，端橫梁厚1.0m。

預制箱梁采用C50混凝土，濕接頭采用C50微膨脹混凝土，中墩墩頂留1.2m后澆縫。箱梁采用縱、橫雙向預應力體系，縱向預應力體內布置。

4.3 50m梁上運梁預應力混凝土梁

國內采用梁上運梁的杭州灣跨海大橋[3]單孔梁重1350t，科威特海灣橋[4]設計運輸和吊裝重量為1800t。而本橋50m跨梁重達2100t，超過目前已有的設備運輸和吊裝能力。考慮橫向布置四片主梁，減小梁體重量，見圖3。單片箱梁高度為3m，梁體寬度為9.75m，兩片梁間留50cm的后澆縫。

圖3 50m梁上運梁混凝土梁標準橫截面（單位 cm）

梁片在馬鞍島基地整孔預制、存放后，通過2×800t輪胎式搬運機轉移至碼頭，吊放至3000t運輸船上，運輸至K26+005附近的2×800t提升站下，由提升站起吊至橋面的1600t運梁車上，運輸至待架位置，最后由梁面上的架橋機整孔架設。

該方案主梁有現澆縫，且現澆縫位于行車道范圍，接縫兩側懸臂受力變形不一致易導致接縫出現開裂。且該方案橫向墩柱數量多，景觀效果不佳。

4.4 60m整孔吊裝預應力混凝土梁

60m整孔吊裝混凝土梁[5]采用雙幅橋面布置，見圖4。

圖4 60m整孔吊裝混凝土梁標準橫截面（單位 cm）

箱梁采用單箱雙室斜腹板箱梁形式，梁高3.5m，頂板寬20m，底板寬11m，懸臂長3.5m。箱梁頂板厚度28cm，腹板厚度由跨中40cm變化為支點處70cm，底板厚度由跨中25cm變化為支點處65cm。支點處設置橫隔梁，中橫梁厚3.0m，端橫梁厚1.2m。

預制箱梁采用C50混凝土，濕接頭采用C50微膨脹混凝土，中墩墩頂留1.6m后澆縫。箱梁采用縱、橫雙向預應力體系，縱向預應力體內布置。

4.5 60m整孔吊裝組合梁

60m整孔吊裝組合梁[6]采用雙幅橋面布置，見圖5。

圖5 60m整孔吊裝組合梁標準橫截面（單位 cm）

組合梁由鋼槽梁和混凝土橋面板通過剪力釘結合而成，總梁高3.0m，頂板寬20m，底板寬11.5m，懸臂長3.5m。

其中鋼槽梁高2.5m，采用三腹板結構，梁內間隔 4m設桁架式橫隔板，兩道橫隔板之間設置1道腹板橫向加勁肋。腹板和底板縱向均采用板肋加勁。

預制橋面板采用C60混凝土，腹板處厚0.5m，中部厚度0.26m，縱向分塊預制，橫向為整體。中支點左右各10米范圍采用現澆混凝土橋面板，厚度0.5m，混凝土采用C60微膨脹混凝土。橋面板橫向為預應力結構，縱向為普通鋼筋混凝土結構。

4.6 70m整孔吊裝組合梁

70m梁整孔吊裝組合梁[6]采用雙幅橋面布置，見圖6。

圖6 70m整孔吊裝組合梁標準橫截面（單位 cm）

組合梁由鋼槽梁和混凝土橋面板通過剪力釘結合而成，總梁高3.5m，頂板寬20m，底板寬11m，懸臂長3.5m。

其中鋼槽梁高3.0m，采用三腹板結構，梁內間隔 4m設桁架式橫隔板，兩道橫隔板之間設置1道腹板橫向加勁肋。腹板和底板縱向均采用板肋加勁。

預制橋面板采用C60混凝土，腹板處厚0.5m，中部厚度0.26m，縱向分塊預制，橫向為整體。中支點左右各10米范圍采用現澆混凝土橋面板，厚度0.5m，混凝土采用C60微膨脹混凝土。橋面板橫向為預應力結構，縱向為普通鋼筋混凝土結構。

4.7 70m整孔吊裝鋼箱梁

70m整孔吊裝鋼箱梁采用雙幅橋面布置，見圖7。

圖7 70m整孔吊裝鋼箱梁標準橫截面（單位 cm）

鋼箱梁采用等高度單箱雙室截面。梁高 3.0m，橋面寬 20m，底板寬 10.5m，懸臂長3.5m。頂板采用正交異性鋼橋面板[7]，板厚16～20mm，底板厚14～22mm，腹板厚12～16mm。頂板縱向采用U形閉口肋加勁，間距600mm，板厚8mm。腹板和底板縱向均采用板肋加勁。箱梁每隔3.5m設置一道橫隔板，兩道橫隔板之間設置1道腹板橫向加勁肋。

5 整孔吊裝疏浚量計算

梁片在馬鞍島基地整孔預制、存放后，軌道縱橫移至碼頭，由浮吊吊放至運輸船上，運輸至待架位置，由該浮吊整孔架設。或者采用運架一體船進行取梁和架梁作業。因淺灘區泥面高程為-0.4m～-2.8m，需進行航道疏浚，以滿足吊船吃水深度要求。

對國內起吊能力在2600t～4000t的大型浮吊進行了調研，見表1。從表中可看出，除運架一體船吃水較淺外，其余大型浮吊吃水深度均在4.8m以上，全旋轉的浮吊吃水深度更大。

表1 國內大型吊船調研情況表

其中小天鵝號因吊船需開入墩位之間進行架梁，50m跨不能滿足船體作業空間，見圖8。另外，天一號長期在孟加拉國作業，無法應用于本工程。

圖8 小天鵝運架一體船站位示意圖（單位 cm）

浮吊和運架一體船航道的寬度、深度及架梁站位時回旋水域寬度均按照規范《海港總平面設計規范》（JTS165-2013）進行計算，回淤量按照 1cm/d考慮，疏浚量計算結果見表2。

表2 整孔吊裝疏浚量計算表

6 主梁方案比選

考慮下部結構采用經濟效益突出的大直徑樁[8]獨柱墩，對各方案的工程量和造價進行比較，見表3。

表3 淺水區非通航孔橋主梁方案比較表

從比較表中可看出，50m跨節段拼裝混凝土梁方案造價最低，60m跨整孔吊裝混凝土梁造價較低，70m跨整孔吊裝組合梁造價較低。通過對比分析，確定50m節段拼裝、60m整孔吊裝和70m組合梁方案為重點比較方案。

60m跨整孔吊裝相對50m跨節段拼裝具有以下優點：

（1）架設速度快：節段拼裝只能從一端向另一端架設，理論工效1片/12天，工點少，工效低，架梁需要27個月；整孔架設，理論工效1片/天，工效高，架梁僅需9個月。

（2）質量易于保證：節段拼裝梁的節間膠拼質量受天氣影響大，抹膠作業必須避開雨天。整孔架設梁體在工廠整孔預制，施工質量易保證。

（3）耐久性好：節段拼裝存在大量的膠拼縫，拼縫因預制質量或抹膠質量會發生不密貼的問題，形成腐蝕通道，影響結構耐久性。

（4）結構的延性好：節段拼裝梁縱向鋼筋不通長，僅靠預應力形成縱向整體結構，結構的延性比整孔預制梁差。

（5）施工風險性：節段拼裝現場工作量大，梁段需從梁場下水，水上運輸，碼頭提升、梁上運輸，較常規節段拼裝，多了水上轉運環節，施工風險增加。整孔架設方案，工廠預制，運架一體，高效安全，施工風險小。

60m整孔吊裝混凝土梁相對70m整孔吊裝組合梁具有以下優點：

（1）造價低：70m組合梁方案造價比60m整孔吊裝方案高約25%。

（2）后期養護工作量小：組合梁方案的鋼結構部分需要布置箱內除濕設備，保證鋼箱內表面油漆的耐久性，鋼箱外表面需要定期進行油漆的重新噴涂。而混凝土梁基本不需要進行后期的養護。

綜上分析，60m跨整孔吊裝方案比50m跨節段拼裝方案具有施工風險小、耐久性好的優點，與70m組合梁相比則具有明顯的經濟優勢，推薦采用60m整孔吊裝混凝土梁方案。

7 結語

深中通道淺水區非通航孔主梁方案研究，前期進行了充分調研，從跨度、梁型、施工方法等多角度進行比選，充分貫徹“施工決定設計”的理念，對國內同類型橋梁方案選擇具體很大的參考意義。

隨著國內大型橋梁越來越多，施工設備日新月異，預制吊裝結構成為未來橋梁發展的趨勢，整孔吊裝預應力混凝土梁具有施工快、風險小、質量易保證等優點，具有很大的推廣價值。