荊州楚都大道跨海子湖特大橋設(shè)計(jì)

黃權(quán)鋒

[林同棪國(guó)際工程咨詢（中國(guó)）有限公司武漢分公司，湖北 武漢430000]

1 工程概況

楚都大道跨海子湖橋梁工程位于楚紀(jì)南城、海子湖生態(tài)文化旅游區(qū)，該項(xiàng)目為溝通海子湖南北兩岸的主要功能性橋梁，是規(guī)劃楚都大道的重要控制性節(jié)點(diǎn)工程，跨越江漢渠和海子湖，毗鄰紀(jì)南城遺址、郢城遺址和海子湖生態(tài)文化旅游區(qū)。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)范圍為楚都大道南起鳳凰大道平交口，設(shè)計(jì)起點(diǎn)樁號(hào)為K3+040.910，從北至南依次跨越規(guī)劃通道、海子湖、江漢運(yùn)河及其堤頂?shù)缆贰I河大道，終點(diǎn)樁號(hào)為K5+130.000，全長(zhǎng)2 089.09 m。橋型方案采用多跨變截面連續(xù)梁橋，整體一聯(lián)布置，橋梁跨徑布置為65 m+123 m+156 m+123 m+10×90 m+55 m，全長(zhǎng)1 434 m（含橋臺(tái)）。道路定位為城市主干路，布置形式為雙向六車(chē)道+ 非機(jī)動(dòng)車(chē)道+人行道。

主橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見(jiàn)圖1，主橋總體布置見(jiàn)圖2。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

楚都大道跨海子湖特大橋采用如下技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)：

（1）道路等級(jí)：城市主干路，雙向六車(chē)道；

（2）設(shè)計(jì)時(shí)速：50 km/h；

（3）荷載等級(jí)：城-A 級(jí)，人群荷載2.5 kN/m2；

（4）橋梁橫斷面布置：2.75 m（人行道）+3 m（非機(jī)動(dòng)車(chē)道）+22.5 m（機(jī)動(dòng)車(chē)道）+3 m（非機(jī)動(dòng)車(chē)道）+2.75 m（人行道）=34.0 m；

圖1 主橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖（單位:cm）

圖2 主橋總體布置圖（單位:m）

（5）設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)；

（6）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 a；

（7）橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：橋位區(qū)地震基本烈度為6 度，地震動(dòng)峰值加速度為0.065g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。橋梁抗震設(shè)防類別為乙類，橋梁抗震設(shè)防措施等級(jí)按7 度設(shè)防；

（8）設(shè)計(jì)水位

a. 常水位：28.70 m；

b. 100 a 一遇洪水位：32.20 m。

引江濟(jì)漢渠航道標(biāo)準(zhǔn)：

c. 通航標(biāo)準(zhǔn)：三級(jí)航道（1 000 t 級(jí)）；

d. 通航凈寬：60 m；

e. 通航凈高：不小于8.5 m；

f. 設(shè)計(jì)最高通航水位：32.92 m。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 橋型方案研究

3.1.1 橋梁設(shè)計(jì)控制因素分析

（1）通航條件

本項(xiàng)目橋位跨越引江濟(jì)漢渠，根據(jù)引江濟(jì)漢渠相關(guān)管理部門(mén)《關(guān)于海子湖大橋跨越引江濟(jì)漢運(yùn)河的相關(guān)要求》，該人工河渠為三級(jí)航道（1 000 t 級(jí)），按初步設(shè)計(jì)要求為最高水位不低于9 m 凈空，且明確渠道內(nèi)不得設(shè)置橋墩。根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50139—2014），該河渠通航孔凈寬60 m，凈高9 m。

引江濟(jì)漢渠水面寬約90 m，河道內(nèi)不設(shè)置橋墩，即主跨需大于90 m。

（2）河堤控制條件

引江濟(jì)漢渠為南水北調(diào)工程，根據(jù)前述《關(guān)于海子湖大橋跨越引江濟(jì)漢運(yùn)河的相關(guān)要求》，河堤內(nèi)外坡均埋設(shè)有光纜和變形觀測(cè)的埋件，明確橋墩不能在內(nèi)坡設(shè)置，必須設(shè)置在兩側(cè)排水溝外，因此橋梁跨越引江濟(jì)漢渠主跨跨度不宜小于156 m。

（3）水中基礎(chǔ)施工

海子湖段僅需通行少量小型游船，因此橋梁跨度在50～90 m 范圍內(nèi)均可行。考慮到水中基礎(chǔ)施工難度大、工期長(zhǎng)，造價(jià)貴，同時(shí)考慮水上施工條件差，本次設(shè)計(jì)推薦方案采用90 m 大跨連續(xù)梁跨越海子湖水域，盡可能減少水上工作量，提高工作效率，加快施工速度，確保施工安全。

（4）橋梁景觀風(fēng)格

橋梁位于荊州紀(jì)南生態(tài)文化旅游示范區(qū)內(nèi)，大橋北岸即為規(guī)劃楚王宮地塊和園博園地塊，區(qū)域景觀要求高，且為荊楚文化風(fēng)格，因此大橋宜采用仿古風(fēng)格，體現(xiàn)荊州當(dāng)?shù)貧v史、人文文化，與楚王宮、園博園風(fēng)格協(xié)調(diào)、統(tǒng)一。

（5）環(huán)境保護(hù)

橋梁位于旅游示范區(qū)內(nèi)，海子湖水域良好，濕地景觀優(yōu)美，大橋處結(jié)構(gòu)本身應(yīng)注重景觀外，在施工過(guò)程中應(yīng)尤其注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，場(chǎng)地內(nèi)不宜大填大挖，海子湖水域范圍內(nèi)不宜采用土圍堰支架施工大橋結(jié)構(gòu)，宜采用對(duì)橋位環(huán)境影響較小的節(jié)段懸澆、預(yù)制拼裝、移動(dòng)模架等施工方式。

通過(guò)對(duì)以上橋梁設(shè)計(jì)控制因素分析，經(jīng)過(guò)荊州海子湖投資有限公司、荊州市規(guī)委會(huì)和市政府審議通過(guò)，如圖3、圖4 所示效果圖作為推薦實(shí)施方案。

實(shí)施方案上部結(jié)構(gòu)采用十五跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋，橋跨布置為：65 m+123 m+156 m+123 m+10×90 m+55 m=1 422 m，橋梁全長(zhǎng)1 434 m（含橋臺(tái)）。

橋面橫向布置采用：2.75 m（人行道）+3 m（非機(jī)動(dòng)車(chē)道）+2×11.25 m（車(chē)行道）+3 m（非機(jī)動(dòng)車(chē)道）+2.75 m（人行道）=34 m。

圖3 海子湖特大橋效果圖一

圖4 海子湖特大橋效果圖二

3.1.2 結(jié)構(gòu)體系比選

橋梁為超長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)多次超靜定，受力較復(fù)雜，我們?yōu)榇嗽O(shè)計(jì)了三種結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行比選，見(jiàn)表1。

3.2 約束體系

全橋整體一聯(lián)。橋位區(qū)地震基本烈度為6 度，且本橋主跨156 m 屬于特大橋梁，按照《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02—2013）的要求，本橋抗震設(shè)防類別為乙類，按7 度區(qū)設(shè)計(jì)。

本橋采用摩擦擺錘式減隔震系列支座，平面布置為：全橋各個(gè)墩臺(tái)頂均采用雙支座，在P7 墩頂設(shè)置一個(gè)固定減隔震支座和一個(gè)橫向滑動(dòng)減隔震支座，其它墩臺(tái)頂均采用縱向、雙向減隔震滑動(dòng)支座。

摩擦擺減隔震系列支座，與普通球型支座功能一樣，當(dāng)?shù)卣饋?lái)臨時(shí)，橋梁所承受的水平力大于剪力螺栓剪斷力時(shí)，剪力螺栓剪斷，限位裝置打開(kāi)，支座通過(guò)圓弧面之間的相對(duì)滑動(dòng)，將梁體與墩臺(tái)隔離開(kāi)，使大部分地震能量無(wú)法從墩臺(tái)傳遞到梁體。

3.3 上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁。主梁總寬33.8 m，采用分兩幅布置，單幅橋?qū)?6.9 m，為單箱雙室直腹板截面形式，兩幅之間頂板設(shè)置2 m寬縱向濕接縫（設(shè)置縱向鉸縫）。箱梁通過(guò)結(jié)構(gòu)找縱、橫坡。頂板橫坡2%，底板水平。

箱梁156 m 主跨跨中截面中心線處梁高為3.5 m，墩頂梁高12 m，梁底面均采用2.7 次拋物線漸變。123 m 跨跨中截面梁高3.5 m，墩頂梁高分別為10 m、12 m，梁底面分別采用2.7 次、2.6 次拋物線漸變。90 m跨跨中截面梁高2.5 m，墩頂梁高分別為8 m、7 m，梁底面分別采用3.0 次、2.6 次拋物線漸變。

表1 結(jié)構(gòu)體系比選表

3.4 下部結(jié)構(gòu)

橋墩采用C40 鋼筋混凝土。全橋橋墩均采用矩形截面板式橋墩，墩高為2.5～8.84 m。P1～P14 兩幅采用分離式橋墩，單幅橋墩橫向?qū)?1.5 m。由于本項(xiàng)目工期緊，對(duì)承臺(tái)縱向尺寸進(jìn)行適當(dāng)加寬，從而保證懸澆梁0 號(hào)段施工時(shí)有穩(wěn)定的支撐，同時(shí)，又能搭設(shè)用于平衡懸臂施工不對(duì)稱荷載的臨時(shí)支墩，保證結(jié)構(gòu)安全。

所有橋墩均采用承臺(tái)接群樁基礎(chǔ)。

4 施工方案

由于掛籃懸臂澆筑施工對(duì)引江濟(jì)漢渠航道的影響小，對(duì)海子湖水域環(huán)境影響小，在施工工期及費(fèi)用上均有一定的優(yōu)勢(shì)，因此，推薦采用掛籃懸臂施工。

樁基礎(chǔ)根據(jù)樁徑、樁長(zhǎng)及地質(zhì)水文條件等情況，采用鉆孔灌注樁。承臺(tái)、墩身均采用現(xiàn)澆的方式。邊跨路堤段主梁采用支架現(xiàn)澆施工，跨水域段主梁采用掛籃懸臂澆筑施工。主要工序如下：

工序1：施工進(jìn)場(chǎng)，清理現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行施工準(zhǔn)備；海子湖水域范圍內(nèi)搭設(shè)臨時(shí)土路堤；實(shí)施A0、A15 臺(tái)后填方段，壓實(shí)度不小于96%。

工序2：施工P1～P14 橋墩樁基礎(chǔ)、承臺(tái)及墩身；施工A0、A15 橋臺(tái)樁基礎(chǔ)及承臺(tái)；施工仿

古建筑基座樁基礎(chǔ)及承臺(tái)。

工序3：在承臺(tái)上搭設(shè)支架，施工P1～P5、P12～P14 墩主梁0# 塊。0#塊完成后，搭設(shè)臨時(shí)支墩，對(duì)墩梁臨時(shí)固結(jié)處理；安裝P1～P5、P12～P14 墩掛籃，逐段對(duì)稱懸澆主梁（考慮不平衡配重），并適時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力；施工A0、A15 橋臺(tái)臺(tái)身，并回填臺(tái)后路基段；安裝A0、A15 臨時(shí)支架，并進(jìn)行預(yù)壓；支架上施工A0、A15 邊跨現(xiàn)澆段。

工序4：繼續(xù)支架上施工A0、A15 邊跨現(xiàn)澆段；安裝P6～P11 墩掛籃，逐段對(duì)稱懸澆主梁（考慮不平衡配重），并適時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力。

工序5：按如下順序進(jìn)行合龍：①吊架上合龍P4～P5、P6～P7、P8～P9、P10～P11、P12～P13 段；②邊跨合龍A0～P1、P14～A15；③吊架上合龍P5～P6、P9～P10、P13～P14 段；④吊架上合龍P1～P2、P3～P4、P11～P12 段；⑤吊架上合龍P7～P8；⑥吊架上合龍P2～P3。完成全橋合龍，見(jiàn)圖5。然后對(duì)全橋豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行二次補(bǔ)充張拉，施工兩幅箱梁橋面板后澆帶。

圖5 合龍步驟示意圖

5 結(jié) 語(yǔ)

海子湖特大橋是國(guó)內(nèi)首例雙幅15 跨連續(xù)梁景觀橋，為全國(guó)同類型橋梁榜首。橋梁整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、線條流暢，景觀效果好，見(jiàn)圖6；且橋址位于楚王宮旅游景區(qū)附近，與景區(qū)環(huán)境協(xié)調(diào)性好，整體美感突出，展現(xiàn)了荊州城市的獨(dú)特魅力。可為類似涉航道、涉湖橋梁規(guī)劃和建設(shè)提供借鑒。該橋于2019 年9 月建成通車(chē)。