南平樟湖库区大桥设计综述

2014-03-07陈亮

黑龙江交通科技 2014年3期

关键词：主墩浮式主桥

陈亮

(厦门中平公路勘察设计院有限公司)

南平樟湖库区大桥设计综述

陈亮

(厦门中平公路勘察设计院有限公司)

樟湖库区大桥跨越水口库区，桥位处湖面宽710 m，最大水深42 m，墩高约20 m。主桥上部结构采用预应力混凝土连续刚构，下部结构采用矩形板式双薄壁墩、高桩承台、群桩基础。主桥桥墩位于库区超深复杂水域，局部区域岩面倾斜裸露，且基岩承载力较高，深水裸岩大直径超深桩基施工是项目的一大难点。考虑水文、地质条件及施工设备，主墩钻孔桩选用浮式钻孔平台施工。介绍樟湖库区大桥桥型结构和施工方案，可为同类型桥梁的设计提供参考。

连续刚构桥;桥梁设计;深水裸岩桩基;浮式平台

1 概述

福建省南平市樟湖库区大桥跨越闽江水口水电站库区，水口水电站是华东地区最大的水电站。大桥建成后连通闽江南、北两岸，使北岸库区移民便捷到达国道316线，对加快樟湖作为中心城镇全面发展、整合水口库区资源及完善福建省公路网具有重要意义。

樟湖库区大桥全长788 m，全桥平面位于直线上，桥面纵坡为单向0.3%。设计汽车荷载为公路—Ⅱ级，人群荷载3.0 kN/m2，地震动峰值加速度0.05 g。桥梁全宽 12.0 m=1.5(人行道)+9.0(行车道)+1.5(人行道)，双向两车道。桥下通航内河Ⅳ级航道(普通500 t级货船)，单孔通航净宽90.0 m，净高8.0 m。

2 主要工程特点

根据桥址处自然、地理条件及勘测资料，本项目的建设具有如下特点。

(1)桥位处库区湖面宽约710 m，最大水深约42 m，常年水位变动只有3～4 m。

(2)湖床基岩覆盖层较薄，厚0.8～14 m，下伏岩层以弱～微风化花岗岩为主，局部区域岩面倾斜裸露，基岩承载力较高，岩石饱和单轴抗压强度标准值35.2～89.4 MPa。

(3)桥址两岸临河面岸坡及岩面坡度达30°～36°，河床地面则较平坦。

(4)库区施工，大型设备难以进场，深水裸岩大直径超深桩基施工是本项目的一大难点。

3 桥型及结构整体构思

鉴于上述项目建设特点，桥型方案选择在安全、实用的前提下，结构型式力求经济、美观，桥跨布置均衡协调，同时应充分考虑施工作业条件。水中区域要在考虑施工方案切实可行的前提下适当加大桥梁跨度;岸滩区应采用常规的能快速施工的桥型结构，以简化工序，缩短工期。经多方案比选后，选用较为实用、经济的(70+4×125+70)m预应力混凝土连续刚构主桥+(4×35)m预制预应力混凝土T梁引桥。

主桥采用多孔连续刚构，引桥采用预制T梁方案具有以下优点。

(1)根据勘测资料揭示:闽江北岸及旧航道主河槽水深较大、基岩覆盖层浅;南岸水深较小、基岩覆盖层深。北岸大跨径连续刚构与南岸预制T梁搭配布置，结构经济、受力合理。

2.定干。对于截干移植的苗木，待萌条长到15—30厘米高时，选留一个健壮直立的萌条作为主干，其余的全部除掉。

(2)主桥采用多孔连续刚构跨越能力大、整体性好、行车舒适、外形美观，上部结构施工技术成熟可靠，下部结构工程量小。

(3)引桥上部结构标准化、工厂机械化施工，造价经济、施工便捷。

4 上部结构设计

4.1 主桥箱梁结构

主桥采用单箱单室变截面箱型梁结构，主跨支点梁高7.5 m，边跨直线段及主跨跨中处梁高2.6 m，梁高变化段梁底曲线采用1.5次抛物线。箱梁顶板宽12 m，底板宽6.5 m，两翼板悬臂长度2.75 m，悬臂根部高度 0.75 m，顶板厚 0.3 m，腹板厚在11#梁段由0.45 m 渐变至0.6 m，底板厚由0.3 m渐变至0.8 m，箱梁底板厚度按线性变化。箱梁底板水平，通过两腹板的高差，实现顶板双向横坡。

主梁每个单“T”划分为16个梁段，其中0#块长12.0 m，1#块长2.5 m，2#块至4#块长3.1 m，5#块至9#块长3.7 m，10#块至15#块长4.2 m，边跨支架现浇段长6.5 m，边跨及中跨合拢段长度均为2.0 m。

4.2 主桥箱梁预应力体系

箱梁为纵向、竖向预应力体系，箱梁纵向预应力钢束采用19Φs15.2、17Φs15.2 高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa。预应力管道采用塑料波纹管成型，预应力锚固体系采用群锚15-19、群锚15-17。腹板及0#块竖向预应力采用JL32精轧螺纹粗钢筋，抗拉强度标准值fpk=785 MPa。箱梁横向为普通钢筋混凝土结构。箱梁典型断面纵向预应力钢束类型及数量见表1。

表1 纵向预应力钢束类型

4.3 引桥主梁

引桥主梁采用预制预应力混凝土连续T梁(后张)，结构体系为先简支后连续。T梁梁高2.3 m。上部横向由5片梁组成，梁中距2.4 m，湿接缝宽度0.7 m。T梁纵向预应力钢束及墩顶负弯矩钢束均采用Φs15.2高强度低松弛钢绞线。

5 下部结构设计

5.1 主桥桥墩

根据桥位地质、库区水文条件及桥型结构，主桥桥墩采用嵌岩高桩承台基础，桩长约60 m，自由长度约24～35 m，为提高桩基承载力，并满足上部结构悬臂施工过程中桩基的稳定性要求，经比较分析，主墩基础采用6Φ2.0 m钻孔灌注群桩基础，桩基纵桥向间距6.3 m，横桥向间距2×4.5 m。墩身采用矩形板式双薄壁墩，墩高19～20.5 m，壁厚1.4 m，宽6.5 m，纵桥向净距4.9 m。主墩承台高度4.0 m，平面尺寸为9.9×10.4～18.0 m。为减小船舶对桥墩的撞击力，通航孔两侧主墩承台及墩身设置橡胶防撞船舷。

5.2 交接墩

主桥与引桥交接墩采用4Φ2.0 m钻孔灌注群桩基础，墩身为 Φ2.0 m双柱式墩，墩高25.5 m，承台高度3.5 m。5.3 引桥桥墩、桥台

引桥桥墩采用2Φ2.0 m钻孔灌注桩基础，墩身为Φ1.8 m双柱式墩。两侧桥台均采用钢筋混凝土U型桥台，钻孔灌注群桩基础。

6 主梁、墩身及承台施工方案

6.1 主梁施工方案

主桥箱梁共有5个“T”构，采用三角挂篮进行箱梁悬臂施工。由于主墩为水中墩，主墩施工中采用三角托架法施工0号块，边跨现浇段采用钢管桩支架施工。上部箱梁共有六个合拢段，施工时合拢顺序为先边跨合拢，再中跨合拢，最后次边跨合拢。

6.2 主墩墩身施工方案

主墩为薄壁矩形高墩施工，最大墩高达20.48 m，施工采用翻模法进行，模板每节高度2 m，一次浇筑6 m，分4次浇筑。

6.3 主墩承台施工方案

主桥为高桩承台，其承台施工采用钢吊箱方案。由于承台体积庞大，承台混凝土浇筑时，混凝土水化热集聚在承台内部不易散发出去，造成内外温差过大，混凝土表面可能出现过大拉应力而产生裂纹。为此制订如下措施，以保证承台混凝土结构的施工质量:(1)合理选择原材料，优化混凝土配合比;(2)预埋冷却水管;(3)降低混凝土入模温度;(4)加强混凝土养护;(5)加强混凝土内部温度测量监控。

7 深水基础施工方案

7.1 深水基础施工方案选择

樟湖库区水流流速及水位落差较小，常水位水深约25～42 m，主桥桩位处湖床基岩覆盖层较薄，局部区域岩面倾斜裸露，基岩承载力较高。由于主桥存在上述水文、气象、地质特点，如按常规深水桩基施工经验搭设固定平台(如钢管桩施工平台、钢套箱围堰)，则存在固定平台材料投入大、工序时间长、稳定性差等不利因素。考虑库区无大型起吊设备及比较有利的水文条件，经方案比选，主桥桥墩深水基础采用浮式钻孔平台方案，南岸浅滩采用钢管桩平台方案。

7.2 浮式钻孔平台设计原理

浮式钻孔平台是利用水的浮力来承受竖向荷载的一种刚性浮体作业平台。主墩桩基施工需起吊的钢护筒、钢筋笼重量大(最大起吊重40 t)，库区内无大型浮吊，故需选用有足够承载力及刚度的浮体来支承相应的施工荷载。浮式平台选用浮箱组合体作为刚性浮体，两组浮体通过钻孔平台连为整体，平台设置龙门吊以解决钢护筒、钢筋笼起吊等作业问题。浮式平台通过设置地锚来承受水平荷载。钢护筒插打完成后通过水下连接系对其进行刚性连接，钻孔作业时钢护筒与平台完全脱离。浮式平台可对角布置3台冲击钻经2轮循环成孔进行施工。