宁德特大桥桥型方案比选

2015-04-24吴江鸿

福建交通科技 2015年1期

■吴江鸿

（福建省交通规划设计院，福州 350004）

1 概况

宁德特大桥为福建省沈海复线宁德漳湾至连江浦口高速公路一控制性工程，桥梁跨越三都湾，起点处位于宁德市漳湾镇马山村北侧，终点处位于飞鸾镇上郑村南侧，桥位与温福铁路基本并行。根据宁德市总体规划要求，路线布设于宁德学院与温福铁路之间的交通规划走廊带上，受两岸互通布设、飞鸾码头航道等的限制，桥位选择单一。桥位平面见图1。

项目采用高速公路标准，设计速度100km/h，双向6 车道，路基宽度33.5m，桥梁荷载采用公路-Ⅰ级。

图1 桥位平面

2 建设条件

2.1 气象

区域气候属中亚热带季风气候，四季分明；年平均气温13.8℃～19.5℃，最高气温为39.4℃，最高月平均气温为28.7℃，最低月平均为2.4℃；年降水量1100～2143mm，3～9 月为雨季；多年平均年雾日数为12.6d，最多年雾日数为45d。全年盛行东南风，实测年平均风速为1.5m/s，实测最大风速为28.0m/s，多年平均最大风速11.0m/s。桥位地区设计风速见表1。

表1 桥位地区设计风速

2.2 水文

(1)桥址区海域潮流属正规半日潮，潮流为往复流，根据实测的附近水域表面流速流向资料显示：涨潮流向西，落潮流向东，流速最大为0.85m/s。附近海域的三都站潮汐特征如下：

图2 大桥纵断面

最高潮位：4.593m

最低潮位：-3.287m

平均高潮位：3.323m

平均低潮位：-2.207m

平均潮差：5.52m

最大潮差：7.8m

最小潮差：3.18m

(2)设计水位

桥梁设计水位采用300 年一遇潮位：极端高水位5.95m（85 国家高程基准）。

路基设计水位采用100 年一遇潮位：极端高水位5.73m（85 国家高程基准）。

(3)设计波高

三都澳属半封闭海湾，外海波浪无法抵达项目区域，本工程所受波浪作用为风生波，百年一遇的波浪高为0.89m。

2.3 通航

宁德水道通航水域无通航等级且无规划，现为金蛇头客运码头船只通行使用，要求维持现状通航水平。温福铁路宁德特大桥跨越宁德水道桥跨为标准跨径32m，墩中心距为32.7m，未明确通航要求。

2.4 工程地质

(1)拟建桥梁跨越海湾、滩涂，桥址区地貌属冲海积地貌，地形平坦开阔。根据地质调查和钻孔揭示，桥址区地表主要上覆第四系素填土层（Q4me）；第四系冲海积层（Q4al-m）粉质粘土、淤泥层；第四系冲洪积层（Q4al+pl）卵石层;第四系残坡积土层(Qel-dl)；下伏燕山晚期侵入花岗岩（γ53）及其风化层。桥址区未见滑坡、崩塌、泥石流等大型不良地质作用。未见砂类土分布，不存在砂土液化问题。桥址区发育有厚度1.8～29m 不等的淤泥，本桥址区属6 度区，可不考虑软土震陷问题。未见活动性构造迹象，区域地质相对稳定。

(2)本场地属软弱场地土类型，工程场地类别为Ⅲ类。桥址区软土发育，淤泥层厚度大，为抗震不利地段。

(3)拟建线路工程50 年超越概率10%的一般场地地表水平峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期0.35s，抗震设防烈度为6 度。

(4)桥址区内地表水主要为三都澳（漳湾）海水，海域部分海水对砼有结晶分解复合类强腐蚀性，地下水主要为赋存于卵石层孔隙中，地下水对砼有结晶分解复合类弱腐蚀性。

3 桥型方案构思与比选

跨海大桥总长度约11km，桥梁规模大，其跨径的合理布设、施工方案的合理选择等均对大桥的工程造价及工期影响巨大。纵断面图见图2。

3.1 桥型方案构思原则

(1)通航孔布置应满足通航要求并降低船撞概率。

(2)桥跨布置应与水深、地质条件相匹配，以降低造价及施工难度。

(3)贯彻标准化、工厂化、预制化等原则，将施工时间和风险降到最低。

(4)做到工程造价和施工工期最优化。

(5)桥跨布置应使结构受力合理。

(6)重视造型和景观设计，与环境协调。

3.2 跨径备选方案

通航孔桥跨越宁德水道，根据通航要求采用40m跨径即可满足要求，净空上有一定富余。跨越北岸海堤也采用40m 跨径。以上桥孔在本大桥中的体量很小，对造价及工期影响小，本文不再进一步比选。鉴于本桥规模大、潮差大、水深浅、海流流速小、波浪小、工期紧等特点，为减小施工难度，拟采用等截面的上部结构。位于桥梁右侧约200m 的温福铁路宁德特大桥除跨越沈海高速公路和海堤采用主跨80m 或64m 的变截面连续箱梁外，其余均采用32m 或24m 的简支箱梁，本桥在跨径布设上还应考虑与铁路桥的景观协调。大桥的施工可选方案较多，要考虑国内施工设备的整体能力、施工技术水平，选择较成熟的施工工艺。

(1)30～40m 装配式预应力混凝土T 梁（先简支后结构连续）

国内装配式T 梁应用广泛，施工工艺成熟，利于施工质量控制。上部结构预制安装，减少海上作业时间，可采用整片吊装和梁上运梁的施工方式，施工周期比同等跨径的现浇箱梁短。下部结构采用双柱式墩，施工速度快，但墩柱林立，景观效果较差。50m 跨径吊装重量较大，吊装设备较少，经济性较40m 及以下跨径差，35m 跨径造价较30m 高（造价比约为1.06）且工期优势较小，拟仅对30、40m 进行进一步比选。

(2)30～40m 装配式预应力混凝土箱形连续梁（先简支后结构连续）

具有与装配式T 梁类似的优缺点，两者有很强的竞争力。相对于同等跨径的T 梁而言，有以下不同：每孔桥预制梁片数较少，对工期控制较为有利；但其施工工艺相对复杂，施工质量控制难度较大，单片梁吊装重较T 梁大（如30m 跨径重104t，而T 梁为73t）；湿接缝道数较少、总宽占桥宽比例小，在互通区变宽段调整不如T 梁灵活。考虑到40m 跨径吊装重较大，运输及吊装上难度较大，且经济性较差，拟采用30m 跨径与其它方案进行比选。

(3)50m 预应力混凝土连续箱梁

整体现浇（预制）连续箱梁在跨径可选择40～80m，施工方案选择也较多，如支架现浇、移动模架逐跨现浇及节段拼装等。根据本桥地质、水深、桥高等条件，60m 及以上跨径造价高，经济性较差，施工所需设备要求较高，施工难度较大，其建筑高度、跨径、墩高三者配合景观效果不佳，与铁路桥孔布设反差大，协调性较差。因此，宜选择60m 以下跨径作为备选方案。从工期考虑，箱梁采用等截面较为合理。由于40m 等截面连续箱梁在造价和工期上不如同等跨径装配式T 梁（箱梁），拟采用50m 等截面连续箱梁作为备选方案。

3.3 主梁施工方案

(1)30～40m 装配式预应力混凝土T（箱）梁

装配式预应力混凝土T 梁、箱梁采用双导梁架设，工艺成熟，施工吊装设备多。

(2)50m 预应力混凝土连续箱梁

50m 等跨等截面预应力混凝土连续梁结构可采取支架或移动模架逐孔现浇、节段预制逐孔拼装、节段预制悬臂拼装或整孔预制梁上运梁的施工方法。考虑本桥潮差大、淤泥较深等因素，支架搭设困难，现浇施工推荐采用移动模架。节段预制和整孔预制、梁上运梁的施工方法施工速度较快，但对于预制场和架设机具的要求相当高，特别是后者。根据国内部分跨海大桥的研究成果及实施情况，箱梁上部结构不同工法比较见表2。

表2 箱梁上部结构不同工法比较

箱梁提前预制、现场装配的施工方法，海上作业时间短，施工速度较快，但与移动模架施工相比，造价高出较多，且场地施工条件适应性较差。为合理降低工程造价，推荐采用移动模架法，可增加移动模架数量，增加工作面，缩短工期。

3.4 工期比较

项目工期初拟为3 年。大桥按南北岸划分施工段，一侧各约5.5km，为方便比较，按等跨径布设。主梁架设工期比较见表3。

表3 主梁架设工期比较

上述方案的工期都可满足总体建设安排，其中方案1～3 均采用常用的施工工艺，风险较小，方案4 中需要的移动模架数量较多，能否投入较多的模架存在较大的风险，且造价显著增加，此外，本桥移动模架起吊安装无法使用船舶，双幅桥施工需要增加较多钢栈桥等临时工程。

3.5 综合比选

在上述比选的基础上，结合地质、桥长、预制场位置的情况，按照淤泥厚度、墩高、水深及桩基受力情况等进行技术经济综合比选，提出桥跨布置推荐意见。方案典型横断面见图3，综合比选见表4，为叙述方便，定义A 类为淤泥厚度大于25m、水深大于3m 桥跨，B类为淤泥厚度小于25m、水深小于3m 桥跨。图中括号内数字为A 类数据，括号外数字为B 类数据。

图3 桥梁典型横断面

以上比选表明，装配式箱梁和T 梁具有较为明显的优势。两者相比较，前者由于缺少强大的横梁，荷载横向分布上较后者劣势，对于本项目功能定位为过境交通，重载交通比重较大，在结构受力上较后者不利；此外，箱梁预制施工质量控制要求也较高。但考虑到本桥工期压力大，后者的优势较大，最终选择后者即30m装配式箱梁方案为大桥主要桥孔的桥型方案，针对箱梁的不足之处，除了要求加强施工管理外，对其结构进行改进以提高其服务水平，如：增设了中横隔板加强横向刚度，优化横向分布；腹板厚度由18cm 加厚至20cm，有利于混凝土的振捣密实及预应力管道的布设定位；优化预应力钢束配置、提高应力储备等。