舟山市新城大桥改扩建总体方案设计

杨成峰，何 骏

(浙江数智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310006)

1 工程概况

舟山新城大桥连接舟山本岛和长峙岛，起于舟山本岛临长路与海天大道交叉口，沿现状临长路，跨定沈水道，经东担峙岛，终于长峙岛临长路与桃源路交叉口，桥梁全长1 394 m，定沈水道主通航孔满足500 t级杂货船单孔双向通航。

新城大桥是目前连接舟山本岛和长峙岛的唯一通道，随着长峙岛的快速开发，新城大桥交通压力与日俱增。为了加快长峙岛开发建设，满足日益增长的交通需求，扩建新城大桥是极为必要的。

2 桥型方案

2.1 现状桥梁概况

现状新城大桥桥梁总长1 394 m，桥梁布跨为12×10 m+6×30 m+6×30 m+(36 m+148 m+36 m)+8×30 m+8×30 m+7×30 m。上部结构主桥为中承式钢管拱系杆拱桥，主拱肋采用二次抛物线，矢高36.92 m，矢跨比1/4。其中148 m主跨为通航孔，通航标准为500 t级海轮，通航净高14.5 m、净宽106 m。大桥为二级公路标准，设计速度40 km/h，设计荷载：汽车-超20级、挂车-120，横断面宽度16.4 m。

2.2 新建桥梁桥型方案

舟山作为近年来着力打造的休闲宜居城市，景色秀美，同时，新城大桥作为连接舟山本岛与长峙岛的唯一通道，故桥型设计应充分体现景观中心作用，要突出体现桥梁与环境景观的协调性，使大桥成为交通纽带和两岸景观的纽带。根据通航要求和现状新城大桥桥跨，主桥主跨设置为148 m，单孔双向通航，提出三种主桥桥型方案如下。

方案一：36 m+148 m+36 m中承式系杆拱桥，主拱肋和边拱肋均向桥轴中心线倾斜，倾角均为76.826°，主、边拱肋均为钢结构箱形断面，边拱肋两端之间设置系杆索，平衡主拱拱脚推力。

方案二：66 m+148 m+66 m自锚式悬索桥，主桥采用2根主缆，空间布置。主塔采用钻石形混凝土塔，每个主塔塔顶设置一对主索鞍。主桥桥面加劲梁采用了扁平钢箱梁截面，以适应施工期间的梁体架设和成桥后的轴向压力。

方案三：80 m+148 m+80 m部分预应力混凝土斜拉桥，主梁采用变截面斜腹板连续箱梁，主塔采用双柱式混凝土桥塔，每个塔上设置8对斜拉索。

自锚式悬索桥、部分预应力混凝土斜拉桥作为单独的桥梁景观效果较好，但是与现状新城大桥的协调性不足。中承式系杆拱桥跨径、结构形式以及大桥风格与现状新城大桥一致，与周边景观协调性较好，施工技术成熟可靠，故主桥采用(36+148+36)m中承式系杆拱桥方案。

3 结构设计

3.1 结构体系

主桥桥跨布置与现状新城大桥一致，桥跨布置为36 m+148 m+36 m，主桥全长220 m。拱肋矢高37 m，矢跨比1/4。主桥桥型为中承式钢箱系杆拱桥，主、边拱肋均向桥轴中心线倾斜，倾角为76.826°，边拱肋两端之间设置系杆索，平衡拱肋推力。跨中桥面系纵梁通过牛腿搁在拱肋横梁上，跨中桥面系即形成半漂浮体系，结构受力简单明确，施工控制也较为容易。

3.2 拱肋结构

现状新城大桥采用哑铃型钢管混凝土拱系杆拱桥，钢管混凝土具有承载能力高、耐火性能较好以及经济效果好等优点，但是钢管混凝土内混凝土属于隐蔽工程，混凝土的浇灌质量不易控制，对泵送混凝土的质量要求及施工管理要求较高，容易出现混凝土与钢管脱空现象，降低结构承载力。

钢箱拱较哑铃型钢管混凝土系杆拱桥有以下优点：采用闭口钢箱拱肋横、竖向抗弯惯矩均较大，而哑铃型截面横向抗弯惯矩较小，桥位处风速较大，横向受力明显；钢箱拱施工质量易控制、施工工序少、施工工期短。故新建拱桥拱肋截面采用钢箱截面。

主拱肋采用拱提篮形式，拱轴线为二次抛物线，拱肋断面为单室箱形断面，宽度为1.6 m，高度从拱顶的2.2 m二次抛物线变化到拱脚的3.5 m。拱肋跨中断面顶底板、腹板厚为20 mm；支点断面顶底板、腹板厚为30 mm。箱内设置纵向板式加劲肋，采用刚性加劲设计。

3.3 系杆

作为连接主跨、边跨的纽带，系杆设置在桥面与拱肋相交处，分别与桥轴线相平行，并置于横梁之上。本桥系杆为了避免与主拱肋、边拱肋相交使其结构受力复杂化，采用XGKⅠ系杆索，以适应平面内的弯曲变化。全桥共设置4对系杆，每根系杆采用55根环氧涂层钢绞线。

3.4 吊杆

全桥共设置13对吊杆。吊杆沿桥纵向为垂直布置，标准间距为8 m。每个吊点设一根吊杆，吊杆采用φ7 mm高强度镀锌钢丝，钢丝抗拉强度fpk=1 670 MPa，采用PES7-73和PES7-91两种规格。

3.5 结构耐久性设计

新城大桥主桥属于跨海大桥，结构物处于海洋环境之中，常年湿度大，海水含盐度高，涨落潮的干湿侵蚀效应、海洋大气的腐蚀环境，对大桥的使用寿命有极大的影响。本桥设计中采取多种措施提高结构的耐久性，包括采用海工耐久混凝土、混凝土及钢结构防腐涂装、控制保护层厚度、混凝土掺阻锈剂、海水耐蚀剂等。

3.6 施工方案

拱桥常规施工方案可采用缆索吊方案，该施工方案技术成熟，但施工工效低、进度慢，大量的海上施工作业影响施工工期及施工质量。结合桥位处的地理位置及通航条件，本桥创新性地采用大节段钢箱拱整体制造、浮运、架设技术。钢箱拱大节段长度为105 m，宽度为22 m，高度为21.5 m，自重535 t，加上临时撑杆及吊索总重量约640 t。该施工方案减少了水上吊装作业次数，提高了钢箱拱架设施工效率，有效地确保了安装质量控制及钢箱拱肋整体线型控制。

4 结构稳定性分析

基于总体计算的模型，对结构进行弹性屈曲的稳定性分析(第一类稳定)，计算过程中考虑了梁-柱作用，计入各构件的初始轴力对几何刚度矩阵的影响，各构件的初始刚度由相应工况的构件初始内力决定，对运营阶段恒+活工况进行了稳定分析，结构第一阶失稳模态见图1。

表1 稳定计算结果表

图1 成桥状态失稳模态图

5 结 语

舟山新城大桥改扩建项目充分考虑桥位处的地形地貌、气象、通航等条件，采用与现状新城大桥景观相协调的中承式系杆拱桥，并在结构体系、构造、耐久性及施工方案等设计中进行优化创新。新城大桥改扩建工程已于2019年10月顺利建成通车，大桥建成后已成为舟山新城一道靓丽的风景线。