佛昙湾跨海大桥设计分析
佛昙湾跨海大桥设计分析
刘曲
摘要：本文根据佛昙湾跨海大桥具体工程，对佛昙湾跨海大桥的设计进行了分析,包括跨径选择、拟考虑桥型分析、比较方案分析及方案比较结果分析,最终提出最佳桥梁设计方案,为广大设计人员提供一定的参考.
关键词：跨径选择 设计方案 方案分析
1 工程介绍
佛昙湾跨海大桥位于佛昙溪入海口,起点位于整美村,终点位于后社村渡头.桥位处海域正宽600m,航道宽约60-80m,航迹线偏向整美村侧,航道以外均密布有海产养殖场和鱼排.海域内涨落潮非常明显,潮差达4.0-5.0m,涨潮时水深约6.0-7.0m.航道中心线位置不明确,有渔船进出,但没有等级航道规划.
2 跨径选择
佛昙湾跨海大桥的跨径选择分陆上、水中通航深槽区、水中浅滩区三个部分考虑.陆上区域和水中浅滩区主要考虑经济、施工便利,跨径协调统一,跨径选择尽量采用中等标准跨径中经济跨径.水中通航深槽区主要考虑满足通航要求,并尽量减少深槽区域基础数量,降低施工难度,跨径在满足通航要求的基础上,选择中等标准跨径和大跨非标准跨径两种跨径方案进行同等深度比较.
3 桥型分析
预应力混凝土预制T梁有结构简单,受力明确、节省材料、架设安装方便、跨越能力较大等优点.同时它又继承了预制组合箱梁绝大部分优点,即分片小型化预制、材料节省、吊装重量轻、施工机具简单、架设方便、使用性能和经济性相对较好,在区域中广泛使用,因此本项目推荐采用预制T梁.对于中等跨径结构,拟采用项目区域具有多年运用经验预应力混凝土预制T梁,对较大非标准跨径结构,拟采用施工方便、技术成熟的预应力混凝土变截面连续梁.结合桥位区原始地面线、河床、航道特点,本次拟考虑如下两种桥型和跨径组合方案进行同等深度的比较：
预应力混凝土预制T梁（主桥+引桥）,拟考虑的推荐方案：海域内（水中）、引桥（陆上）均采用预应力混凝土预制T梁；预应力混凝土连续梁（主桥）+预制T梁（引桥）,考虑到岱嵩二级渔港的规划尚未批复,佛昙湾的规划尚不成熟,佛昙湾跨海大桥应为今后发展预留足够的通航条件,并适当考虑景观效果.拟考虑的比较方案为：通航孔主桥采用42+3×70+42m预应力混凝土变截面连续梁,引桥采用预制T梁.
4比较方案分析
4.1预应力混凝土T梁
4.1.1总体布置
全桥跨径布置为：2×(3×30)+4×30+6×(4×40)+2×(4×30)+3×30m,海域内共设置6联主桥,每联跨径布置4×40m,采用40m预应力混凝土装配式T梁,陆上引桥采用30m预应力砼装配式T梁,T梁采用结构简支、桥面连续.左、右幅分幅布置,单幅桥面净宽14.5m,起终点桩号K39+876.36-K41+473.64,全长1597.28m.
4.1.2结构设计
4.1.2.1 40m预应力混凝土装配式预制T梁
梁高2.5m,预制长度39.44m,预制梁宽：中梁1.7m、边梁2.0m，湿接缝宽0.5m，单幅桥设7片T梁.除梁端支撑处设置端横梁外,每片预制梁设置5片中横梁,间距6.5m.跨中腹板宽0.2m,端部腹板宽0.6m.
4.1.2.2 30m预应力混凝土装配式预制T梁
梁高2.0m,预制长度29.44m,预制梁宽：中梁1.7m、边梁2.0m,湿接缝宽0.5m,单幅设7片T梁.除梁端设置端横梁外,每片梁设置3片中横梁,间距7.2m.跨中腹板宽0.2m,梁段腹板宽0.5m.
4.1.2.3桥墩、桥台
墩柱均采用三柱墩,设置一道地系梁.40mT梁,墩柱直径1.6m,桩基直径2.0m；30mT梁,墩柱直径1.3m,桩基直径1.6m.墩柱采用C40海工耐久性混凝土,桩基采用C35海工耐久性混凝土.桥台采用肋板式桥台.
4.2预应力混凝土连续梁方案
4.2.1总体布置
全桥跨径布置为：3×(4×30)+(42+3×70+42)+7×(4×30)+3×30m,主跨42+3×70+42m预应力混凝土变截面连续梁跨越通航及深槽区,左、右幅分离布置,半幅桥面净宽14.5m.其他浅滩及陆上采用30m预应力砼装配式T梁,起、终点桩号K39+886.36-K41+477.64,全长1591.32m.
4.2.2结构设计
4.2.2.1通航及深槽区主桥
主桥结构,主桥跨径布置：42+3×70+42m,预应力混凝土变截面连续箱梁,采用单箱单室截面,箱梁顶板宽15.5m,悬臂长3.75m,底板宽8.0m.在边跨现浇段、边跨合拢段以及跨中合拢段梁高2.1m,主墩支点处梁高4.2m，梁高按1.8次抛物线变化.
箱梁底板厚除横隔板范围内为0.96m外，其余各梁段从合拢段0.30m渐变至根部0.6m,底板厚度同箱梁高度均按1.8次抛物线变化.箱梁顶板厚度除横隔板范围内为0.58m外,其余各梁段均为0.28m.腹板厚度除横隔板范围内为1.20m外,其余腹板从0.50m渐变到0.70m.标准梁段长3.5m、4.0m.顶板、底板及腹板板厚的确定在考虑受力及构造要求的同时,兼顾了砼结构耐久性的要求,主梁采用C50海工耐久性混凝土,断面形式见下图3.
预应力体系,主梁采用三向预应力结构体系,主梁悬浇顶板束采用Φs15.2-15型钢绞线,现浇腹板下弯束采用Φs15.2-15/17型钢绞线,顶板直接锚固和下弯结合；中跨与边跨的底板合拢束采用Φs15.2-17型钢绞线；另外为了克服桥面板的温差效应,在边跨靠近端部的顶板内,设置了Φs15.2-17型钢绞线的顶板合拢束.横向预应力束每延米布置2束Φs15.2-3钢绞线,扁波纹管成孔,扁锚锚固,单端交错张拉.
竖向预应力采用JL-25预应力粗钢筋,在箱梁纵向每50cm布置4根，即每个腹板内2根,在保证纵向预应力束布置的前提下,尽可能靠近腹板中心布设.
4.2.2.2引桥
引桥采用30m预应力混凝土装配式预制T梁，梁高2.0m，预制长度29.44m，预制梁宽：中梁1.7m、边梁2.0m，湿接缝宽0.5m,单幅设7片T梁.除梁端设置端横梁外,每片梁设置3片中横梁,间距7.2m.跨中腹板宽0.2m，梁段腹板宽0.5m.
4.2.2.3主墩墩身、基础
主墩墩身：采用矩形截面实心墩,横桥向宽度8.0m,顺桥向宽度2.4m,四周倒圆角,以利水流通过,墩身采用C40海工耐久性混凝土；承台,平面尺寸为11.8（横桥向）×6.7m（顺桥向）,承台厚度2.6m（边主墩）、3.0（中主墩）,采用C35海工耐久性混凝土；主墩基础,由于本区段水下覆盖以中粗砂、粘性土及残积土为主,相对软弱,层厚相对较薄且水深较深,采用打入桩较难自稳,故采用钻孔灌注桩,桩径1.6m（
边主墩）、1.8m（中主墩）,每一个主墩下设6根桩,基底持力层为微风化花岗岩,桩基采用C35海工耐久性混凝土.
4.2.2.4过渡段墩身、基础
采用三柱墩,桩柱接盖梁,墩柱直径1.6m,桩基直径1.8m,设置一道地系梁,墩身采用C40海工耐久性混凝土.
4.2.2.5引桥桥墩、桥台
30mT梁采用三柱墩,设置一道地系梁.海域部分：墩柱直径1.4m，桩基直径1.8m；陆地部分：墩柱直径1.3m,桩基直径1.6m.墩柱采用C40海工耐久性混凝土,桩基采用C35海工耐久性混凝土.
桥台采用肋板式桥台.
5方案比较结果分析
5.1技术经济
根据初步设计研究的桥型方案,主桥选择了预制T梁、连续梁两个方案,技术经济比较如下：预制T梁方案：现场预制、整体吊装、施工工艺成熟、桥梁外观简洁,视野开阔,运营期间无需太多养护,主桥建筑高度低,造价便宜；变截面连续箱梁方案：能够做到施工难度、景观、使用性能、维护性能等各方面性能的较好均衡；主要建筑高度高,造价略高,结构耐久性要求更高.
5.2推荐方案
本桥各项技术指标如下：跨径桥型方案10x30+24x40+11x30m,30m、40mPC装配式T梁；桥长1597.28m；通航孔主跨40m；工程造价23065万元.
参考文献
[1] 国平,预应力混凝土结构设计原理[M].北京：人民交通出版社,2000．38-40．
[2]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62—004)[M].人民交通出版社．
[3]路桥涵通用设计规范(JTGD60-2004)[M].人民交通出版社．
