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    廈門翔安大橋工程總體設計
    2023-01-31 來源:網易 

      湯偉 袁昂 王曉東 王麒中交公路規劃設計院有限公司

      摘 要:廈門第二東通道工程連接廈門本島和翔安區,項目設計中充分考慮廈門交通路網規劃和建設條件要求,采用高速公路標準兼具城市道路功能,以隧道結構方案穿越島內老城區,以橋梁方案跨越廈門東部海域,橋梁建設借鑒了境內外先進經驗和理念,解決了本島-翔安-新機場的交通需求,同時為廈門增加一個新的地標建筑。

      關鍵詞:橋梁設計;總體設計;預制墩臺;大跨鋼箱梁;明挖隧道;耐久性設計;

      1 概述1.1工程概況

      廈門翔安大橋西起廈門島內金尚路,順接廈門第二西通道,沿枋鐘路向東,跨越東海域,接翔安南路,終于翔安南路互通,是廈門市規劃路網兩環八射的組成部分,也是國家高速公路網廈門段的重要控制工程。翔安大橋構建了本島與翔安區之間的跨海運輸通道,也是本島與新機場之間的主要聯系通道。主要包括了本島段隧道工程、跨海段橋梁工程以及翔安段接線和兩岸互通橋梁工程。

      1.2建設條件

      陸域為風化剝蝕性微丘地貌,兩岸地勢開闊平坦,岸灘帶為海蝕海岸及堆積海灘地貌。海域段在廈門本島側岸坡較平緩,多為直立式防浪石護岸,一般水深10~18 m, 至中間部位最深達22 m, 分布有礁石;劉五店岸側水下坡較平緩,一般水深10~15 m, 海底平坦,漸至出露。項目橋址區域大部分水深條件較好,中航道、西航道,以及規劃中的東航道,水深均在6.0 m以上。

      橋址區海域上部地層為淤泥、淤泥質粉質黏土、粉質黏土、細砂、中砂、粗砂、礫砂及殘積土覆蓋,下伏基巖為凝灰熔巖以及花崗巖,巖、土種類較多,分布較不均勻,性質變化較大,尤其是中~微風化巖面起伏大,海域發育有2條風化深槽,陸域發育多條風化深槽。場區巖土工程問題主要為水土流失、風化深槽、風化孤石、橋基沖刷穩定,特殊性巖土為軟土、花崗巖殘積土及風化巖。工程場地50年超越概率10%、100年超越概率3%的基巖水平峰值加速度分別為132 ga1、271 ga1。

      廈門屬亞熱帶海洋性季風氣候,多年平均氣溫為20.9℃,極端最高氣溫38.5℃,極端最低氣溫1.5℃。多年平均降水量為1 183.4 mm。設計風速39.7 m/s。百年一遇極端高水位4.42 m, 極端低水位-3.32 m。

      橋位所處海域為正規半日潮,水文條件好,水深6~18 m, 平均流速0.6 m/s。設計高水位為3.27 m, 設計低水位為-2.50 m。橋址處設計最高通航水位為4.62 m。

      為滿足飛機起降安全,橋位處限高54 m, 橋梁結構需滿足限高要求。

      1.3主要技術標準

      主線采用高速公路標準,設計速度80 km/h, 其中本島段采用六車道、隧道凈寬2×13.75 m, 跨海段采用八車道、橋梁總寬38 m, 翔安段采用六車道、橋梁寬30 m。輔道采用城市主干路標準,本島側輔道采用十車道,翔安側輔道采用六車道,設計速度采用40 km/h和60 km/h。橋涵設計汽車荷載等級采用公路—I級、城—A級標準。地震基本烈度為Ⅶ度,橋梁設計使用壽命按100年考慮。

      2 總體設計2.1總體布置

      本項目是廈門本島對外聯系的一個重要通道,設計統籌考慮了與建設條件、環境保護、文物、通航、航空限高、與廈門海滄隧道順接、島內外交通組織和路網銜接等要求,合理地設置了隧道、橋梁以及互通式立交方案。為更好發揮進出廈門本島快速通道的作用,圍繞保障交通安全和提高通行效率、交通組織管理、橫斷面布置、過渡段設計,地下匝道出入口、互通式立交型式、主輔路交通轉換、輔道平面交叉口等交通組織方案進行了細化和優化。見圖1~圖3。

      2.2海中橋梁2.2.1橋梁結構設計

      橋梁總體布置見圖4。

      海中鋼箱梁橋總長3 270 m, 根據通航要求設3個通航孔,通航標準見表1。

      

      圖1 廈門第二東通道項目在路網中的位置示意 下載原圖

      

      圖2 項目平面示意 下載原圖

      

      圖3 項目縱斷示意 下載原圖

      

      圖4 海中橋梁總體布置示意 下載原圖

      單位:m

      除中航道2個通航孔設置2個150 m跨徑外,其余均采用90 m橋跨。中航道采用90 m+90 m+2×150 m+90 m+90 m一聯布置,全長660 m, 上部采用變高度鋼箱連續梁,下部采用預制拼裝承臺-墩身和鋼管復合樁結構。90 m跨均采用等高度鋼箱連續梁,互通區采用變寬鋼箱梁,下部采用預制拼裝承臺-墩身和鋼管復合樁結構。

      表1 通航凈空尺寸 導出到EXCEL

      
    通航孔

      通航方式

      
    通航橋孔凈空尺度/m

      
    凈寬

      凈高

      
    西通航孔

      
    雙孔單線

      73

      14.8

      
    單孔雙線

      134

      
    中通航孔

      
    雙孔單線

      99

      33.3

      
    單孔雙線

      176

      
    東通航孔

      
    雙孔單線

      73

      14.8

      
    單孔雙線

      129

      主通航孔橋鋼箱梁梁寬37 m(不含風嘴寬度)。邊跨采用等梁高截面,梁高3.5 m; 中跨跨中梁高3.5 m, 中墩墩頂及次邊墩墩頂梁高7.0 m。中墩墩頂及次邊墩墩頂兩側各52.5 m的范圍,梁高從7.0 m變化為3.5 m。鋼箱梁頂板,頂板U肋,頂板加勁肋、與頂板相接的橫隔板(肋)區域,采用Q420qD,其余構件均采用Q345qD。見圖5。

      主通航孔下部結構采用預制承臺與墩身。墩身分為三段預制,下節段與承臺一起預制,接縫位置距離承臺頂緣7.5 m; 上節段與蓋梁一起預制,節段縫距離蓋梁底緣9.0 m。墩身節段裝配化安裝采用預應力粗鋼筋連接。樁基采用鋼管復合樁。鋼管段直徑2.5 m, 嵌入承臺1.6 m。見圖6。

      

      圖5 中航道橋鋼箱梁橫斷面 下載原圖

      單位:mm

      

      圖6 中航道墩身及基礎 下載原圖

      單位:cm

      標準段鋼箱梁梁寬37 m(不含風嘴寬度),梁高3.5 m。鋼箱梁頂板,頂板U肋,頂板加勁肋、與頂板相接的橫隔板(肋)區域,采用Q420qD,其余構件均采用Q345qD。見圖7。

      下部結構采用預制承臺及墩身。墩身節段預制,下節段與承臺一體預制。每節墩身之間采用預應力粗鋼筋連接。樁基采用鋼管復合樁。鋼管段直徑2.0 m。墩柱采用六邊形截面。墩高(含蓋梁高度)<25.5 m, 分兩段預制吊裝。墩高(含蓋梁高度)>31.5 m, 分三段預制吊裝,墩底加厚。墩身節段采用直徑為75 mm的預應力粗鋼筋連接。見圖8。

      2.2.2耐久性設計(1)鋼箱梁。

      鋼箱梁采用梁內、外防腐涂裝及梁內除濕的耐久性方案。

      鋼箱梁外表面采用表面凈化處理、二次表面噴砂除銹+環氧富鋅底漆+環氧云鐵中間漆+氟碳面漆的防腐方案。

      

      圖7 90 m跨標準橫斷面 下載原圖

      單位:mm

      

      圖8 90 m跨墩身及基礎 下載原圖

      單位:cm

      鋼箱梁內表面采用二次表面噴砂除銹+環氧富鋅底漆+環氧厚漿漆。

      所有高強螺栓摩擦面要求二次表面噴砂除銹+無機富鋅防銹防滑涂料處理的防腐方案。

      為保證鋼箱梁內除濕效果,所有鋼箱梁板件的對外孔洞均需進行密封處理。

      (2)鋼管復合樁。

      鋼管采用涂層+陰極保護的聯合防護方法,鋼管外壁采用高性能雙層熔融結合環氧粉末涂層,內壁采用高性能無溶劑液體環氧涂層。

      (3)混凝土結構耐久性方案。

      在對原材料、配比、混凝土強度、結構裂縫寬度和保護層厚度耐久性設計的基礎上,對海中大氣區、浪濺區等腐蝕惡劣環境提出了附加措施:墩身采用高性能雙層環氧鋼筋(外層鋼筋及拉筋)+硅烷浸漬(外表面),承臺采用高性能雙層環氧鋼筋+硅烷浸漬。

      2.2.3海中橋梁施工方案

      海中橋梁承臺、墩身和鋼箱梁均采用分節吊裝施工方案。

      承臺與樁基采用承臺中預留現澆孔連接方式,抱箍止水,預留套箱圍水施工現澆混凝土。見圖9和圖10。

      

      圖9 承臺墩身吊裝施工 下載原圖

      

      圖10 墩帽和鋼箱梁吊裝施工

      2.3隧道工程

      島內段主線采用隧道結構,以避免對城市景觀造成影響。隧道起點位于順接廈門第二西通道工程,沿現狀枋鐘路向東,入海前出地面高架。隧道全長2 777.8 m, 其中與原有通道過渡段50.4 m, 暗埋段2 496.87 m, 敞開段230 m, 隧道中部設置2處匝道與地面連通,形成與地面道路交通轉換。見圖11。

      2.3.1隧道主體結構

      隧道為雙向六車道,暗埋標準段采用單箱雙室鋼筋混凝土箱型結構,敞開段采用鋼筋混凝土U型結構。隧道頂面仍恢復現狀道路,寬約60 m, 主車道雙向六車道,輔道雙向四車道。結構的安全等級按一級考慮。

      

      圖11 隧道標準結構斷面 下載原圖

      單位:mm

      隧道主體結構設計使用年限為100年,主體結構包括隧道頂底板、側墻、中墻等。

      隧道荷載等級為公路-I級,城-A級??拐饦藴剩嚎拐鹆叶葹?度,設計基本地震峰值加速度為0.15 g, 地下隧道構筑物抗震設防類別為乙類,提高1度采取抗震措施?;炷两Y構允許裂縫開展,裂縫寬度≤0.2 mm。結構抗浮按勘察報告提供的抗浮計算水位地表以下0.5 m計。明挖隧道抗浮安全系數≥1.05。結構防水等級為一級。

      隧道暗埋段標準段底板、底板厚度為110~120 cm, 側墻厚度為100~110 cm, 局部加寬段及BRT橋樁基托換段根據受力要求加厚。U型槽段底板和側墻厚度為80~110 cm。見圖12。

      

      圖12 隧道結構斷面 下載原圖

      單位:cm

      2.3.2隧道防水(1)混凝土自防水。

      混凝土強度等級為C40,抗滲等級為P10。

      (2)外包防水層防水。

      頂板:水性噴涂持黏高分子防水涂料+耐根系穿刺層的PVC防水卷材。側墻:水性噴涂持黏高分子防水涂料層+強力交叉膜高分子防水卷材(噴涂橡膠瀝青防水涂料)。底板:水性噴涂持黏高分子防水涂料層+噴涂橡膠瀝青防水涂料層。

      2.3.3BRT橋梁托換設計

      主線隧道與BRT橋相交段利用隧道結構進行托換?;娱_挖完成后,保留原橋墩承臺及樁基,澆筑隧道結構同時預留既有樁基穿過的隧道底板孔洞,澆筑完成后,對原有樁基承臺進行植筋并澆筑擴大基礎,使新澆筑的樁基承臺直接連接隧道結構頂板,切割既有樁基,使承臺直接作用于隧道頂板,完成橋梁結構上部荷載轉換,最后完成對預留孔洞的封堵和防水。

      2.3.4隧道圍護結構

      隧道開挖深度1.47 m~16.93 m, 泵房開挖深度約21 m。

      隧道圍護體系:圍護樁采用鉆孔灌注樁,局部采用拉森鋼板樁。

      止水體系:采用直徑800 mm間距450 mm高壓旋噴樁形成的止水帷幕,樁長9~23 m, 水泥摻量25%。

      支撐體系:水平支撐采用第一道混凝土支撐和2道鋼支撐,側墻施工中進行換撐作業。

      基坑降水采用管井結合集水明排的方式。

      隧道施工采用明挖順做法施工。見圖13和圖14。

      

      圖13 隧道支護及開挖施工 下載原圖

      

      圖14 隧道主體結構施工 下載原圖

      3 結語

      廈門第二東通道設計作為高速公路兼具城市快速路功能,受老城區管線、航空限高、白海豚保護、通航要求等影響,建設條件復雜。本項目在充分借鑒境內外先進經驗的基礎上,開展結構方案設計:采用明挖隧道方案穿越老城區,采用大節段拼裝方案跨越海域,提高了施工質量和效率。大橋2019年11月開工建設,預計2022年底建成通車。

      參考文獻

      [1]劉曉東.港珠澳大橋總體設計與技術挑戰[C]//第十五屆中國海洋(岸)工程學術討論會論文集,2011.



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