南昌生米大橋總體設(shè)計(jì).doc

南昌市生米大橋總體設(shè)計(jì)廖宜勤 宋 亮 邢長(zhǎng)青 （江西同濟(jì)工程咨詢有限公司 南昌 330025）摘 要：生米大橋是南昌市外環(huán)快速道上的城市橋梁，全長(zhǎng)3 880m，簡(jiǎn)要介紹生米大橋及西連接線的項(xiàng)目概況、建設(shè)條件、總體布局、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)、科學(xué)研究等有關(guān)情況。 關(guān)鍵詞：生米大橋；鋼管混凝土結(jié)構(gòu)；系桿拱橋；總體設(shè)計(jì)600 前言生米大橋是江西省的重點(diǎn)工程，是南昌市外環(huán)快速道上的跨越贛江連接昌南、昌北地區(qū)的重要通道，是目前贛江上規(guī)模最大的城市橋梁，對(duì)拉大南昌市的城市框架，促進(jìn)南昌地區(qū)的經(jīng)濟(jì)繁榮具有重要的意義。生米大橋由東引橋（含東互通）、副橋、主橋、西引橋（含西互通）及西連接線五部分組成，生米大橋全橋長(zhǎng)3 880m，配套工程西連接線長(zhǎng)3 700m，總造價(jià)9.18億。其中主橋采用2跨228m中承式鋼管砼系桿拱，目前為同類連拱橋型國(guó)內(nèi)第一，主橋610m長(zhǎng)的系桿為世界第二索，是一座技術(shù)先進(jìn)，設(shè)計(jì)施工難度較大的橋梁，主橋形似雄鷹展趐，設(shè)計(jì)創(chuàng)意為+江西、南昌在騰飛，大橋建成后將成為江西省又一標(biāo)志性建筑。0.1建設(shè)條件0.1.1氣候狀況： 生米大橋位屬亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均氣溫15.8，歷史上出現(xiàn)的最大陣風(fēng)風(fēng)速達(dá)35m/s。0.1.2水文條件： 橋址處設(shè)計(jì)頻率水位（黃海高程）：20年一遇水位為23.43m，100年一遇水位為24.39m，300年一遇水位為24.93m。0.1.3地形地貌： 橋區(qū)屬河流沖積地貌，河床底部標(biāo)高一般在612m之間；江中沖積形成寬約500m舌狀心灘，河漫灘較發(fā)育，地面標(biāo)高在1719m之間。0.1.4地質(zhì)： 橋位區(qū)域第四紀(jì)發(fā)育，下伏基巖為第三紀(jì)紅砂巖系，第四紀(jì)總體厚度在1537m之間，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造不存在構(gòu)造斷裂帶，橋址處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的安全區(qū)。0.1.5地震：依據(jù)南昌生米大橋工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告，生米大橋位于基本烈度6度地震區(qū)，地震動(dòng)峰加速度小于0.05g，反應(yīng)譜特征周期小于0.35s，為基本穩(wěn)定區(qū)。橋位區(qū)無(wú)地震液化土層，屬抗震有利地段。0.1.6通航： 根據(jù)規(guī)劃的通航標(biāo)準(zhǔn)，橋址處通航孔不少于4個(gè)?？紤]主泓擺動(dòng)，河勢(shì)可能變遷，要求中、枯水期主橋兩側(cè)的輔航道橋能通航。0.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)0.2.1橋梁等級(jí)： 雙向8車道城市快速道特大橋；0.2.2設(shè)計(jì)車速：60km/h；0.2.3設(shè)計(jì)荷載：城-A級(jí)，人群3.5kN/m2；校核荷載：汽-超20，掛-120；0.2.4橋面寬度：35m（主橋39m）；0.2.5通航標(biāo)準(zhǔn)：內(nèi)河-3級(jí)，不少于4個(gè)通航孔；0.2.6設(shè)計(jì)洪水頻率：1/300；0.2.7設(shè)計(jì)最大縱坡：2%；0.2.8設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年。1 總體設(shè)計(jì)1.1 方案比選目前南昌地區(qū)贛江上有各種橋型的4座大橋：100m連續(xù)剛構(gòu)的龍王廟大橋、80m頂推連續(xù)梁的南昌大橋、2160m斜拉橋的八一大橋，以及公、鐵兩用鋼桁架梁的贛江大橋，因此生米大橋選擇鋼管混凝土拱橋作為首選方案。在鋼管混凝土拱橋方案中，又選擇了3種不同跨徑的橋型進(jìn)行了比較，比選結(jié)果見(jiàn)表1?？梢钥闯?，從外形美觀、通航要求、造價(jià)等諸多方面來(lái)考慮，主跨2228m的方案是最優(yōu)選擇。表1 鋼管混凝土拱橋方案綜合比選項(xiàng)目主跨2228m主跨5158m主跨300m主橋長(zhǎng)度/m606870450通航適用性主跨跨中位于航道中心，跨徑及凈空均滿足航道部門要求。滿足6個(gè)通航孔。中墩將江西分成上下行2個(gè)航道，方便通行主跨跨中位于航道中心，跨徑及凈空均滿足航道部門要求。滿足10個(gè)通航孔。但橋墩過(guò)多，不利通行主跨跨中位于航道中心，跨徑及凈空均滿足航道部門要求。滿足4個(gè)通航孔結(jié)構(gòu)新穎性主跨2228m鋼管混凝土連拱在國(guó)際上處于領(lǐng)先水平，全橋結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，外形像一只騰飛的雄鷹，象征南昌市蒸蒸日上在國(guó)內(nèi)屬常規(guī)結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)屬大跨鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)的受力特性無(wú)推力拱設(shè)計(jì)，滿足規(guī)范要求無(wú)推力拱設(shè)計(jì)，滿足規(guī)范要求無(wú)推力拱設(shè)計(jì)，滿足規(guī)范要求景觀協(xié)調(diào)性景觀獨(dú)特，環(huán)境協(xié)調(diào)。主拱橋面以上部分比例為2/3，比例非常協(xié)調(diào)跨徑較小，拱的規(guī)模相對(duì)贛江寬闊的江面而言偏小，相比其它兩方案，缺乏氣勢(shì)景觀獨(dú)特，環(huán)境協(xié)調(diào)。主拱橋面以上部分比例偏大，不甚協(xié)調(diào)抗風(fēng)穩(wěn)定性抗風(fēng)性能優(yōu)抗風(fēng)性能優(yōu)抗風(fēng)性能滿足要求施工難度及風(fēng)險(xiǎn)性采用纜索吊裝施工，技術(shù)方案切實(shí)可行采用纜索吊裝施工，技術(shù)方案切實(shí)可行采用纜索吊裝施工，技術(shù)方案切實(shí)可行養(yǎng)護(hù)難度及耐久性鋼管防腐技術(shù)成熟，一次防腐耐久達(dá)30年以上，大橋剛度較大，可永久使用耐久達(dá)30年以上耐久達(dá)30年以上主橋概算/萬(wàn)元綜合比較意見(jiàn)13 141.21采用方案16 766.22比較方案14 499.79比較方案631.2 總體布局 生米大橋全長(zhǎng)3880m，其中：主橋采用75+2228+75m中承式鋼管混凝土系桿拱，副橋采用2270m預(yù)應(yīng)力砼T構(gòu)，引橋和高架橋均采用連續(xù)箱梁橋，見(jiàn)圖1。1.2.1平面線形 橋軸線位于規(guī)劃的南昌市外環(huán)快速道上，與中高洪水位水流方向基本正交。東、西互通與建成的城市道路溝通。1.2.2縱面線型 最低橋面標(biāo)高取決于航道的通航凈空、水文條件、被交道路凈高和防洪堤標(biāo)高，主通航道橋、輔航道橋橋面標(biāo)高由通航凈空和梁高控制。主橋縱坡采用0.3%，引橋最大縱坡采用2%。2 主橋結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)21 主拱和邊拱 主橋上部結(jié)構(gòu)采用二孔鋼管砼拱，全長(zhǎng)606m，其中兩個(gè)主跨為228m連拱，兩側(cè)邊拱跨徑均為75m，結(jié)構(gòu)屬于剛性拱柔梁無(wú)推力中承式系桿結(jié)構(gòu)。主拱橋面以上為鋼管砼拱，主跨矢跨比為F/L1/4.5，拱軸線采用二次拋物線，邊主跨矢跨比為F/L1/8.5，拱軸線采用為m1.8的懸鏈線。主跨鋼管砼拱肋斷面采用四根900mm鋼管組成空間桁架結(jié)構(gòu)，桁架鋼管間設(shè)人行觀光步道。主孔拱肋高4.6m，拱肋寬2.6m。四根主鋼管通過(guò)橫向綴條、隔板和腹桿連接，并在兩綴條間和鋼管內(nèi)都灌注C50微膨脹砼；主拱鋼管采用大型門式支架吊裝施工。邊拱采用懸鏈線拱，拱肋高5.0m，拱肋寬3.0m為現(xiàn)澆混凝土拱，做成和主拱相似的形狀，采用滿堂支架施工。主橋橋型布置及橫斷面見(jiàn)圖2和圖3。主拱肋橋面以上共設(shè)3道鋼管桁式橫撐，另外在拱肋與橋面系交接處的固定橫梁與砼斜撐構(gòu)成砼橫撐。拱肋鋼管、橫撐鋼管均采用Q354d錳鋼板材卷制成型，外表均噴鋁加油漆防腐，主拱肋鋼板厚度為20mm，橫撐鋼板厚度為12mm。立柱與主拱肋固結(jié)，立柱頂端設(shè)盆式橡膠支座與橫梁連接。立柱采用現(xiàn)澆施工方法。橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，采用預(yù)制安裝施工方法。采用混凝土橫梁主要是為了增大恒、活載比，以減小車輛震動(dòng)的影響。2.2 吊桿吊桿采用工廠生產(chǎn)的擠包護(hù)層高強(qiáng)鋼絲墩頭錨成品吊桿，用墩頭錨分別錨于主拱肋的下綴板及橫梁下緣，全橋共56對(duì)吊桿。吊桿的上端為可調(diào)錨頭，下端為固定錨頭。吊桿的安全系數(shù)取3.0，型號(hào)為OVMLZM7-109成品吊桿，外包雙層PE防護(hù)，鋼絲為7mm鍍鋅鋼絲，是同濟(jì)大學(xué)與OVM廠最新研制的兩頭球鉸專利產(chǎn)品。2.3 系桿系桿鋼絲規(guī)格為301-7成品索，并考慮可更換，在邊拱肋兩端錨固。通過(guò)張拉系桿，在邊拱端加向拱方向的水平力，用以平衡主、邊拱水平力的差值。每束系桿采用301根7mm鍍鋅鋼絲，共設(shè)12束，每側(cè)拱肋處設(shè)6束。系桿索下料長(zhǎng)度計(jì)入溫差影響，設(shè)計(jì)按南昌地區(qū)平均溫度15為基礎(chǔ)溫度。每束張拉力為8700KN，安全系數(shù)取2.2。2.4 橋面系 橋面車行道板和人行道板為普通鋼筋砼槽形板。槽形板采用預(yù)制安裝、現(xiàn)澆濕接縫施工，與圖1主橋橫斷面橫梁連成整體，參與橫梁的使用階段受力，同時(shí)增加橋面的縱向剛度。橋面鋪裝采用鋼筋混凝土和瀝青混凝土二層，主橋兩端采用GQF-MD160大位移伸縮縫，拱與橋面系處共設(shè)4道GQF-C80伸縮縫。2.5 主橋基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)主橋基礎(chǔ)共有5個(gè)橋墩，主墩為固定墩，采用28根2.5m鉆孔樁，邊墩采用24根2.5m鉆孔樁，輔墩采用12根1.5m鉆孔樁。主墩和邊墩的承臺(tái)尺寸均為55.6m14.2m4.5m，水流方向設(shè)圓弧形端面，承臺(tái)上設(shè)拱座，高度約為6m，拱座橫向張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線。輔墩承臺(tái)尺寸為10m6.4m2.5m，為橫向相互獨(dú)立式結(jié)構(gòu)。2.6 主橋施工順序 主橋施工順序?yàn)椋合虏炕A(chǔ)施工支架現(xiàn)澆混凝土拱肋和端橫梁支架現(xiàn)澆混凝土斜撐、立柱、中橫梁預(yù)制吊桿橫梁、橋面板、鋼拱圈吊裝鋼管拱并焊接安裝風(fēng)撐永久性鋼鉸線體外索的張拉及系桿初次張拉灌注鋼管混凝土安裝吊桿及浮運(yùn)吊裝標(biāo)準(zhǔn)橫梁系桿張拉吊裝橋面板調(diào)整吊桿力及再次張拉系桿使橋面至設(shè)計(jì)線形施工橋面系及附屬設(shè)施。3 副橋及引橋結(jié)構(gòu)3.170m跨T型剛構(gòu)橋?yàn)榇_保常水位、枯水位通航，主橋兩側(cè)各設(shè)一個(gè)270m跨T構(gòu)為輔航道橋，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱梁，根部梁高8.5m，端部梁高2.8m，為單箱雙室斜腹板箱型截面，采用三向預(yù)應(yīng)力體系，箱梁縱向和橫向采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力采用高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋，箱梁采用全梁段對(duì)稱平衡懸臂現(xiàn)澆施工工藝。其下部采用雙薄壁墩接承臺(tái)，每個(gè)承臺(tái)下設(shè)4根2.5m鉆孔樁。3.250m跨連續(xù)梁橋東副橋采用18跨50m預(yù)應(yīng)力砼等截面連續(xù)梁，6跨一聯(lián)，共設(shè)三聯(lián)，全長(zhǎng)為900m，其上部構(gòu)造主梁高為2.8m，為單箱單室截面，腹板斜做，上部結(jié)構(gòu)采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力體系。東副橋箱梁采用移動(dòng)模架逐孔現(xiàn)澆施工工藝。下部構(gòu)造橋墩為獨(dú)柱墩，橋墩為啞鈴型斷面，采用滑模施工工藝。基礎(chǔ)為四根1.6m的鉆孔樁接厚度2.5m的承臺(tái)。3.330m跨及其它連續(xù)梁橋西引橋采用3630m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，全長(zhǎng)540m。連續(xù)梁梁高1.8m，為單箱單室截面，斜腹板，均采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力體系。箱梁采用移動(dòng)模架逐孔現(xiàn)澆或滿堂支架逐孔現(xiàn)澆施工工藝。其它主線上的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，均為單箱多室變寬截面，直腹板，箱梁均采用縱向預(yù)應(yīng)力體系，西互通在AH匝道均設(shè)跨20m跨普通鋼筋砼等截面連續(xù)箱梁，梁高均為1.6m，匝道橋?qū)?或12m。采用滿堂支架現(xiàn)澆施工工藝。其下部構(gòu)造橋墩均采用造型優(yōu)美的Y型墩?；A(chǔ)為4根1.2m的鉆孔樁接厚度2.0m的承臺(tái)；橋臺(tái)為肋墻式。3.4 橋面系橋面鋪裝采用5cm厚AK-13A瀝青混凝土和8cm厚C40防水混凝土組成。伸縮縫采用模數(shù)式鋼縫。支座均采用盆式支座。4 東西互通立交及西連接線 1、互通采用部分苜蓿葉立交，造價(jià)低,能滿足近期濱江大道的交通量需要，非動(dòng)車上下立交也較方便。2、 西互通采用苜蓿葉型完全互通立交,其主要的優(yōu)點(diǎn)是通行能力大，線形美，造價(jià)省，交通流暢。3、西連接線學(xué)府互通采用跨線立交橋形式，主線跨線橋采用兩幅凈間距15m的預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋組成，為雙向6車道分幅建設(shè)，互通主線橋跨徑組合為：330+39+52+39+330m，共三聯(lián)，橋梁總長(zhǎng)為322m，主橋設(shè)計(jì)為變截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁。 昌樟互通為省內(nèi)城市規(guī)模最大互通，采用三層定向變形苜蓿葉互通型式，實(shí)現(xiàn)了西連接線與昌樟高速公路的快速連接?；ネㄖ骶€橋采用430+27.5+36+50+36+27.5+330m三聯(lián)預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁組成，全橋總長(zhǎng)387m 。主橋設(shè)計(jì)為27.5+36+50+36+27.5m變截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁。5 科研與創(chuàng)新 生米大橋是贛江上最大規(guī)模的城市橋梁，在建設(shè)中遇到了許多技術(shù)問(wèn)題需要解決。為此，建設(shè)單位組織科研單位、大專院校、設(shè)計(jì)及施工單位的科研力量進(jìn)行了多項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)與專題研究，為驗(yàn)證生米大橋的設(shè)計(jì)理論、方法、參數(shù)、優(yōu)化大橋設(shè)計(jì)方案、指導(dǎo)大橋的施工提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。 目前已開(kāi)展的科研與創(chuàng)新工作如下：（1）河床數(shù)模分析及水工模型試驗(yàn)研究；（2）橋梁抗風(fēng)、抗震分析研究；（3）自平衡法試樁試驗(yàn)與樁基施工工藝研究；（4）鋼管和砼連接處結(jié)構(gòu)三維模型分析與吊桿節(jié)點(diǎn)足尺模型試驗(yàn)驗(yàn)證研究（5）