跨海浮橋船的設(shè)計方案探討及采用便航式跨海浮橋方案之((四)

1、    跨海浮橋船的設(shè)計方案探討及采用<<便航式跨海浮橋>>方案之(四)     摘要：我國瓊州海峽水的深度較大，采用橋梁和隧道方案的困難都很大，<<便航式跨海浮橋>>是一種簡便、實用和經(jīng)濟的解決方案。本文對通航、主航道橋、浮橋、銜接橋和付航道橋的結(jié)構(gòu)原理、TRANBBS設(shè)計、防護和TRANBBS施工等問題，提出初步的方案探討。關(guān)鍵詞：通航  主航道橋  浮橋  銜接橋  付航道橋在<<便航式跨海浮橋>>

2、方案(一)、 (二) 和（三）的基礎(chǔ)上，采用將南、北航道都設(shè)成主航道，中間仍然采用浮橋，也是可行的方案。采用自錨式大跨徑懸索橋方案，避免在海中設(shè)置錨碇的施工困難，更是經(jīng)濟和實用的好方案。、北航道都可隨意通航，對航行很方便，容易為各方面所接受，也具有重要意義。地圖上所標示的航道位置是偏向北岸，隨著海南島經(jīng)濟的快速發(fā)展，對航道的要求也會提高，也有必要在南岸設(shè)主航道。海峽中部的海水深度大，采用浮橋方案也顯得合理，對航行沒有影響。在兩岸近海選擇適當?shù)奈恢?，以利在跨中設(shè)置臨時墩，便于施工架設(shè)；中間浮橋和引橋可以設(shè)計成曲線形式，處理上很靈活。 本文對自錨式懸索橋與浮橋的組合形式進行研討，作為<<

3、;便航式跨海浮橋>>的比較方案。它也充分發(fā)揮了跨海浮橋的優(yōu)越性，工程投資總額較小，能夠及早解決跨越海峽的公路TRANBBS交通困難。以瓊州海峽的<<便航式跨海浮橋>>方案為例，對航道、橋梁、浮橋、銜接橋的設(shè)計、預制、浮運、安裝和防護問題，提出初步的方案作探討。一、航道1、重要性        瓊州海峽是我國的內(nèi)海，也是重要的海上交通要道，需要作詳細的調(diào)查研究，要經(jīng)過海運、海事、魚業(yè)、海軍、石油、國土、環(huán)保等多方面的協(xié)商，經(jīng)過國家主管部門確定，才能定出合理的航道標準，航道將是跨徑1500米以上的懸索橋

4、。2、方式    瓊州海峽采用<<便航式跨海浮橋>>方案，航道的位置按通航需要、地形、地質(zhì)條件和施工方案來確定。海峽的特點是寬達20公里，兩岸水深度較淺，中部水在120150米左右，平均水深50米，最大浪高3.3米，潮位差3.6米。海峽兩岸分屬廣東和海南省，為方便通航和管理，在兩岸各設(shè)5500米橋梁作航道，中間深水段設(shè)9000米浮橋。采用橋梁、浮橋和橋梁的組合形式，能夠充分利用地形條件，方便施工和通航，較為現(xiàn)實合理。通常船舶的航行規(guī)律是靠近海岸，岸上的目標便于導引航向。  3、要求    

5、主航道上橋梁的航道深度，應由船舶的吃水深度來定，要滿足最大船舶和特殊要求的需要。30萬噸的超級油輪，吃水深度22.2米?？紤]到將來的發(fā)展需要，預留一定的安全余地，航道深度以低潮位為準，采用最小的水深度24米。航道的寬度按1500米考慮，可滿足通航需要。4、管理航道需要設(shè)置航道的管理機構(gòu)，航道的設(shè)置情況和航行管理規(guī)定應公告，并設(shè)無線電臺引導，必備應急救援設(shè)施。航道應設(shè)置燈塔和通航標志，標明浮橋的禁航位置。尤其要重視夜航問題，以免發(fā)生航行事故。  二、浮橋1、特點浮橋利用浮力原理，是科學和經(jīng)濟實用的。只要解決了通航問題，浮橋作為解決跨越深海困難，無疑是好的方案。浮橋是以船作橋，采用的是船

6、舶原理和TRANBBS技術(shù)。浮橋要求船舶長、寬度和體積很大，排水量達萬噸以上，可獲得很大的穩(wěn)定性和減少相互連接。浮橋的橋面寬度擬采用雙向6車道(0.5+16+2+16+0.5=35米)的標準，以免發(fā)生車道堵塞影響行車。浮船的長度定為150米，以減少伸縮縫，利于行車安全。浮橋的橋面采用整體現(xiàn)澆鋼筋砼板，面層為瀝青砼。橋面板即為浮船的甲板，它與船體桁架結(jié)合成為整體受力，結(jié)構(gòu)的整體剛度大，自重很大，活載比例較小，集中力能夠雙向分散傳布至船體，故變形很小。2、風浪瓊州海峽受臺風的影響嚴重，瞬間最大風力12級，8級大風全年僅有6天時間，10級大風全年僅2天時間。臺風的破壞力量很大，是嚴重的自然災害，無法

7、抗拒，只能防避。臺風到來時，需要封閉交通。風力對浮橋的影響，可設(shè)樁基或拋錨作定位和平衡穩(wěn)定。錨拉鏈條長度受潮位變化的影響，在船上設(shè)置的轉(zhuǎn)向定滑輪和吊重作自動調(diào)整。浮船的高度為4.5米，吃水深度2.2米，波浪最大高度達3.3米，橋面墻式護欄高度加高為1.6米，既為防波浪，也保證行車的絕對安全。浮船的兩側(cè)作成流線型，起到破浪和預防的消能作用。波浪的能量大，破壞的作用大，是浮橋問題的關(guān)鍵。故對浮船兩側(cè)作加強處理，保證有足夠大的抗變形剛度。并設(shè)置鋼筋砼園形錐體，以削弱波浪的破壞能量，作為防護措施。 3、結(jié)構(gòu)作浮橋的浮船有其特點，船艙空間無使用要求，可自由設(shè)置縱、橫向加勁桁架。鋼筋砼橋面板的長、寬度都大

8、，適宜設(shè)置縱、橫向加勁桁架來支承荷載和分散傳至船體，減小船體變形。加勁桁架的弦桿與橋面板和船體相結(jié)合，形成復合鋼管砼結(jié)構(gòu)，成為雙向的板桁結(jié)構(gòu)，整體的剛度很大。浮船起囤船作用，加勁桁架起倒船舶龍骨作用。加勁桁架采用復合鋼管砼，結(jié)構(gòu)的整體剛度大，加工焊接簡便，腹桿采用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿作長效防護。浮船受車輛和風浪的作用，總縱向彎曲和橫向彎、扭變形較大，內(nèi)力組合情況復雜。在縱向加勁桁架弦桿內(nèi)加設(shè)預應力鋼絞線束，形成預應力復合鋼管砼桁架。整個船體成為預應力結(jié)構(gòu)，縱、橫向的抗彎、扭剛度加大，可保證穩(wěn)定與和安全。浮船的關(guān)鍵是防護，船體鋼板和加勁肋型鋼適宜采用低合金的船用鋼板，具有較強的防腐能力，鋼板必須預留耐

9、腐蝕的厚度。為加強船體鋼板的防護，外表面焊接錨固鋼筋，采用8厘米厚度的鋼筋網(wǎng)和鋼絲網(wǎng)噴射砼，再用水泥砂漿抹光，形成復合鋼板砼結(jié)構(gòu)?？稍鰪姶w鋼板的抗變形剛度，使鋼板厚度經(jīng)濟合理。浮船劃分為幾大密閉隔倉，以備局部檢修和應急保險。船艙內(nèi)空氣不流動，內(nèi)壁鋼材腐蝕不嚴重，可采用環(huán)氧瀝青漆防護。亦可采用鋼筋網(wǎng)和鋼絲網(wǎng)噴射砼，實現(xiàn)浮船的長效防護。鋼絲網(wǎng)水泥砂漿的防裂性能好，水泥船的成功應用即先例，是鋼鐵銹蝕防護的簡便和實用措施。4、預制      浮船體形很大，可以在船臺上建造船體，作好防護處理以后下水，再作橋面甲板。也可以采用干船塢進行預制，干船塢也作為

10、浮橋的永久維修設(shè)施，可以備萬一再造新船和對浮橋進行維修更換。干船塢本身就是一個大型造船廠，可作為一個造船企業(yè)來生產(chǎn)經(jīng)營，并回收建設(shè)船塢的投資。亦可在廣州新建的龍穴島30萬噸干船塢預制。   5、連接            浮船采用鉸連和橡膠減震連接，以適應浮船的浮動變形需要。結(jié)合考慮到浮船維修的可能性，采用拉、壓和減震組合的啞鈴形球餃連接，連接裝置構(gòu)造簡單、安全可靠、經(jīng)久耐用和裝拆更換方便。橋面采用標準的異型型鋼伸縮縫，可以保證行車的舒適。  

11、6、照明         浮橋應設(shè)路燈照明，以改善行車條件，保證行車的安全，也是浮橋的明顯標志，以免船舶夜間誤航和撞橋事故發(fā)生。三、銜接橋梁因浮橋的高度隨潮位而便化，故必須設(shè)置銜接橋梁，以適應坡度變化的需要，改善行車的條件。潮位變化高度達3.6米，應設(shè)置80米跨徑單孔橋梁，采用復合鋼管砼系桿拱較好。它的跨徑很大，抗風穩(wěn)定性好，預制加工方便，便于浮運安裝和架設(shè)施工，外形也美觀，無防護的麻煩。銜接橋由浮橋端部浮船支承，即特制設(shè)有100米縱坡和能夠支承3200噸重的浮船，浮船加大吃水深度，加勁桁架作特別加強。浮船能夠自動

12、的適應潮位變化，實現(xiàn)縱坡的變化調(diào)節(jié)。 四、主航道橋梁1、橋梁型式 主通航孔橋    主通航孔橋梁的設(shè)置位置，在滿足航道要求以后，應該盡量靠近海岸，以方便主跨在較淺的海水中設(shè)置架設(shè)臨時支墩，可減小施工難度。主通航孔橋梁的跨徑為1500米，只適合采用懸索橋方案，邊孔的跨徑適合采用400米。為了減小懸索拉力，懸索橋采用斜張橋與懸索橋相組合的自錨形式。即兩邊400米為各自平衡的斜張橋，跨中700米為懸索承載的懸索橋。懸索橋留一段空載索段的形式，筆者在西藏達孜大橋上已采用過，實踐證明可行。斜張橋自身平衡承擔了800米橋長重量，懸索橋只負擔700米橋長重量，懸索的水平拉力減小

13、一半。要使1500米特大跨徑的施工能夠?qū)崿F(xiàn)，尤其是需要減小懸索自錨的水平拉力，使橋面和加勁梁能夠平衡懸索傳來的水平壓力。懸索、斜拉索和加勁桁架與橋面形成內(nèi)力閉合和平衡，內(nèi)力傳遞的作功路程長，需要使用較多的材料，但是省略了龐大的錨碇和施工困難。     懸索的自錨是可以實現(xiàn)的，關(guān)鍵是需要先架設(shè)好加勁桁架和橋面，然后才能架設(shè)懸索和錨固。在斜張橋架設(shè)好以后，先架設(shè)懸索橋的加勁桁架和橋面，架設(shè)的方法有三種：利用懸索橋的塔架和臨時加高的鋼塔架，采用斜拉索的方法架設(shè)懸索橋的加勁桁架和橋面。采用鋼管樁和鋼塔架作臨時支墩，臨時支墩間距取80或100米，在水深50米內(nèi)是可行的。利用

14、懸索橋的塔架和采用鋼管樁和鋼塔架作臨時支墩相結(jié)合，懸拼、浮運和提升安裝懸索橋 的加勁桁架和橋面。在架設(shè)好的橋面上，運輸和架設(shè)懸索都比較方便。懸索架設(shè)和吊桿安裝好以后，張拉和調(diào)節(jié)吊桿，使其內(nèi)力均勻，加勁桁架成為無彎矩狀態(tài)。加勁梁的軸向壓力起預應力作用，使抗彎剛度大為提高，活載撓度大為減小。自錨式懸索橋的垂跨比值較大，適宜采用1/6，塔架也較高，而撓度值較小。 付通航孔橋   付通航孔橋梁采用400米橋長，以便與通航孔部分400米的懸臂長度相平衡，再加設(shè)錨墩作平衡穩(wěn)定，施工較方便。1、加勁桁架加勁桁架梁采用鋼桁架，桁架的高度大，抗彎剛度很大。斜張橋的斜拉索和吊桿便于采用比較大的

15、間距，可以減少斜拉索和吊桿的聯(lián)接件數(shù)量。更便于通航孔斜張橋與懸索橋相互銜接段的變形協(xié)調(diào)。鋼桁架梁的通風效果較好，抗風穩(wěn)定性好?，F(xiàn)代的栓焊鋼桁架梁形體簡潔美觀，養(yǎng)護比較方便，使用經(jīng)驗成熟。斜張橋區(qū)段加勁桁架的弦桿也很適合采用鋼管砼，而腹桿采用鋼管，懸索橋區(qū)段采用鋼管結(jié)構(gòu)。這種管式桁架桿件便于采用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿，實現(xiàn)長效防護。對于斜張和懸索組合形式的自錨式懸索橋，懸索橋部分的跨徑大，懸索水平拉力也巨大，都要由加勁桁架和橋面來承受。故懸索橋的自重宜輕，以減小懸索的水平拉力，并減輕加勁桁架和橋面的負擔。懸索橋采用鋼管桁架結(jié)構(gòu)，采用雙根鋼管和綴板組合形成管-箱形截面，按容許應力階段設(shè)計，節(jié)點為復合鋼管砼

16、結(jié)構(gòu)，外用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿作長效防護。斜張橋加勁桁架和橋面承受的水平壓力更大，采用在啞鈴形截面內(nèi)壓注砼，形成復合鋼管砼結(jié)構(gòu)，按極限狀態(tài)設(shè)計，節(jié)點為復合鋼管砼結(jié)構(gòu)，外用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿作長效防護。斜張橋鄰近塔架部位的復合鋼管砼加勁桁架和橋面板壓力特別大，對加勁桁架采用增加為四根鋼管組合的復合鋼管砼形式，方法簡便和實用，可滿足解決巨大壓力的困難。2、橫梁桁架寬橋的橫梁支承間距大，適合采用高度大的鋼桁架，桁架剛度大，自重較輕，能夠滿足承受重大活載的需要，施工簡便。斜張橋橫梁桁架的上弦桿和橋面厚度范圍采用復合鋼管砼，即現(xiàn)澆鋼筋砼作正交異性鋼橋面板的濕接頭，加強橋面板與橫梁上弦桿的結(jié)合和整體性，有利于加強上

17、弦桿的受壓，加大橫梁桁架上弦桿的剛度，可避免橋面板的剪力滯后，橋面板整體受力性能好。橫梁桁架變形小，能夠提高正交異性鋼橋面板的剛度，有利于橋面鋼板與瀝青砼的結(jié)合，保證瀝青砼橋面的使用壽命。而下弦桿和腹桿采用空鋼管結(jié)構(gòu)，便于下弦桿內(nèi)布設(shè)無粘結(jié)預應力筋，>并采用外包鋼絲網(wǎng)水泥砂漿作長效防護。懸索橋橫梁采用鋼管桁架，以利于減輕橫梁的重量，按容許應力階段設(shè)計，節(jié)點為復合鋼管砼結(jié)構(gòu)，外用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿作長效防護。 3、橋面板斜張橋的鋼橋面鋼板厚度采用=14mm,以加大正交異性鋼橋面板的剛度，保證瀝青砼橋面的結(jié)合，提高瀝青砼橋面的使用壽命。正交異性鋼橋面板采用倒梯形空腹肋加勁，肋板厚度采用=8mm，

18、采用鋸齒形切割下料和加工，可減小橋面用鋼量。倒梯形空腹肋底板之間，再采用厚度=8mm鋼板作焊接封閉，形成閉合箱形，以解決箱內(nèi)的防護問題，底板外方便采用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿作長效防護。橋面板以外側(cè)起按需要充填砼，空腹肋灌注砼方便，形成鋼骨砼結(jié)構(gòu)，以增加抗壓能力，便于與加勁梁桁架上弦桿結(jié)合為整體。懸索橋采用雉蝶形正交異性板，即采用I32C工字鋼與=16mm的上、下層橋面鋼板組合形成閉合箱形截面，按容許應力階段設(shè)計，底板外表采用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿作長效防護。橋面板的型鋼和鋼板的截面都很強，目的是加強橋面板的抗壓剛度，以滿足懸索水平拉力的自錨抗壓需要。兩種封閉箱形形式的正交異性鋼橋面板，抗壓、彎剛度已大為加強，

19、透風效果好。橋面板應與加勁桁架上弦桿結(jié)合為整體，形成板桁結(jié)構(gòu)，提高加勁桁架的壓、彎剛度，平衡懸索和斜拉索對加勁桁架的巨大水平壓力。橋面板分節(jié)段加工和安裝，在橫梁上弦桿上作現(xiàn)澆鋼筋砼接頭，焊聯(lián)橋面鋼板，施工簡便。4、風構(gòu)     橋面板起到了上部水平風構(gòu)的作用，下部水平風構(gòu)采用型鋼或鋼管結(jié)構(gòu)，也采用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿作長效防護。5、塔架主航道橋的跨徑很大，又為斜張橋和懸索橋的組合形式，塔架具有斜張橋彎矩大的特點。塔架高度達300米，施工的難度很大。采用復合鋼管砼塔架，鋼管和鋼管砼作為勁性骨架使用，使高塔架的施工較方便。復合鋼管砼具有鋼和砼兩種材料的特點，強度較高，韌性很

20、好，抗震性好，安全可靠。將鋼管砼的鋼管緊箍力作用作分離計算以后，復合鋼管砼的計算已能采用組合疊加方法解決，實際是一種特殊形式的鋼骨砼，利用勁性骨架作高塔的升模施工很方便。斜拉索和懸索平面布置呈外張形式，對橋面橫向穩(wěn)定有利。塔架順橋方向的立面形式為復式“A”字形剛架，柱底部為分離矩形截面，柱中部為分離“凸” 形截面 ，柱頂部為箱形。采用在水平的復合鋼管砼桿件內(nèi)加預應力，以平衡兩邊斜拉索的水平分力。剛架的復合鋼管砼水平橫撐僅設(shè)中部，以便斜拉索張拉錨固。塔架橫橋方向立面的形式為矩形剛架或桁架，橫向連接都設(shè)在柱兩側(cè)，能滿足橫向抗風穩(wěn)當需要，采用復合鋼管砼和鋼管砼骨架施工都較方便。塔架的高度很大，也為自

21、錨式懸索橋加勁桁架和橋面的先架設(shè)提供了方便，可以盡量利用斜張橋的懸拼方法架設(shè)，剩余的跨中段再采用鋼管樁設(shè)臨時支墩架設(shè)。在海水深度50米以內(nèi)，作臨時性的鋼管樁基是可行的，為特大跨徑的自錨式懸索橋加勁桁架和橋面的架設(shè)提供了保證。只有多種施工方法的綜合使用，使特大跨徑的自錨式懸索橋才能實現(xiàn)。6、塔架基礎(chǔ)    由于主航道橋的跨徑很大，塔架基礎(chǔ)的內(nèi)力巨大。深水中的塔架和錨碇基礎(chǔ)體積很大，適合采用大型的鋼沉箱基礎(chǔ)開挖下沉和堆石灌漿技術(shù)充填。塔架基礎(chǔ)也可采用樁基礎(chǔ)，需作案方案比較選定。7、主纜防護：   懸索橋的主纜防護很重要，是保證大橋安全的關(guān)鍵?，F(xiàn)在采用的傳統(tǒng)主

22、纜防護方法還不夠完善，主纜仍然需要經(jīng)常維護。采用不銹鋼板組合導管復合防護，施工方法簡便，比較經(jīng)濟合理，能夠?qū)崿F(xiàn)長效的防護。斜拉索和吊桿也可以采用不銹鋼板組合導管復合防護，保證纜索系統(tǒng)安全可靠。8、節(jié)點：桁架節(jié)點按復合鋼管砼原理處理，即鋼管作相貫焊接，相互間焊加勁肋板加強，按節(jié)點板的形式和大小加強配置鋼筋，再澆灌節(jié)點內(nèi)（鋼管接頭）、外（節(jié)點板）砼。節(jié)點都采用復合鋼管砼，節(jié)點剛度大，復合鋼管砼的韌性好，可起到鋼節(jié)點板的作用。9、吊點：    在加勁桁架中心預留吊孔，橫梁桁架上弦桿鋼管在加勁桁架上弦桿鋼管之下，可利用橫梁桁架上弦桿鋼管作吊點，采用焊接加勁肋板和澆灌砼，形

23、成復合鋼管砼加強。它具有足夠大的抗彎、剪剛度，構(gòu)造簡單，施工簡便，可保證使用安全。10、引橋和樁基   引橋采用較大的路線縱坡，以便減小引橋的長度和規(guī)模。引橋上部采用跨徑50米的預應力混凝土T形梁，下部采用樁基礎(chǔ)和排架墩，施工簡便。在懸索自錨范圍內(nèi)的引橋，采用裝配式連續(xù)梁，在安裝過程中加臨時的體外預應力，以方便在懸索安裝以后拆除，懸索巨大的水平壓力才是設(shè)計預應力。懸索錨固點引橋為特制的現(xiàn)澆箱梁，箱梁的橫梁剛度應強大，以便懸索錨固和分散懸索應力，將壓力傳遞至橋面板全寬范圍內(nèi)。在水深80米內(nèi)的淺海中，采用直徑3米以下的鉆孔樁基，施工是可行的。        五、造價估計        雙向6車道標準的橋梁造價，在珠江三角洲地區(qū)大約是：30、40米簡支梁橋為10萬元/延米，120米連續(xù)剛構(gòu)橋為20萬元/延米，350米鋼箱梁斜拉橋為51萬元/延米。銜