深圳港西部港區(qū)疏港道路工程高架橋總體設(shè)計(jì)

深圳港西部港區(qū)疏港道路工程高架橋總體設(shè)計(jì)

1項(xiàng)目總結(jié)1.1疏港高架工程深圳港西部的薄港公路項(xiàng)目位于深圳商業(yè)區(qū)南部，包括興海路、興海路支線和木灣路，全長(zhǎng)11.9公里（圖1）。本項(xiàng)目由上層疏港高架橋和下層市政道路2部分組成,形成雙層立體交通模式。疏港高架橋主要功能為快速集、疏、運(yùn)港區(qū)貨物,總投資約15億元,主要由興海大道高架橋(全長(zhǎng)5960.5m)、媽灣大道高架橋(全長(zhǎng)1966.5m)、興海支線高架橋(全長(zhǎng)1110.0m)以及供交通轉(zhuǎn)換的興海月亮灣立交、媽灣月亮灣立交等匝道橋梁(總長(zhǎng)6791.2m)組成;地面市政道路以滿足城市交通需要為主,兼有輔助疏港功能。該工程可以實(shí)現(xiàn)與外圍南坪快速、西部通道、廣深高速等快速路的連接,完善深圳市路網(wǎng)結(jié)構(gòu);并且通過分離疏港交通和社會(huì)交通,提速西部港區(qū)貨物的流通,緩解區(qū)域內(nèi)的交通壓力,對(duì)于促進(jìn)西部港區(qū)和前海灣物流園區(qū)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)“以港強(qiáng)市”的戰(zhàn)略具有重要意義。1.2前海段類設(shè)計(jì)(1)設(shè)計(jì)安全等級(jí):一級(jí);結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.1。(2)設(shè)計(jì)荷載等級(jí):公路-Ⅰ級(jí)設(shè)計(jì),并用城-A級(jí)荷載及英國(guó)BS5400荷載進(jìn)行驗(yàn)算。(3)環(huán)境類別:Ⅰ類環(huán)境;前海段按Ⅱ類環(huán)境設(shè)計(jì)。(4)設(shè)計(jì)行車速度:疏港高架60km/h;匝道40km/h。(5)地震動(dòng)峰值加速度:0.10g。(6)橋下凈高:機(jī)動(dòng)車道≥5.5m;電氣化鐵路≥7.96m。2交通及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)工程地處初具規(guī)模的近海港區(qū),以疏港交通為首要目的,交通構(gòu)成主要以運(yùn)輸集裝箱的大型車輛為主。因此橋梁工程無(wú)論從環(huán)境條件、孔位布設(shè)、結(jié)構(gòu)選型,還是從施工組織、建成運(yùn)營(yíng)等方面來(lái)看,都有其特殊且鮮明的技術(shù)特點(diǎn):(1)兼有公路、市政和港口各專業(yè)的特點(diǎn),承擔(dān)著密集往來(lái)于港區(qū)的大型貨柜車輛的交通,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮重載、特載甚至超載的作用。(2)孔位布設(shè)頻繁受到下穿道路、地下管線以及道路立體交叉等諸多因素的限制。(3)已建成的道路、鐵路的運(yùn)營(yíng)繁忙,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工組織設(shè)計(jì)緊密相關(guān)。交通疏解成功與否是本項(xiàng)目能否順利實(shí)施的關(guān)鍵。(4)彎、坡、斜以及變寬、分叉等異型結(jié)構(gòu)比比皆是,橋幅布置、構(gòu)造設(shè)計(jì)以及受力分析是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)也是重點(diǎn)。(5)受到一定的海洋環(huán)境影響(離海水跡線相對(duì)較遠(yuǎn)),且車輛荷載沖擊力大,結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)不可回避。(6)新興的現(xiàn)代化港區(qū)對(duì)整橋的景觀及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的造型要求較高。(7)區(qū)域內(nèi)以近海典型地貌為主,局部區(qū)域經(jīng)人工整平和吹填造陸,成為建設(shè)用地。橋梁基礎(chǔ)形式的確定及施工方法的選擇值得探究。3橋梁的選擇和設(shè)計(jì)3.1信息識(shí)別要求(1)橋型設(shè)計(jì)符合“技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理”的要求,兼顧橋梁景觀要求,力求橋梁造型新穎,結(jié)構(gòu)形式與城市建筑環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。(2)橋位選擇服從道路走向,路橋綜合考慮。(3)橋梁跨徑布置:滿足橋梁使用功能、橋下凈空、道路視距和前方信息識(shí)別的要求,綜合考慮城市規(guī)劃、交通組織特點(diǎn)、地下管線、現(xiàn)狀地形、水文地質(zhì)等條件,以滿足城市規(guī)劃的要求。(4)橋梁長(zhǎng)度按橋頭路基填土高度不大于3m控制,孔徑基本按30m左右模數(shù)跨徑布置,但同時(shí)考慮各種控制因素(主要為現(xiàn)狀交叉路口、立交方案、不可拆遷的地下管線等)的制約。(5)橋梁橫斷面布置:原則上橋梁與路基同寬。(6)選用技術(shù)先進(jìn)成熟、施工快速簡(jiǎn)便、利于交通快速疏導(dǎo)的橋型方案,保證高架橋建設(shè)順利進(jìn)行。(7)在造價(jià)合理的情況下,選用結(jié)構(gòu)整體性好、承載潛力大、易于施工、堅(jiān)固耐久的橋型結(jié)構(gòu),以滿足貨運(yùn)比重大的特點(diǎn)。(8)滿足深圳地區(qū)對(duì)本工程環(huán)保方面的要求,滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。對(duì)聲環(huán)境敏感地區(qū)設(shè)置隔聲屏障降低噪聲污染,體現(xiàn)以人為本的理念。(9)注重對(duì)橋梁護(hù)欄、橋墩等部位的防撞安全分析;對(duì)于跨越主干道、鐵路區(qū)段的橋梁,加強(qiáng)安全性設(shè)計(jì)。3.2主梁及梁的選型原則疏港路高架橋項(xiàng)目具有承載重、曲線異形結(jié)構(gòu)多、施工期間下層市政道路交通疏解要求高的特點(diǎn)。主梁選型以整體式現(xiàn)澆箱梁為主,以鋼-混凝土組合梁以及裝配式小箱梁作為重要補(bǔ)充。全線橋梁設(shè)計(jì)中選用30m左右跨徑進(jìn)行模數(shù)化布置。其中PC現(xiàn)澆箱梁最大跨徑50m,鋼-混凝土組合箱梁最大跨徑55m。3.2.1預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體式現(xiàn)澆箱梁抗彎扭剛度大、整體性能好、直線曲線橋梁結(jié)構(gòu)中均具有自身的優(yōu)勢(shì),在本項(xiàng)目中使用頻率最高,約占全部橋梁的70%?，F(xiàn)澆箱梁采用斜腹板截面,外輪廓翼緣板與腹板以及腹板與底板拐角處均進(jìn)行圓弧倒角處理,使其上部結(jié)構(gòu)外形流暢明快、簡(jiǎn)潔大方(圖2)。預(yù)應(yīng)力布設(shè)是現(xiàn)澆箱梁設(shè)計(jì)的核心。全線現(xiàn)澆箱梁均按全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并采用塑料波紋管真空壓漿工藝施工。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和施工工藝的要求,預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)主要采用了3種方式:(1)主梁采用移動(dòng)模架分段澆筑,預(yù)應(yīng)力分段敷設(shè)分段(單端)張拉,段間采用連接器連接。此種方式由于采用移動(dòng)模架可節(jié)省大量現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)支架,可大大拓展施工期間橋下凈空,并且預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)可根據(jù)不同區(qū)段有針對(duì)性布設(shè)從而更具合理性;但缺點(diǎn)在于需要專門模架設(shè)備,且施工面受到施工順序影響。(2)主梁全斷面一次澆筑,鋼束整聯(lián)通長(zhǎng)布置兩端張拉。設(shè)計(jì)中盡量避免設(shè)置通長(zhǎng)頂、底板束的不合理布束方式。此種設(shè)計(jì)較為常規(guī),適用于聯(lián)長(zhǎng)不大(一般聯(lián)長(zhǎng)120m以下)的情況,施工較為方便。(3)主梁全斷面一次澆筑,鋼束分段布置并交叉錨于連續(xù)墩頂區(qū)段,單端或兩端張拉。此種方式既可滿足整體澆筑的便利施工條件,又能避免聯(lián)長(zhǎng)較大時(shí)通長(zhǎng)布束預(yù)應(yīng)力損失過大的問題,從而更具合理性。設(shè)計(jì)中重點(diǎn)解決了墩頂梁段管道交叉及錨固的問題。3.2.2大懸索鋼組合結(jié)構(gòu)鋼-混凝土組合梁具有整體受力的經(jīng)濟(jì)性,發(fā)揮鋼、混凝土2種材料各自優(yōu)勢(shì)的合理性以及便于施工的突出優(yōu)點(diǎn)?？缭街匾徊媛房诘臉蛄壕x用此種結(jié)構(gòu)形式,跨徑在40～55m之間。主梁采用等截面設(shè)計(jì),梁高1.8m,高跨比介于1/22～1/30之間,其中預(yù)制鋼梁高1.35m,現(xiàn)澆混凝土橋面板高0.45m。最大制作段長(zhǎng)度32m,縱向接縫位置(即臨時(shí)墩位置)綜合結(jié)構(gòu)分析和地面交通的要求進(jìn)行設(shè)置。采用這種結(jié)構(gòu)形式主要由2個(gè)方面的因素決定:(1)主梁跨徑一般在50m左右,組合結(jié)構(gòu)采取等截面主梁形式,避免了采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),不僅方便了設(shè)計(jì)施工,而且使得城市高架橋梁輕盈美觀。(2)鋼-混凝土組合梁施工方法是通過現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)臨時(shí)墩,將工廠生產(chǎn)的制作段運(yùn)輸?shù)跹b到位后,現(xiàn)場(chǎng)拼裝,利用鋼梁部分作支架澆筑混凝土橋面板后成橋?？商岣呤┕て陂g橋下的通行能力,縮短對(duì)下穿交通的影響周期,這在城市橋梁尤其是跨越交通繁忙路段時(shí),具有無(wú)可比擬的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。3.2.3結(jié)構(gòu)的裝配裝配式小箱梁主要采用“先簡(jiǎn)支后連續(xù)”結(jié)構(gòu),其具有預(yù)制施工的便利性和連續(xù)結(jié)構(gòu)的舒適性。主要應(yīng)用在直線等寬橋梁中,如興海支線高架橋及部分匝道橋中。3.3綜合管網(wǎng)設(shè)計(jì)疏港高架橋處于本項(xiàng)目雙層交通的頂層,沿線橋墩根據(jù)地面市政道路交通組織設(shè)計(jì)和地下輸油管、LNG(液化天然氣)管以及其他工業(yè)管線的要求進(jìn)行布設(shè)。橋墩形式主要有花瓶墩、門架墩(隱式、明式)、大懸臂墩、柱式墩以及Γ形墩等。3.3.1設(shè)計(jì)中的改進(jìn)花瓶墩造型美觀大方,構(gòu)造簡(jiǎn)潔而不枯燥,在城市橋梁中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)疏港高架沿線主梁以圓弧倒角處理的斜腹板箱形梁為主的特點(diǎn)(圖2),橋墩主要采用了圓弧倒角處理的改進(jìn)型花瓶墩。根據(jù)箱梁底板寬度的不同,主要設(shè)計(jì)了3種花瓶墩模式(圖3),并在以往設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上作了如下改進(jìn):(1)a型墩豎向槽口由常見的凹凸槽口改為內(nèi)凹的梯形槽口。主要用于箱梁底板寬度6m以下的匝道橋。(2)b型墩在a型墩基礎(chǔ)上與墩頂區(qū)段設(shè)置“領(lǐng)口”造型。用于箱梁底板寬度8m左右的分離式主線橋。(3)c型墩為減小結(jié)構(gòu)自重,增加通透感,設(shè)置中空的拱門。用于箱梁底板寬度10m以上的整體式主線橋?；ㄆ慷赵趯?shí)際使用中墩身裂縫較為普遍,設(shè)計(jì)中注重了對(duì)墩頂拉應(yīng)力以及圓弧變化段剪應(yīng)力的控制。由于墩頂部受力復(fù)雜,采用ANSYS建立實(shí)體單元進(jìn)行分析。墩頂拉應(yīng)力參照“名義拉應(yīng)力”的概念進(jìn)行控制,并在墩頂設(shè)置抗裂鋼筋層網(wǎng)。通過剪切效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)懸臂根部下緣產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象,設(shè)計(jì)中采取了加高墩帽的高度,減小托盤的斜率和加寬橋墩的橫向尺寸,加大曲線半徑的針對(duì)性措施。3.3.2門架墩設(shè)計(jì)門架墩是為適應(yīng)地面交通或避讓地下管線而采用的一種不必加大橋梁跨徑又能提供寬闊空間的橋墩。本項(xiàng)目中主要用在如下橋段:(1)高架橋小角度(乃至平行)跨越地面市政道路,為避免墩身侵入地面道路建筑限界,避免采用大斜交和大跨度主梁,橋墩考慮采用門架式。(2)橋梁斜跨鐵路,為滿足鐵路凈空及規(guī)劃預(yù)留空間的要求設(shè)置門架墩。(3)橋下穿行與路線走向趨于一致的LNG管,要求離樁基凈距不小于5m,采用門架墩騎跨而過。門架墩從外觀上可區(qū)分為明式門架和隱式門架(圖4)。明式門架橫梁與立柱一般成框架模式,與主梁分離;隱式門架則是橫梁與主梁相互嵌固,并鉸支于立柱上。明式橫梁上、下部受力明確;但其占用橋下空間,增大結(jié)構(gòu)總體高度,且外形笨重,既影響景觀又不經(jīng)濟(jì)。隱式橫梁巧妙地嵌入主梁,上、下部共同受力,為橋下提供了很大的自由空間;但在設(shè)伸縮縫的聯(lián)間墩頂梁段,采用受力復(fù)雜的牛腿結(jié)構(gòu)。門架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)著重注意2個(gè)方面的問題。①確定合理的結(jié)構(gòu)尺寸并重點(diǎn)考慮橫梁和墩柱的剛度匹配關(guān)系。剛度匹配不合理,就會(huì)帶來(lái)一系列的問題,如內(nèi)力、變形較大及角隅節(jié)點(diǎn)應(yīng)力異常等。根據(jù)試算,橫梁與墩柱的剛度比宜取1∶1～3∶1。②模擬合理的計(jì)算模型邊界條件。門架墩(尤其明式門架)對(duì)基礎(chǔ)的約束條件較敏感,分析時(shí)必須考慮基礎(chǔ)剛度的影響。基礎(chǔ)剛度考慮過小,橫梁設(shè)計(jì)困難,立柱與樁基設(shè)計(jì)偏不安全;考慮過大,情況正好相反。因此設(shè)計(jì)中檢算立柱和基礎(chǔ)時(shí)對(duì)立柱剛度加以修正,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),一般立柱與樁基的聯(lián)合剛度是其計(jì)算剛度的1.1～1.2倍。3.3.3各單排樁方案結(jié)合本項(xiàng)目橋梁位于海濱地區(qū)以及橋墩本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),基礎(chǔ)形式主要采用樁基承臺(tái)?？紤]施工工期的要求,在滿足結(jié)構(gòu)受力的前提下多采用單排樁;制動(dòng)墩及彎橋以雙排樁為主。樁基設(shè)計(jì)根據(jù)地質(zhì)條件及地域特點(diǎn)采用鉆(沖)孔灌注樁,從受力條件看,除少數(shù)摩擦樁外,均為端承樁,持力層選取以弱(微)風(fēng)化層混合花崗巖層為主。4橋梁節(jié)點(diǎn)的觀賞教育景觀設(shè)計(jì)結(jié)合道路功能,以橋梁細(xì)部處理、色彩涂裝以及綠化手段等為重點(diǎn),改善高架橋的景觀效果,營(yíng)造舒適、宜人的港區(qū)道路街區(qū)環(huán)境。橋梁景觀的細(xì)部處理是橋梁人性化的表現(xiàn),能給觀者留下深刻的印象,可以提升橋梁景觀的觀賞性(圖5)。設(shè)計(jì)中注重了以下3點(diǎn):①減少生硬轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)化為較柔和的弧形轉(zhuǎn)角。②調(diào)整細(xì)部,提高主要結(jié)構(gòu)之間協(xié)調(diào)和美觀性。③對(duì)橋墩進(jìn)行細(xì)部刻畫,豐富景觀效果,減少單調(diào)感。橋梁涂裝色彩主要從周邊景觀和配合橋梁夜景景觀2個(gè)層面考慮。為起到良好的防腐效果,增加橋底光線補(bǔ)償,使橋梁更加美觀,設(shè)計(jì)采用了全橋涂裝的方式。配色方案如下:①護(hù)欄為銀白色;②梁腹及橋墩為銀藍(lán)色;③橋墩細(xì)部以海藍(lán)灰色涂裝橋墩凹槽部分作點(diǎn)綴。5鋼筋及混凝土等抗?jié)B性能結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程,涉及設(shè)計(jì)、施工以及養(yǎng)護(hù)管理等方方面面。結(jié)合本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)及技術(shù)要求,設(shè)計(jì)中采取如下措施:(1)混凝土的耐久性設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)采用C55高強(qiáng)混凝土,要求摻入高強(qiáng)減水劑,慎用早強(qiáng)劑。嚴(yán)格控制混凝土級(jí)配及粗、細(xì)骨料的原材料質(zhì)量,水泥要求高品質(zhì)且強(qiáng)度等級(jí)不低于52.5,嚴(yán)格根據(jù)規(guī)范要求控制拌和用水的氯離子和堿含量。(2)鋼筋的防腐蝕設(shè)計(jì)。適當(dāng)增大保護(hù)層厚度,主梁凈保護(hù)層厚度不小于40mm,墩臺(tái)樁基不小于70mm;設(shè)置表面防裂定型鋼筋網(wǎng),主要在箱梁負(fù)彎矩區(qū)段頂板和主墩保護(hù)層范圍內(nèi)。樁基選取C30水下混凝土并摻加鋼筋阻銹劑,摻量12.0kg/m3。(3)