江显昌

(福州闽侯县交通运输局，福建福州 350100)



闽侯大樟溪新南港大桥桥位和桥型方案比选

江显昌

(福州闽侯县交通运输局，福建福州 350100)

根据区域规划及闽侯大樟溪新南港大桥的重要交通位置，介绍了桥位概况、总体设计思路、设计原则、桥型方案比选等。考虑到桥址区建设条件、路线走向、总体设计、桥梁结构参数、施工工艺、建安费等多方面的影响因素，经过综合比选该桥推荐采用预应力混凝土变截面连续梁桥，所用设计思路与方法可供同类项目借鉴。

桥位；桥型方案比选

0 引言

闽侯大樟溪新南港大桥位于福州市乌龙江的南侧，大桥横跨大樟溪是连接南屿与南通片区的重要连接通道，同时也是南通片区连接市区、高速公路的重要通道。大桥的建设既利于解决海峡批发物流中心往中心城区快速集散物流的交通需求，也是近期海峡批发物流中心快速上下高速公路的必经通道，是近期疏散海峡批发物流中心交通流的迫切需要。此外，项目沿线区域现状大部分为可开发用地，大桥的建设将极大地推动该区域的土地开发，促进经济发展，从而完善城市的合理布局，提高未建成区的土地价值，并可以结合大漳溪、旗山风景区资源，建设生态化高效、清洁、休闲的旅游服务设施，可把区域发展成为生态旅游休闲度假区。

1 桥梁设计主要技术标准

(1)道路等级：城市主干路兼一级公路。

(2)计算行车速度：V=60km/h。

(3)车道及桥宽：按双向六车道设计，两侧设非机动车道、人行道。大桥方案标准横断面半幅宽度16.5m=4m(栏杆+人行道和非机动车道+机非分隔物)+12m(机动车道)+0.5m(栏杆)，另一半对称。

(4)净空要求：机动车道5.0m，非机动车道及人行道2.5m。

(5)荷载标准：公路I级(城-A验算)

(6)设计洪水频率：1/100

(7)通航标准：最高通航水位：9.37m(标高为罗零系统)，最低通航水位：0.87m，通航净空≥8m。

(8)抗震设防标准：按工程场地地震安全性评价工作报告取值。

(9)桥面坡度及平曲线半径：①桥面横向坡度2.0%，桥面纵坡≤2.5%；②平曲线最小半径不小于400m。

2 桥位工程地质情况

桥梁位于大漳溪和闽江的汇流口处，地处福建沿海施工受台风影响，自然条件较复杂。拟定线路、桥位位于福州市闽侯县南屿镇和南通镇，新南港大桥桥头尾两侧主要为民房、菜地或滩涂，主桥横跨大樟溪，属冲洪冲淤积平原地貌单元。根据区域地质资料，场地沿线及邻近地区全新世以来未发现活动断裂，对道路、桥梁的修建无不利影响。根据现场钻探揭示地质资料，结合土工试验结果，本场地主要由以下几个土层组成：杂填土厚度0.2m～4.8m、粘土厚度1.1m～3.0m、淤泥厚度1.8m～6.1m、含泥细中砂厚度1.3m～23.7m、淤泥质土(局部为淤泥)厚度6.6m～17.7m、含泥粗中砂厚度1.2m～11.9m、卵石厚度8.60m～20.90m、残积砂质粘性土厚度1.1m～13.9 m、砂土状强风化花岗岩厚度4.8m～21.0 m、碎块状强风化花岗岩厚度1.1m～11.4 m、中风化花岗岩、微风化花岗岩。

3 通航要求

闽侯大樟溪新南港大桥通航标准为内河Ⅴ级，五级通航标准单向净宽40m(上底宽32m)，净高为8m(侧高5.5m)。通航净空要求梁底标高16.5m。通航孔宽度拟定首先考虑斜交250，桥面宽度34m，通航孔宽度需71.7m(40+2×34×tan25°)。考虑斜交横向流速0.4m/s，单向净宽增加15m，(双向30m)；以及交角30°所增加的宽度，需要通航净宽86.7m。天然和渠化河流水上过河建筑物通航净空尺度(表1)。

表1 天然和渠化河流水上过河建筑物通航净空尺度 m

4 桥位轴线比选

桥位选择关系到桥梁本身的技术可行性，社会使用效益的永久性，相对经济合理性及工程可靠性等重大问题，也与两岸的总体规划密切相关。根据城市总体规划，大桥在使用功能上定位为城市桥梁，为乌龙江南江滨跨大樟溪的过江桥梁，因此桥位的选择首先应服从乌龙江南江滨道路的总体规划布局，再根据两岸现状地形地物、两岸的控制性规划、水文、航道、沿江地形、地质等条件以及对邻近构筑物和公用设施的影响大小来确定。

本桥位的下游为大樟溪-乌龙江汇流口，上游为福银高速公路跨大樟溪的江口特大桥，间距约1.2km。桥位起点为福银高速福州连接线湾边大桥南桥头互通出口处，桥位选择局限性大。综合考虑乌龙江南江滨规划路网、专家组意见以及通航净空尺度和技术要求、防洪排涝等相关要求，对新南港大桥桥位进行适当调整，设置3个桥位轴线进行比选。由于大樟溪航道为天然航道，无明确航迹线。如果桥轴线调整至与水流方向夹角小于5°，则需要将桥梁轴线方向直接转到高速公路江口特大桥南引桥方向，对两岸规划用地有很大影响，整个工程规模发生很大变化，因此桥位比选时在满足通航条件下不考虑正交桥位方案。桥轴线方案比较如图1和表2。

表2 桥轴线方案的优缺点比较

5 主桥方案比较

根据桥型设计指导思想，并结合具体工程特点和桥址区域水文、地质等自然条件及标志性建筑的景观要求等因素综合考虑，通航孔主桥桥型方案选择具体考虑如下4条原则：

(1)全面贯彻“安全、实用、经济、美观”的技术方针。

(2)在满足桥梁使用功能和桥下通航要求的前提下，力求桥梁造型新颖，与周围环境协调，使之成为具有福州特色的标志性建筑。

(3)采用新结构、新工艺，提高技术含量，推进桥梁技术进步。

(4)考虑到大桥处于濒临海洋的大气环境，大桥应尽量采用整体性能好、耐腐蚀性能强、养护维修方便的结构。

5.1 方案一：预应力混凝土变截面连续梁桥

根据桥址区的水文、地质、气象、通航等条件，主桥拟采用(70m+4m×120m+70m)变截面连续梁方案(引桥：跨径为40m连续箱梁桥)，通航孔满足V级内河级航道，通航净空为净宽113.3m×净高8m，桥型布置图(图2)。

上部结构主桥横向采用双幅单箱单室直腹板箱形断面，分两幅浇注，两箱之间翼缘板现浇砼连接。控制断面梁高：中间支点处7.4m，边跨直线段及主跨跨中处3m，其高跨比分别为1∶16.2和1∶40，梁高变化段梁底曲线采用1.8次抛物线，箱梁横截面为单箱单室直腹板，箱梁顶板宽度为16.5m，底宽为8.5m，箱梁底板保持水平，通过两腹板的高差，实现顶板单向横坡，箱梁梁体两翼板悬臂长度为4.00m。通过平曲线内外侧箱梁长度差，实现平曲线过渡。箱梁桥纵向采用预应力钢绞线群锚锚固体系，横向采用预应力钢铰线扁锚锚固体系，竖向用直径32mm预应力精轧螺纹粗钢筋，箱梁采用挂篮悬臂浇筑施工，施工需要设置临时固接措施和体系转换。上部箱梁在两边跨靠梁端部附近底板上沿箱中心线各设一个Φ80cm永久人孔，并在左右线桥起终点侧的人孔处设置共四道检修通道；在每个T悬臂根部附近两侧底板最低点箱中心处各设一个Φ10cm泄水孔。预应力钢束：箱梁桥纵向悬浇钢束采用Φs15.2-22、Φs15.2-19型，边跨顶板和底板合拢束均采用Φs15.2-19、Φs15.2-15型，墩顶束和腹板束采用Φs15.2-15型，中跨顶板采用Φs15.2-19型,中跨底板合拢束采用Φs15.2-19型，横向预应力采用Φs15.2-3型，竖向预应力及0#块横隔板横向预应力采用直径32mm的精轧螺纹粗钢筋。

下部结构主桥主墩采用板式花瓶墩，墩型剖面为哑铃型断面,中间厚度3.4m,墩顶9m范围按花瓶状设计,顶宽10m，底宽6.5m，墩侧设0.2m倒角，墩高约14m～18m,属典型矮墩梁桥结构，半幅桥主墩基础采用6根长Ф2.2m钻孔灌注桩基础，纵向2排布置。承台顶面置于常水位下0.5m。承台截面尺寸为12.8m×8.3m，厚度为4.0m。

5.2 方案二：部分斜拉桥

桥型方案采用100m+160m+160m+100m现浇三塔斜拉桥(引桥：跨径为40m连续T梁桥)，桥型布置图(图3)。

上部结构斜拉索采用双索面布置，墩、塔、梁固结体系，主梁结构2m～4m变高度，预应力混凝土箱梁宽30m。主塔布置在桥梁中心线上，采用钢筋混凝土结构；截面为矩形截面。桥塔顺桥向为1m，横桥向为2.1m～2.5m；塔高为22m。斜拉索在塔上以索鞍形式通过。

下部构造桥塔采用变宽度钢筋混凝土板式，采用5m～2.5m宽的板；墩身与塔、梁相连。墩身宽2.5m，厚3.5m。主墩基础采用9根ф2.2m钻孔桩，桩长约50m。墩承台为矩形承台。边墩采用桩柱式墩，基础采用4根ф1.8m钻孔桩，桩长约50m。

5.3 方案三：下承式钢管砼系杆拱桥

根据桥址区的水文、地质、气象、通航等条件，主桥拟采用2m×150m下承式钢管砼系杆拱桥方案(引桥：刚架拱桥)，连接方式为外部静定内部高次超静定的简支方式，通航孔满足V级内河级航道，通航净空为净宽148.7m×净高8m。引桥采用7m×70m和10m×70m刚架拱桥，主跨桥梁全幅宽度为37.6m，引桥桥梁半幅宽度为16.5m，下部结构采用桩基础、实体式桥墩，重力式桥台，桥型布置图(图4)。

主桥桥梁结构形式为Lp=150m下承式钢管混凝土简支系杆拱桥。拱肋的理论计算跨径为150m，计算矢高30m，矢跨比1/5，理论拱轴线方程为：Y=4/5X-2/225X2,横向共设三榀钢管混凝土拱，拱肋截面高260cm，宽120cm，拱肋横向间距为14.2m，拱肋设置3道K型风撑，由外径110cm和80cm钢管焊接而成。每榀拱肋设29根厂制吊杆，吊杆间距为5.0m。吊杆采用PE7-127半平行钢丝成品索，外包双层高密度聚乙烯(PE)护套，配套锚具采用带有纠偏装置的DS(K)7-127镦头锚。加劲纵梁采用预应力混凝土结构，其截面为矩形实体截面，端横梁采用单箱双室截面，中横梁采用T形截面，上翼缘为整体桥面板。主桥系杆拱采用“先梁后拱”的施工方法施工，即先在支架上现浇加劲纵梁及横梁，而后架设钢管拱肋，泵送管内混凝土成拱，再施工吊杆，拆除临时支架现浇桥面板成桥。

引桥刚架拱半幅桥横向共设计6片拱肋,拱肋间距3m，大节点设在跨径1/4截面位置，小节点设在弦杆中间位置，矢跨比F/L为1/9，拱片通过横系梁联成整体，微弯板设计厚度8cm。刚架拱桥在二十世纪八九十年代修建较多，后期随着交通量的迅速增长，旧桥存在了不少的缺陷。通过技术人员多年来对桥梁的研究与改进，该桥型再次被应用在较高等级道路，2007年10月建成通车的新清远北江大桥(3m×45m+8m×70m+4m×45m刚架拱桥)是在总结刚架拱桥运营多年来出现病害的基础上,吸收新的设计理念、新的科研成果设计的刚架拱桥,验证了该类桥型在中等跨径桥梁的可行性。

5.4 方案四：独塔自锚式悬索桥

根据桥址区的水文、地质、气象、通航等条件，主桥为独塔自锚式悬索桥(引桥：跨径为40m连续T梁桥)，大桥全长1 326m，由南引桥(5m×40m+4m×40m两联连续梁组成)、主桥(40m+150m+250m+40m独塔自锚式悬索桥)以及北引桥(3m×40m+3m×40m+3m×40m三联连续梁组成)3大部分组成。主跨桥梁全幅宽度为36.5m，引桥桥梁半幅宽度为16.25m，下部结构采用桩基础、实体式桥墩，桥型布置图(图5)。

主桥的上部梁体采用钢箱梁，其中锚固段采用混凝土箱梁。主梁全长400m，主跨位于12 000m的竖曲线半径上，南北两岸都是0.5%的纵坡。钢箱梁顶面总宽36.5m，设2%的横陂。两吊索在钢梁上的横向间距是26.5m，纵向索距是7.0m，因此钢梁的标准节段长度也是7.0m，主梁的线型靠调整吊索长度来保证，锚跨混凝土箱梁主要作用是将主缆均分布锚固，通过钢-混凝土结合段将主缆水平力较为均匀的传递至钢箱梁，锚跨混凝土箱梁分为南北两岸。

主塔结构设计为钢筋混凝土门式结构，由上、中、下塔柱及上、下横梁五部分组成，塔高为139m。桥面以上塔高约为110m，主塔塔柱设计为逐级向上的台阶式直塔柱。主塔上横梁采用钢结构，设计为通透性的钢桁拱式结构，主要由两部分组成：平行弦桁架和钢拱架，两者间通过杆件连接。下横梁高5m，采用单箱式截面。

5.5 方案对比

5.5.1 方案比选原则

随着社会和经济的发展，人们对桥梁工程——这一公共构筑物的要求不仅仅停留在“功能适用、安全可靠、造价经济”的层次，更要追求工程耐久以及与生态环境的和谐统一。方案比选原则如下：

方案选择应首先贯彻“功能适用，结构安全、技术可行”的技术方针；

在满足桥梁交通功能要求的前提下，力求结构新颖、技术先进；

经济合理和最大限度的实现功能、技术、经济、生态环境的协调统一；

吸收国内外桥梁建设的先进技术和成功经验，选用设计方案技术合理、施工可靠，确保工程品质。

5.5.2 方案比选

(1)使用功能与结构效率

桥梁横断面布置都满足道路功能要求，方案二～方案四由于布置拱和塔，桥梁实际结构宽度超出道路宽度，方案一梁桥方案的桥面宽度与道路功能宽度基本一致。桥面功能利用效率方面方案一梁桥方案最优。

梁桥方案由于没有桥面以上的建筑物，视野最开阔，其他方案均有桥面上层建筑物。

总之，这4个方案均满足使用功能的要求，在使用功能效率及行车环境综合比较下，结合附近有义序军用机场，军用飞机经常从桥位处经过，考虑安全及对比其它桥梁指标，梁桥相比方案最优。

(2)技术可行性

这4个方案均属于常规桥型结构；方案一、二主梁结构采用预应力混凝土结构，技术复杂性一般。拱桥和自锚式悬索桥技术难度相对较大。

在施工工期方面，主要是基础工程控制全桥的施工工期，各方案相差不大，在前期工作准备充分的前提下，24个月内均可完成主桥的施工。总之，这4个方案在技术上均是可行。

(3)结构耐久性和养护

在设计和施工质量保证的前提下，方案一梁桥方案为全混凝土结构，其耐久性最好，养护费用最小；其他方案均需考虑拉索(吊杆)防腐和更换，其耐久性和养护费用次之；方案四有吊杆、钢箱梁，这两者均需防腐，影响耐久性因素最多，养护费用最高。

表3 方案综合比较表

综合对比，闽侯大樟溪新南港大桥推荐采用方案一，即主桥采用70m+4m×120m+70m预应力混凝土变截面连续梁桥。

6 结语

闽侯大樟溪新南港大桥施工图设计阶段采用本文推荐方案，该桥2015年已建成通车，目前运营良好。本文确定桥梁方案时，综合考虑桥址区建设条件、路线走向、总体设计、桥梁结构参数、施工工艺、建安费等多方面的影响因素,设计思路与方法对同类项目有一定参考意义。

[1] 蔡纪锋，李萍.大跨长联连续梁桥最大悬臂与成桥阶段稳定性分析[J].世界桥梁，2012，40-4.

[2] 袁安华.新南港大桥主桥结构分析[J].福建建筑，2012，06.

[3] JTG D60-2015,公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2015.

Bridge Site and Scheme Selection of Minhou Dazhangxi new Nangang Bridge

JIANGXianchang

(Traffic bureau of Minhou County,Fuzhou 350100)

According to the important traffic position of the regional planning and Minhou Dazhangxi new Nangang Bridge,the bridge site survey,overall design ideas,design principles,bridge project selection,and so on are presented in this paper.Considering the influencing factors such as the bridge site construction conditions,route,overall design,parameters of bridge structure,technologies and fees of construction,the prestressed concrete continuous beam bridge,with the variable cross-section,is recommended after a comprehensive comparison and selection.The design ideas and methods of the paper can provide reference to similar projects.

Bridge site; Bridge project selection

江显昌(1971.12- )，男，工程师。

E-mail:jxc165@163.com

2016-08-09

U44

A

1004-6135(2016)10-0086-06