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跨海浮桥在潮汐河段上的应用

2020-01-03 10:07:30 中国水运 2020年12期

张丽

摘 要:为改善外峙岛上居民的出行条件,在外峙岛牛轭江上建设跨海浮桥一座。跨海浮桥以趸船为主体,由2座混凝土趸船、2组桥台、6座钢过桥组成,趸船之间采用钢过桥连接,接岸部分结构为桥台结构,可供类似潮汐河段跨海浮桥建设提供参考。

关键词:浮式趸船;跨海浮桥;潮汐河段

本工程位于宁波市北仑区外峙岛牛轭江上。外峙岛面积1.46km2,像一个楔子嵌入白峰海岸线,与大陆之间形成一个牛厄港,这个牛厄港又被北仑人称为仰岛湾,是著名的军港。外峙岛有前头岙、西山、南头、蒲湾、北岙、下江边六个自然村(统属港口村),岛上现有人口约1100人,岛上居民出行及物资运输仅能通过轮渡上下岛,出行交通条件落后。目前,港口村是北仑区唯一仅靠渡轮交通的行政村,交通不便对岛上居民生产生活产生严重影响。随着经济社会的发展,不通公路的状况已成为制约岛上居民生活改善所面临的主要障碍。因此,在满足特殊部门对牛轭江航道的使用要求,为方便岛上居民出行、促進岛上经济发展、完善浙江省农村公路网、推动外峙岛开发建设等需要,提出建设可拆卸的跨海浮桥为牛轭江上的桥梁方案。

1 建设条件

(1)设计水位(1985国家高程基准)。设计高水位(高潮累积频率10%)1.91m,设计低水位(低潮累积频率90%)-1.39m,极端高水位(重现期50年)3.46m,极端低水位(重现期50年)-2.39m。

(2)潮汐及潮流。本工程海域潮汐属于不正规半日潮,浅水效应较为显著。根据外峙岛外侧近海区域的水文测验资料及数模论证情况,工程选址方案一处设计流速取值:涨潮流速取为220cm/s、流向212±3°,落潮流速取为194cm/s、流向37±3°;选址方案二处设计流速取值:涨潮流速取为196cm/s、流向212±3°,落潮流速取为173cm/s、流向37±3°。

(3)波浪。本工程位于牛轭港水道内,距口门约1.6km,牛轭港水道呈环形,宽约120m。本工程位于水道近底部。牛轭港口门朝向为正北向,直面螺头水道,而螺头水道受舟山群岛掩护,波浪较小。工程区域掩护条件良好,水深较浅,波高较小,外海波浪进入湾内有较大削减。拟建桥位水域设计波要素如表1所示。

(4)工程地质。工程区域位于牛轭江河道上,上层20m以沉积均匀分布淤泥、粉质黏土为主。两侧河岸侧钻孔可见20m以下为粉质粘土、圆砾、凝灰岩等土层,承载力较好,宜做持力层。

(5)选址方案。为评估工程实施对牛轭江水道潮流及泥沙动力条件的影响,提出两个平面选址方案,并进行数模试验。选址方案一位于西侧客渡码头下游,选址二位于东侧客渡码头上游。试验结果表明,两个方案实施以后,所在水域的涨、落急流场总体与工程前相差不大,在工程处有约10~20%的减小,即两个选址方案对流场的影响方面基本一致。另外,考虑到远期道路衔接、优化浮桥长度、控制建设投资的需要,选择选址方案一工程的选址方案。

(6)拆除方案。因本工程特殊单位使用牛轭江航道的需要,工程需考虑紧急拆除恢复通航方案:浮桥中部设置钢过桥,在紧急情况下,通过调用附近工程公司浮吊拆除钢过桥,从而恢复牛轭江航道。所用时间主要为调遣浮吊时间+拆卸钢过桥时间,拆除时间约1.5h。

2 设计尺度与总平面方案

(1)浮桥长度。本工程拟建浮桥一座,浮桥轴线总长166.1m。

(2)浮桥宽度。考虑到趸船选型及实际双向行车需要,拟建浮桥按照双向混合车道设计,设计宽度8m,另考虑浮桥钢结构、趸船附属结构等布置需要,浮桥总宽度12m。

(3)高程设计。浮桥东侧接岸处现为已建海堤,与海堤堤顶路面高程一致,高程为 3.5m,海堤后侧为农田,东侧接岸结构高程定为3.5m,与现海堤堤顶道路高程保持一致。浮桥西侧接岸处位于现渡口(西)固定码头北侧,现为滩涂,滩涂宽约15m,滩涂后方为海堤,海堤堤顶路面高程为3.9m。为便于车辆通行,浮桥西侧接岸高程设计为3.9m,引桥墩顶高程为3.5m,桥台接岸部分放坡坡度约为5%。

(4)钢过桥坡度验算。根据设计水位及趸船船型参数进行计算,钢引桥坡度为:设计高水位1:44,平均水位1:12,设计低水位1:7。钢引桥坡度在设计低水位时不满足斜坡式结构的使用条件。为保证车辆行驶安全,本工程仅允许车辆在水位达到在-0.4m以上时段(坡度≤1:9)在钢引桥通行,同时采取防滑措施确保在低水位时人员及车辆通行的安全。

3总平面方案

本工程拟建浮桥1座,浮桥总长166.1m,呈“一”字形布置,浮桥的轴线走向为N128.63°~N308.63°。浮桥主体由2座混凝土趸船、2座桥台、6座钢过桥组成,趸船与桥台之间、趸船与趸船之间采用钢过桥连接,接岸部分结构为桥台结构。其中,钢筋混凝土趸船平面尺度均为35m×12m;单艘趸船配套锚链6根,蛙锚6个。另外,为限制趸船横向位移,于趸船近岸两侧设斜向锚链各2根,各锚块2个。钢过桥平面尺度为25.5m(净跨23.5m)×4.5m(桥面净宽4m);东侧桥台轴线长度11.2m,顶高程3.5m,接岸设计为喇叭口型式;西侧桥台轴线长度14.4m,顶高程3.5m~3.9m,设计坡度5%,接岸为喇叭口型式。两侧桥台与海塘顶道路平顺衔接。浮桥设计为双向两车道,单车道宽度4m,总车道宽度为8m(浮桥总宽度12m)。为防止趸船在低水位时坐底,趸船西侧端部下方需少量疏浚,疏浚量约为243m3。

4 结构设计

本工程由2个桥墩、2座混凝土趸船及钢引桥、钢过桥组成,趸船之间采用钢过桥连接,接岸部分结构为桥台结构。本工程水工结构安全等级为二级。本工程固定结构(接岸桥台)设计使用年限为50年,趸船及钢桥的设计使用年限为20年。本工程工艺荷载为汽车荷载,20t汽车。

4.1浮桥主体

浮桥主体采用浮式趸船及活动钢桥结构型式。趸船采用钢筋混凝土结构,尺度为长35m×宽12m(干舷1.3m)。趸船采用纯锚系结构系泊,每艘趸船锚系由6根主锚链及6座80t锚块组成,主锚链采用Φ62mm三级有档锚链。趸船与趸船及趸船与接岸桥台间采用一字及十字形Φ46mm三级有档锚链连接。

本工程趸船为浮桥的主要构件,应进行趸船锚系计算、趸船稳性计算,趸船结构强度由设计提供使用条件,趸船厂家自行设计并保证结构强度。

4.2钢桥

钢桥采用实腹梁板式结构,尺度为25.5m(净跨23.5m)×4.5m,主梁高度1500mm。25.5m钢引桥主要结构参数:主梁高1500mm,桥面板采用12mm,横梁采用焊接工字钢,高450mm。

4.3桥台桩基

在两岸各设置1个桥台。以东侧为桥台墩为控制状况,沿浮桥轴线方向长度为11.2m,桥台墩厚2m,墩顶标高3.5m,下部各设6根Φ1000m灌注桩,桩长约41m,桩尖要求进入强风化凝灰岩1.5m。

4.3.1单桩承载力

4.3.2桩基内力

5 总结

(1)浮式结构因其可以随水位上下浮动的特点,为大潮差的潮汐河段上的常用结构。本工程因政策及造价等限制条件,考虑浮式结构具有建设简单、易拆卸等特点,将浮式结构应用于跨海桥梁,获得良好的使用效果。

(2)需要注意的是,此种结构应用于市政建设中,应特别考虑市政公共安全等要求和特点,在附属设施细节方面做好安全设计。

(3)本文结合实际工程的建设经验,利用实例对浮码头设计提出了一些建议,实际运营情况良好,本工程可为类似潮汐河段的跨海浮桥建设提供参考。

参考文献:

[1]JTS 167-2018,码头结构设计规范[S].

[2]中交第一航务工程勘察设计院有限公司.海港工程设计手册(第二版)[M].北京:人民交通出版社集团有限公司,2018.

[3] 宁波中交水运设计研究有限公司.宁波北仑外峙岛跨海浮桥工程初步设计报告[R].宁波中交水运设计研究有限公司,2017.

[4]黄鹏,叶前云.论大水位差山区河流客运码头型式的选择型式[J].中国水运,2015,15(3):254-255.