顺德区菊花湾大桥主桥方案比选研究
2017-03-20
1、工程概述
佛山市顺德区华阳南路一环互通立交及菊花湾大桥建设工程起点位于佛山一环北侧的乐从良村，与在建的华阳南路佛山新城段相接，自北向南利用现状良村跨线桥下穿佛山一环，跨越顺德水道后，经勒流稔海村和扶吕村，终点与港口路相接，工程桩号为ZK0+000～ZK3+088.756，路线全长3.089公里，道路等级为一级公路兼顾城市道路功能，设计车速为60公里/小时。建成后的菊花湾大桥（华阳南路-菊花湾大桥-港口路）将会成为顺德区城市骨架路网的重要组成部分，有利于佛山新城、乐从与勒流之间沟通连接，有利于缓解佛山大道（S121）的交通压力，对促进顺德区南北向交通联系具有重要意义。
2、 方案比选
结合工可阶段桥型方案研究成果和主管部门的审批意见，初步设计对桥位地形、地质、水文、通航等建设条件进行深入分析研究，该河段较为顺直，以本桥位上下游的乐龙大桥（通航主跨2×100m连续刚构）及黄龙大桥（通航主跨2×100m连续梁）作为类型参考，在工可推荐的2×120m主跨基础上选择了以下三种桥型方案进行进行比选论证：
方案一：2×120m 独塔混凝土梁斜拉桥；
方案二：2×120m 独塔钢箱梁斜拉桥；
方案三：（66+2×120+66）m预应力混凝土连续梁桥。
2.1方案一 2×120m 独塔混凝土梁斜拉桥
2.1.1桥型方案概况
主桥采用主跨2×120m独塔PC梁对称斜拉桥方案，平行双索面，接引桥处各设置1个交界墩，其主跨满足单孔单向通航要求。
主桥平面处于直线段，主桥桥面最高点位于ZK1+482，南北纵坡均为2.5%。
主桥桥面为双向六车道，并设有人行道，横桥向斜拉索布置间距为34m；主桥主梁采用PC梁，顺桥向锚固标准索距为6m；斜拉索按扇形布置，索塔索面由18对高强度平行钢丝拉索组成，共2×18对斜拉索。
2.1.2结构体系设计
主桥采用“半飘浮”结构支承体系时，塔下横梁处设一对竖向减隔震支座，分别为QZ25000DX和QZ25000SX；交界墩处设置竖向活动减隔震支座，共2对，分别设于主5和主7号墩处，型号为QZ15000。
横向支承：在索塔处设置横向抗风支座KFPZ2000SX，主5、主7号交界墩处的竖向活动支座兼有横向限位的功能，用于抵抗风荷载及地震荷载作用下的主梁横向效应。
主梁两端各设有一道伸缩缝，其不受约束的伸缩总量均为320mm。
2.1.3主梁设计
主梁采用C50预应力混凝土箱梁型式，桥面2%横坡由箱梁顶板斜置而成，全宽36m，桥面33m，桥轴线处梁高2.8m，设2%双向横坡。外腹板与风嘴相结合，形成实体结构，以满足斜拉索锚固的需要。主梁顺桥向标准索距6m，横桥向索距34m。
混凝土主梁断面如下图：
2.2 方案二2×120m 独塔钢箱梁斜拉桥
主桥采用主跨2×120m独塔钢箱梁对称斜拉桥方案，空间双索面，接引桥处各设置1个交界墩，其主跨满足单孔单向通航要求。
主桥平面处于直线段，主桥桥面最高点位于K1+482，南北纵坡均为2.5%。
主桥桥面为双向六车道，并设有人行道，横桥向斜拉索布置间距为28.4m；主桥主梁采用钢箱梁，顺桥向锚固标准索距为12m；斜拉索按扇形布置，索塔索面由9对高强度平行钢丝拉索组成，共2×9对斜拉索。
2.2.1结构体系设计
主桥采用“半飘浮”结构支承体系，其体系具体布置：塔下横梁处设一对竖向减隔震支座，分别为QZ7000DX和QZ7000SX；交界墩处设置竖向减隔震支座，共2对，分别设于主5和主7号墩处，型号为QZ5000；横向支承：在索塔处设置横向抗风支座KFPZ1500SX，主5、主7号交界墩处的竖向活动支座兼有横向限位的功能，用于抵抗风荷载及地震荷载作用下的主梁横向效应；主梁两端各设有一道伸缩缝，其不受约束的伸缩总量均为320mm。
2.2.2主梁设计
本桥承担重载交通，进行桥面系正交异性板的设计时应适当加强其局部刚度，同时采取适当的构造措施以减小焊缝处的应力集中。通过建立局部模型计算比较发现，采用较小的横隔板间距与较厚的顶板厚度，既增强了桥面板局部刚度又使得各焊缝处的应力水平有所下降，是一种较为合理的设计思路。综合整体计算与局部分析的成果，本设计将顶板最小厚度确定为18mm、横隔板标准间距确定为3m。
钢箱梁断面如下图：
2.3方案三（66+2×120+66）m预应力混凝土连续梁桥
主桥采用（66+2×120+66）m预应力混凝土变截面连续梁桥，布跨时主桥主孔跨过2x75m主通航孔（单通航孔），其主跨满足单孔单向通航要求。本方案桥面总宽33m，主桥桥面为双向六车道，并设有人行道，设计为双幅断面，主桥长372m。
主桥平面处于直线段，主桥桥面最高点位于K1+482，南北纵坡均为2.5%。
2.3.1主梁设计
主梁采用预应力混凝土箱梁，上下行分幅布置，每幅为单箱单室，混凝土C55，为三向预应力结构。纵、横向按全预应力体系控制。
主梁主墩支点高度7m，高跨比1/17；跨中梁高3m，高跨比1/40；箱梁底边按2次抛物线过渡。单幅箱梁顶宽15.5m，底宽8.5m，悬臂长度3.5m。箱梁顶板厚度30cm，底板厚度由跨中30cm变至根部的120cm，腹板厚度50～70cm。
全桥主梁共设置14个悬浇节段，节段长度3.5～4.5m，采用前支点挂篮施工；3个0号支架现浇节段和2个主跨合龙节段。
主梁纵向预应力和顶板横向预应力采用高强度低松弛钢绞线，竖向预应力采用JL32级精轧螺纹钢筋。
2、 桥型方案比较及推荐方案
针对以上拟定的三个桥型方案，初步设计主要从工程难度和施工风险、结构耐久性、景观、工程造价等方面对三个桥型方案进行综合比选。
结语
本文以菊花湾大桥设计工作为例，通过以上方案比选，以满足航道要求为主原则，对桥梁的结构性能、施工难度与周期，使用性能及运营养护、对周围环境影响及景观性、工程造价方面进行桥型方案比选，由于本工程对景观要求较高因此推荐采用主跨2×120m独塔PC梁斜拉桥方案。
【参考文献】：
〔1〕 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）；
〔2〕 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）；
〔3〕 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ 024-85）；
〔4〕 《桥梁方案比选》（周念先，同济大学出版社，1992）。
〔5〕 《桥梁设计》（白淑毅，人民交通出版社，2011）。
作者简介：姓名：莫小维（1981.01）；性别：男；学历：本科；职位：工程师；专业：主要从事路桥设计工作。
