南京長江第二大橋北汊大橋總體設(shè)計(jì)

【摘要】南京長江第二大橋北汊大橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，主橋?yàn)?/span>90+3*165+90（m）的三向預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁，全橋長2172m，本文介紹北汊大橋總體設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】南京長江二橋 北汊橋 總體設(shè)計(jì)

一、概述

南京長江第二大橋位于現(xiàn)南京長江大橋下游11km，是南京長江河段南北過境高速公路上的重要橋梁，目前正順利進(jìn)行上部構(gòu)造懸澆施工，計(jì)劃于2001年7月1日建成通車。

1.橋位

南京長江第二大橋北汊大橋橋址所在八卦洲河道屬長江下游南京河段，河道近于東西走向，橋址處河段為微彎分汊型，平面型態(tài)寬窄相間，北汊河道彎曲，長約21.7km，北汊大橋即位于北汊中段，北起大廠區(qū)張營村，南止八卦洲三道灣。橋址處南、北岸均構(gòu)筑了長江達(dá)標(biāo)防洪堤，堤間距離 1287m，高程約 9.5m（黃海），主河槽寬近 1000m，北高南低，河床標(biāo)高1.51～7.68m，深泓偏南，常水位時(shí)最大水深13.15m，北汊河道經(jīng)多年整治、建堤，河勢(shì)基本穩(wěn)定。北汊航道為揚(yáng)子石化等"五大家族"專用航道，通行3000t船舶。航道寬580～600m，中心位于 k14+750，橋軸線與北汊主流、航道正交，兩端接線順適均衡，總體配合良好。

2.水文

北汊大橋水文計(jì)算分析成果：

設(shè)計(jì)流量（300年一遇）22000m3／s

設(shè)計(jì)水位 9.20m

設(shè)計(jì)流速 1.59m／s

一般沖刷 4.36m

局部沖刷 主墩13.70m，過渡墩12．40m

最大沖刷深度 主墩 18.60m，過渡墩 16.76m

建議施工水位 7.0m（頻率1／15）

3.氣象

南京屬北亞熱帶向中亞熱帶過渡氣候區(qū)，四季分明，冬冷夏熱，溫差較大，春季風(fēng)和日麗，夏季炎熱，雨量充沛，秋季秋高氣爽，冬季天氣晴朗，寒冷干燥。

橋址處江面以上 28m高，百年一遇 10min平均最大風(fēng)速 34.4m／s。

4.地震、地質(zhì)

經(jīng)橋址地震危險(xiǎn)性分析，橋址使用期50年，超越概率10％，基巖地震水平加速度為0.0825g，場(chǎng)地為Ⅲ類場(chǎng)地土。

橋址主河槽及兩岸漫灘廣泛分布第四系覆蓋層，其厚度在河槽中約28～38m，巖性以粉細(xì)砂為主，零星分布淤泥質(zhì)亞粘土、亞沙土和薄層亞粘土；兩岸漫攤分布連續(xù)性較差，厚度5m左右，以亞粘土為主，其次為淤泥質(zhì)亞粘土、亞砂土和細(xì)砂。其下分布約lm厚的含卵礫石及礫砂直接覆蓋于下伏基巖之上。橋址區(qū)下伏基巖屬白堊系上統(tǒng)浦口組綜紅色泥巖、鈣質(zhì)泥巖及粉砂巖，巖石層理發(fā)育，相變及尖滅頻繁，由于組成巖石的礦物成分和膠結(jié)程序不同。巖體物理力學(xué)性質(zhì)差異較大。

二、主要技求指標(biāo)

按六車道高速公路特大橋設(shè)計(jì)：

設(shè)計(jì)行車速度 100km／h

橋梁寬度 32m

設(shè)計(jì)荷載 汽車-超20級(jí)，掛車-120

設(shè)計(jì)風(fēng)速 30.4m／s

地震基本烈度 Ⅶ度

船舶撞擊荷載 順?biāo)�流方�?/span>20000kN，橫水流方向10000kN

通航凈空 凈寬≥125m，凈高18m

設(shè)計(jì)最高通航水位 8.10m

設(shè)計(jì)最低通航水位 -0．4lm（通航保證率99％）

設(shè)計(jì)洪水頻率 1/300

橋梁最大縱坡 不大于3％

三、橋梁總體設(shè)計(jì)

1.總體設(shè)計(jì)原則

綜合考慮橋址地形、地物、水文、地質(zhì)、通航，以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)、美學(xué)和結(jié)構(gòu)受力要求，盡量做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、造型美觀、施工方便可行，使用安全耐久，以期達(dá)到總體安全、適用、經(jīng)濟(jì)合理之目的。具體操作中，對(duì)于主橋側(cè)重于先進(jìn)性、引橋則側(cè)重于經(jīng)濟(jì)往來進(jìn)行橋型方案選擇及橋孔布設(shè)。

2．橋型方案及總體布置

橋跨總體布置中，重點(diǎn)考慮下述因素：

•兩岸均已建成長江南京河段達(dá)標(biāo)大堤，為堤防安全，應(yīng)避開大堤設(shè)墩，并留以足夠的安全距離，確保施工及運(yùn)營期大堤安全。

•考慮北汊航道航跡及其中心位置，盡可能使主橋中心與航道中心一致，并使主橋通航橋孔覆蓋航跡范圍，主橋不少于兩個(gè)通航孔，從利于通航和美學(xué)考慮，布置了三孔通航孔。

•盡量減少深水基礎(chǔ)，以縮短工期、節(jié)省投資。

•主橋邊中跨比大小，既考慮結(jié)構(gòu)合理受力，也考慮方便施工�？紤]到一座大跨經(jīng)PC連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)在邊路近邊支點(diǎn)梁段裂縫的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，本橋主橋設(shè)計(jì)中，適當(dāng)減小了邊孔跨徑，降低邊、中跨徑比，以期盡量減小邊跨主拉應(yīng)力，避免裂縫產(chǎn)生，并有利于施工。

•橋址下伏基巖埋深不大，巖面平整。

•漫灘中引橋適當(dāng)采用稍大的跨徑，這一跨徑應(yīng)能跨越兩岸江堤，堤內(nèi)引橋則以經(jīng)濟(jì)跨徑布設(shè)。

•按照軟土路基允許最大填土高度要求，橋頭路堤填土高控制在5m以內(nèi)。

綜合考慮上述諸因素，在初步設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)階段，主橋擬定了90+3*165+90m和105＋3*180＋105m兩種跨徑組合的預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁和連續(xù)剛構(gòu)方案進(jìn)行了同深度的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。結(jié)果認(rèn)為，主孔165m的布孔方案已基本覆蓋了航跡范圍，滿足通航及防洪要求，且大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)整體性能良好，剛度大，變形小，行車舒適，斷面抗扭剛度大，抗震性能好，主墩剛度相對(duì)較大，抵抗航舶撞擊能力較強(qiáng)，全橋型線簡(jiǎn)潔大方，施工難度不大，養(yǎng)護(hù)維修方便，造價(jià)適度，經(jīng)專家審查和交通部批準(zhǔn)，同意北汊主橋采用主跨165m的五跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁方案。

最終北汊大橋橋跨總體布設(shè)方案為：

主橋 9（）＋3 X 165m＋90in＝675m等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋

北引橋 35m＋16*30m＋5*50m＝733．5m等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋

南引橋 5*50m＋17*30m＋3.5m＝763．5m等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋

全橋長 2172m。

主橋橋面標(biāo)高，按兩次邊孔在最高通航水位以上留有通航凈高18m考慮，橋面以主橋中心對(duì)稱設(shè)置2．957％的雙向縱坡，并沒半徑16000m的凸型豎曲線，為改善大橋景觀，展示大橋結(jié)構(gòu)造型美感，在大橋南、北引橋分別設(shè)置了半徑為8000m和4136m的平曲線。

3.主橋

（l）主梁截面形式及其構(gòu)造

大跨度PC連續(xù)梁橋上部構(gòu)造結(jié)構(gòu)自量占設(shè)計(jì)荷載的比重，隨著跨度的增加而增大，在保證結(jié)構(gòu)剛度的前提下，盡可能地減輕上部結(jié)構(gòu)自重、并獲得較大的截面有效承載力，是其斷面設(shè)計(jì)首先考慮的問題。為此，橋梁結(jié)構(gòu)橫斷面布置，將六車道橋梁布置成上、下行分離的大懸臂三向預(yù)應(yīng)力單箱單室斷面，用頂板的橫向預(yù)應(yīng)力和腹板內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力筋來解決頂板受力及主梁腹板抗剪問題，采用大噸位預(yù)應(yīng)力體系及其合理布設(shè)．避免因布束增加頂、底板面積和齒板構(gòu)造。這樣的三向預(yù)應(yīng)力單箱單室斷面，具有抗扭剛度大，截面效率高、動(dòng)力性能良好等優(yōu)點(diǎn)，并能有效地減輕上部構(gòu)造自重和減小下部結(jié)構(gòu)構(gòu)造尺寸，節(jié)省材料。

主橋箱梁架高由跟部的 8.8m，梁底按二次拋物線變化至跨中的 3.0m，分別為跨徑的1／18.75和1／55，單幅箱梁頂寬15.42m，設(shè)置向外的2％橫坡，頂板兩側(cè)翼板懸臂長3.96m，頂板厚0.28m，底板寬7.5m，厚1.1～0.3m，因板厚0.9～0.4m。箱梁在墩頂0號(hào)塊設(shè)厚度為 0.8m的兩道橫隔板，其位置與主墩側(cè)壁對(duì)應(yīng)，以便懸臂澆筑時(shí)，設(shè)置墩梁臨時(shí)固結(jié)構(gòu)造，在邊路端部箱梁設(shè)2.0m厚橫隔板。PC箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工，梁段劃分為8m（0號(hào)塊）＋5*2．5m＋5*3.0m＋5*3.5m＋8*4.0m，中跨、次邊跨合龍段長3.0m，邊跨合龍段長2．0m，邊跨支架現(xiàn)澆段長6．72m，梁段最大重量156t。

（2）預(yù)壓力體系

箱梁按三向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，縱向預(yù)應(yīng)力采用 27φj15.24，25φj15．24， 19φj15.24和 12φj15.24的 ASTM A416－92270級(jí)鋼絞線，OVM錨。僅在箱梁跟部幾個(gè)梁段布設(shè)腹板下彎束，余全為頂板束及底板束。頂、底板來均采用平灣、豎彎結(jié)合的空間束，集中錨固于腹板頂部承托中盡量靠近腹板的齒板上，以減小局部應(yīng)力和利于錨固集中力迅速傳至全斷面。箱梁頂板橫向預(yù)應(yīng)力采用 4φj15.24鋼絞線，BM-4型扁錨，以75的間距布置，單端交替張拉錨固。箱梁腹板內(nèi)以50m的間距單肢和雙肢設(shè)置了φL32精軋螺紋粗鋼筋的豎向預(yù)壓力筋、YGM錨。

根據(jù)工程總體工期安排，要求主、引橋同步施工，為使主橋縱向預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)不受引橋施工干擾，主橋邊孔正彎矩束采用梁端固定錨、梁內(nèi)張拉錨固的方式設(shè)置。

（3）主橋下部構(gòu)造

采用鋼筋混凝土空心薄壁墩，高樁承臺(tái)，群樁基礎(chǔ)。墩身為5m*7.5m矩形薄壁截面，壁厚 1.2m，為抵抗航舶撞擊的局部應(yīng)力，采用 50號(hào)混凝土，并適當(dāng)加大墩身鋼筋保護(hù)層厚度，在其中設(shè)置了鋼筋網(wǎng)。主墩承臺(tái)厚 3.5m，頂面標(biāo)高-0.5m，9φ2.5m鉆孔灌注嵌巖樁基礎(chǔ)。

（4）關(guān)于應(yīng)力控制

對(duì)大跨度PC梁式橋，考慮其施工誤差，混凝土性能的不均勻性以及計(jì)算理論與這類三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)工作性狀的差異等，并結(jié)合國內(nèi)已建同類橋架運(yùn)營實(shí)際工作狀況及出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)中對(duì)主橋上都構(gòu)造各項(xiàng)應(yīng)力指標(biāo)進(jìn)行了控制，使之留有一定富余和安全儲(chǔ)備，以增加結(jié)構(gòu)安全度和耐久性。計(jì)算結(jié)果，主橋PC箱梁施工階段最大正應(yīng)力為 17.4MPa，最小正應(yīng)力為-0.46MPa，最大主拉應(yīng)力為-0.8MPa；運(yùn)營階段最大正應(yīng)力為 16．7MPa，最小正應(yīng)力 2.4MPa，最大主抗應(yīng)力為-0.8MPaMPa。并要求對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力采取復(fù)拉工藝，計(jì)算中并僅計(jì)其豎向預(yù)應(yīng)力的部分作用，將其余部分豎向預(yù)應(yīng)力作為安全儲(chǔ)備考慮。

4.引橋

兩岸引橋均采用逐孔澆筑的等截面PC連續(xù)箱梁，跨兩岸大堤及堤外（河中）橋孔按50m布孔，堤內(nèi)按30m布孔，鉆孔灌基礎(chǔ)。