广州双塔路赤岗涌桥方案设计

陈红儒

1 概况

赤岗涌桥是双塔路(赤岗北路—新光快速路)工程中的控制工程。赤岗涌桥全长2.2 km,位于赤岗塔北侧,北面连接珠江前航道,南面与黄埔涌相接,沿珠江帝景曲折而下。河涌断面在上游狭窄,下游宽阔,经过近年来水利部门的综合整治,堤岸相对规则,结构形式采用复式断面,断面顶宽26 m左右,底宽14 m左右,其通过挡水建筑物调节来保持河涌的水位。堤脚采取抛石护脚,正常水位以下采取无砂混凝土护坡,并在其孔洞内种植菖蒲、风车草;正常水位以上采用马尼拉草护坡。

2 主要技术标准

2.1 设计标准

1)设计车速。设计车速40 km/h。2)荷载等级。桥梁设计活载:机动车道:公路—Ⅰ级;非机动车道:公路—Ⅱ级。人群荷载:按4.0 kN/m2取用。3)桥梁安全等级。二级,γ0=1.0。4)桥梁标准宽度。桥梁标准宽度(双向六车道):0.8 m(花池、栏杆)+5.1 m(人行道、非机动车道)+0.35 m(机非分隔带)+11.75 m(机动车道)+0.5 m(防撞栏杆)+3.0 m(中央分隔带)+0.5 m(防撞栏杆)+11.75 m(机动车道)+0.35 m(机非分隔带)+5.1 m(人行道、非机动车道)+0.8 m(栏杆、花池)=40.0 m。5)桥面纵坡与横坡。桥面纵坡、平曲线、竖曲线按道路线型要求设置。桥面横坡设单向横坡(分幅式),均为2%。6)结构抗震标准。本工程地区抗震设防烈度为7度,地震动峰值加速度0.1g,建筑场地类别为Ⅱ类,地震动反应谱特征周期值为0.35 s。重要性修正系数1.3。7)防撞栏杆的防撞等级。桥梁中央分隔带侧设防撞墙,防撞取用SB级。

2.2 航道等级

赤岗涌无通航要求。

2.3 桥梁净空

设计时考虑广州市珠海区农业水利局关于梁底标高必须大于3.0 m(珠基高程,换算到广州城建高程为8.0 m)以及桥墩必须在河涌水系规划红线图赤岗涌蓝线外的要求(详见《广州市珠海区农业水利局〈关于双塔路工程赤岗涌有关资料的复函〉海农水函[2008]115号》)。本次设计所列方案均满足水利部门要求。

本桥的控制因素为:桥下梁底标高由水务部门根据广州水务建设规划,已经限定不小于8.0 m(广州城建高程系统),桥上桥面高程也由于线路纵坡不能大于3%的限定(桥上需要设置公交停靠站、前方有掉头车道等因素),不能抬高纵断面。本工程线路长度短,不到327.8 m,桥梁刚好在本道路中间,起点和终点均接既有道路,起终点高程已定,如何满足各个控制条件,设计一个美观,工期快的桥梁是本工程的重点。

3 桥梁结构设计

3.1 桥梁结构设计原则

1)结构设计遵循适用、安全、经济、美观、施工快捷的建设方针。2)充分采用新技术、新工艺、新材料,使适用性和经济性结合最佳,结构的设计做到技术合理、先进,施工便利,经济指标低。3)选用的结构必须具有规定的强度、刚度、稳定性和耐久性,处理好桥面伸缩缝及桥面、地道排水系统,满足行车的平顺、舒适、快速、安全的要求。4)桥梁建筑的重点放在桥梁孔跨及式样的选择上。本线工程与赤岗涌斜交,夹角为33°,而桥位跨越河涌处规划河道弯曲,且规划河道蓝线不圆顺,河道宽窄不一,为满足河涌规划,桥梁按常规桥梁孔跨设置难度较大,所以桥梁设计既要满足河涌规划,又要美观、经济、可行成为此次设计的重点。5)桥梁结构在选择结构类型时,根据功能、使用要求,城市规划、沿线地貌、地质条件和周围环境等因素进行优化比选,取用最经济合理的桥梁形式和基础形式。

3.2 桥梁方案比较

方案一:主跨采用(30+40+30)m连续钢梁方案。

机动车道和非机动车道均采用(30+40+30)m连续钢梁,连续钢梁横向采用多片组合式小钢箱梁拼接,机动车道采用4片小钢梁拼接,非机动车道采用2片小钢梁拼接,每片梁宽约3 m,梁高为2.0 m。桥墩采用柱接帽梁形式,墩柱采用直径1.5 m(非机动车道1.0 m),基础采用钻孔灌注桩,桩基直径1.8 m(非机动车道1.2 m);桥台采用桩柱式桥台,桩基直径采用1.2 m。台后接路基挡土墙。

优点:1)满足水利部门桥墩置于河道木桩外及梁底高程不低于8.0的要求。2)采用钢梁,在施工下部结构时就可以预制钢梁,待下部施工完成后就可以架梁,施工工期较短。3)钢梁吊装重量较轻,吊装设备要求低。4)下部为排架墩,多台钻机可同时作业,可进一步缩短工期。缺点:1)工程造价高。2)钢梁后期养护费用高。3)车辆行驶于钢梁产生的噪声较大。4)由于桥梁两侧需设公交站,且均在平交口范围,但该方案纵坡较大(2.7%),接近规范极限值3.0%。

方案二:采用主跨42 m钢梁。

采用(16+42+16)m 简支梁,机动车道斜交40.9°设置,非机动车道斜交45°设置;上部结构主跨采用42 m简支小钢箱梁,边跨采用16 m预制混凝土空心板梁。由于桥梁位于曲线上,为了满足板梁布置,机动车道和非机动车道的板梁需要按不同的斜交角度设置。下部采用桩柱式桥墩,桥台采用桩柱式桥台,台后接路基挡墙。钢箱梁采用与方案一中相同的钢梁形式,横向采用多片小钢梁拼接而成。只是采用了简支的结构形式,边跨采用了可标准跨径的16 m预应力空心板梁,梁高0.85 m。主跨采用了跨径L=42 m的简支钢梁,钢梁梁高2.2 m。桥墩采用柱接帽梁形式,墩柱采用直径1.5 m(非机动车道1.0 m),基础采用钻孔灌注桩,桩基直径1.8 m(非机动车道1.2 m);桥台采用桩柱式桥台,桩基直径采用1.2 m,台后接路基挡土墙。

优点:1)满足水利部门桥墩置于河道木桩外的要求。2)采用预制梁,在施工下部结构时就可以预制箱梁,待下部施工完成后就可以架梁,施工工期较短。3)钢梁吊装重量较轻,吊装设备要求低。4)相对方案一,造价较低。5)下部为排架墩,多台钻机可同时作业,可进一步缩短工期。缺点:1)主跨钢梁结构高度大(42 m简支钢梁为2.2 m),“纵坡小于3%”和“梁底高程不低于8.0”的两个要求不能同时满足。2)采用钢箱梁和混凝土空心板梁,且梁板片数不多,设计和施工均不便,要求施工工艺和设备较多。3)钢梁后期养护费用高。4)桥梁上部结构采用简支结构,行车舒适度较差。5)车辆行驶于钢梁产生的噪声较大。

方案三:斜桥正作方案。

为减小桥梁跨度,降低桥梁的结构高度,采用斜桥正作,桥梁孔跨布置为:1-10 m预应力混凝土简支空心板梁+1-22 m预应力混凝土空心板梁+1-10 m预应力混凝土简支空心板梁。但由于角度差的影响,造成桥梁宽度较路基宽度最宽处宽出38.7 m,景观效果很差。为减小桥梁宽出路基宽度,将墩台与河涌平行,而梁部则采用斜交45°,孔跨布置为1-10 m预应力混凝土简支空心板梁+1-30 m预应力混凝土简支小箱梁+1-10 m预应力混凝土简支空心板梁,梁宽度较路基宽度最宽处宽出17.5 m。

主桥1-30 m简支预应力空心板梁,采用20片箱梁,梁间距为3.4 m,梁结构高度 1.8 m,上设0.06 m的调平层、0.09 m沥青混凝土铺装,总高1.95 m(未计桥面横坡)。

桥梁宽度:只能整幅设置,且由于梁的斜交角度与河涌不一致,造成桥梁宽度与路基不一致,最宽处宽出路基斜长为 17.5 m,桥梁面积为3 094 m2(其中376 m2桥梁位于道路范围之外,未被利用)。

优点:1)梁的结构高度较低,施工工期较短。2)满足水利局对桥梁的设置要求。3)均为预制梁,对周围环境影响较小,施工质量容易保证。缺点:1)纵坡较大,不满足非机动车纵坡要求。2)由于376 m2桥梁面积未被利用,造成桥梁工程加大,工程投资增加。3)桥梁面积过大,对河涌的景观效果影响较大。

此三个方案桥墩均设置在赤岗涌规划蓝线以内,墩柱对河涌过水断面有一定的消弱,通过与水务部门沟通,达成以下共识:由于墩柱对河道过水断面的减弱,在河涌木桩范围外适当宽度内,挖去河岸斜坡成直坡,适当增加补偿压缩的过水断面。过水断面补偿示意图见图1。

经综合比较,由于钢箱梁受力明确,施工方便,施工周期短,钢箱梁可在工厂加工制作,施工质量容易控制,施工期间对周围环境影响小,吊装重量轻,对吊装设备要求较低。而简支结构受力简单明了,但是施工难度大,梁型较多,工艺繁琐,简支结构行车舒适性较差,行车时对周围产生噪声;上部结构高度大,不利于桥上纵坡的设计,建议采用钢箱梁方案。

[1]童毅涛,胡小华.探讨中小桥梁的架设[J].山西建筑,2008,34(22):303-304.