东宝河新安大桥总体设计

廖莲姣

（深圳市综合交通设计研究院，广东深圳 518003）

1 工程概况

深圳市的西部沙井街道与东莞南部的长安镇毗邻，隔东宝河相望。拟建的东宝河新安大桥跨越深莞市界的东宝河，直接联系深圳市沙井街道和东莞市长安镇。

总体工程全长约1.45 km，其中桥梁（主桥通航主跨156 m）总长约1.08 km，约占路线总长的74.5%。路线分为上、下行两幅，每幅主桥路基宽度16.25 m，引桥12.75 m，两侧设7.0 m宽辅道，红线宽度在66 m～75 m之间。该项目采用城市主干路技术标准，主线设计车速60 km/h，双向6车道，辅道设计车速30 km/h。

2 主要技术标准

（1）道路及桥梁等级：城市主干路-I级;

（2）车道数：主线6车道（双向）;

（3）道路红线宽度：66～75 m;

（4）桥梁宽度:主桥2×16.25 m，引桥 2×12.75 m;

（5）计算行车速度:主线60 km/h，辅道30 km/h;

（6）最大纵坡:3.61%；

（7）桥涵设计荷载等级:城-A级；人行荷载标准值3.0 kN/m2;

（8）地震动峰值加速度：抗震设防烈度为7度，地震动峰值加速度0.1 g;

（9）基本风压：W0=0.9 kN/m2(1/100)；

（10）设计安全等级：一级；

（11）设计基准期：100 a；

（12）环境类别：Ⅱ类（滨海）；

（13）设计洪水频率：1/300，洪水位（黄海高程）4.07 m；

（14）IV级正交通航（单孔）净空：净高不小于8.0 m，净宽不小于90 m；

（15）最高通航水位：（黄海高程）3.34 m；

（16）道路建筑限界净高：不小于5.0 m。

3 桥位处的建设条件

3.1 地理位置及河势条件

拟建东宝河新安大桥桥址上游约200 m为沙井河入茅洲河干流河口，桥位两岸建有堤防。桥位处河道主河槽宽约100 m，边界条件控制较强。河床平均高程在-0.3 m左右；两侧滩地较宽，河道左侧滩地宽20～40 m，河道右侧滩地宽20～36 m。

3.2 气象

该工程所经过地区位于北回归线以南，属亚热带海洋性气候，全年气温高，湿度大，雨量充沛，1月分份气温最低，7月份最热。4～9月份雨量集中，降雨量占全年的83%。

桥址处基本风压900 Pa.

3.3 水文

茅洲河流域径流主要依靠降雨补给,枯水期依靠地下水和基岩裂隙水补给。全年径流主要集中在4～9月。根据资料分析计算，茅洲河流域多年平均径流量为34713万 m3，丰水年径流量为43817万m3，枯水年径流量为21990万m3。

根据计算桥址处的最高通航水位为 2.754 m（珠基起算），最低通航水位为 -1.58 m（珠基起算）。

根据《通航净空尺度和技术要求论证研究报告》，大桥轴线的法线方向与水流方向的夹角约为31.5°，大桥轴线方向与河道的夹角约为42.5°。

3.4 地质、场地稳定性及适宜性评价

道路沿线内基岩为下古生界混合岩，根据《深圳市区域构造地质图》（1∶5万）和钻探结果，场地范围内无大规模断裂构造带分布。但在钻孔QL11揭露有糜棱岩，主要表现为岩芯破碎、岩芯擦痕明显、局部黄铁矿化发育。该断层在全新世以来未见活动性。

地质勘察孔所涉及的深度范围内局部见构造破碎带，场地较稳定，适宜建筑。

该场地土的类型为软弱土，建筑场地类别为Ⅱ类，地面脉动卓越周期为0.202 s。该场地抗震设防烈度为7度，为对建筑抗震有利地段。

3.5 通航

《东宝河新安大桥新建工程通航安全评估报告书》评估主要结论如下：

（1）东宝河新安大桥工程选址合理，符合深圳市的整体规划。

（2）东宝河新安大桥工程附近水域的通航环境比较复杂，距上游三岔河口100 m左右，且桥梁轴线与河道主流约45°夹角，因此需加大通航净宽，该工程将桥墩建于沿岸沙滩之上，满足船舶安全航行的要求。

（3）东宝河新安大桥工程主要通航要素的设计（水域水深、净空高度、净空宽度，航迹带宽等）均满足我国《内河通航标准》（GB50139-2004）安全通航的要求。

3.6 500kV高压走廊带

电力高压走廊与该项目线位、净空的冲突问题，2010年6月电力部门已对现状高压电线路提高标准进行改造，并予完成。

3.7 桥位与周围环境的协调

综合考虑了上述各种自然和社会条件，桥位与东宝河两岸的现状城市主干道对接，桥位的选择具有唯一性。

4 总体设计

4.1 平、纵线形设计

道路起于深圳沙井的新和路/松福路(在建)路口，沿现状新和路往西北走向，止于现状的建安路/兴一路路口，全长约1.45 km。起点处：与松福路口设计的新和路中线采用R=1500 m半径圆曲线连接；与建安路对接处：采用反向曲线连接，其中A线圆曲线半径为1600 m，B线、C线圆曲线半径分别为1605.875 m、1994.125 m。终点处：顺接现状线形，圆曲线半径为400 m。

路线纵断面设计：道路沿线地势平坦，两侧用地基本已开发。道路纵断面设计的主要控制因素有：现状道路高程、沿线现状相交道路净空要求、东宝河IV级通航净空要求、500 kV超高压走廊安全净空要求等。道路主线最大纵坡为3.61%，最小纵坡为0.3%，最小凹曲线半径为1500 m，最小凸曲线半径为4677.66 m，最小坡长为170 m。

4.2 总体工程概况

东宝河新安大桥新建工程桥梁集中分布在跨东宝河段，结合道路的选线特点，同时考虑沿线地形、地貌及周围环境条件，桥梁设计主要分三大部分：第一部分为东宝河新安大桥主桥段，主要满足上跨东宝河通航及规划与现状道路的通行；第二部分为东宝河新安大桥东西引桥段，主要满足上跨规划与现状道路的通行，起到连接主桥与两边引道的作用；第三部分为上下桥梯道，满足人群通行要求。全线桥梁总长度为1082.12 m，总面积为31345.08 m2。

4.3 主桥总体布置及设计

主桥桥跨布置、桥墩布设和控制高程是工程总体设计的关键，以通航等级、航道规划、结构特点、河势条件及地质条件为主要控制因素，同时该工程受高压走廊带的影响也为主控因素。

该项目桥梁按照两市交界处城市桥梁设计，线位海拔标高较低，自然地形起伏不大，桥头引道接线设计高程应与现状地面顺接。现状路面高程、规划高程与河底地面高差约为6～7 m,为满足桥下通航净高要求，深圳岸主桥桥梁纵坡较大，桥位上空500 kV高压线压顶，不适宜采用系杆拱桥和斜拉桥方案。

（1）船舶等级、通航规划及通航净空：见前面的主要技术标准和桥位处建设条件。

（2）桥墩位置及桥孔布置。

主桥处桥梁轴线的法线方向与水流流向夹角约35°，距东宝河、茅洲河上游三岔河口100 m左右，通航环境比较复杂。

又因主桥桥址处的地形条件和水文条件，如果在河中设墩，不仅基础造价高，施工困难，而且对航道干扰大，影响船只航行安全，也给桥梁本身安全留下隐患，航道管理部门也对该桥位提出河中不设墩而采用一孔跨越河道的要求。

因此，桥型只能选取一孔跨越河道，为满足《内河通航标准》（GB50139-2004）单孔正交净跨径不小于90 m，该桥纵轴线与最高通航水位时主流方向斜交，如墩台轴线采用与桥梁纵轴线正交，与水流主流方向斜交角度约35°，宜增加通航孔净宽至90/cos35°(m)。考虑桥址处于两河道的交汇处，主流水流方向的不确定性，并考虑结合河道规划，减少水下基础，桥跨尽可能跨越现状主河道，将主墩立于现状河滩上，主跨采用156m跨满足要求，经省水利厅和省航道局的初步认定，此跨径可满足防洪和通航要求，并进行了批复。主桥边孔由跨径组合经济合理性和美观因素决定，同时考虑东莞侧沿河路的布置要求和工程造价的控制，最后确定主桥跨径为88 m+156 m+88 m。

4.4 主桥设计

主桥采用88 m+156 m+88（m）悬臂浇注变梁高波形钢腹板连续箱梁或变梁高预应力混凝土连续箱梁结构（见图1）。

4.4.1 上部结构

箱梁沿纵向为变高度梁，梁型为单箱单室，中支点梁高为780 cm，边支点梁高及中跨中梁高为350 cm。主桥单幅标准箱梁（见图2）顶面宽16.25 m，箱底宽度8.7 m，两侧悬臂长度为3.775 m，箱梁横向采用变厚设置，顶板倾斜形成桥面单向横坡。跨中断面顶、底板分别厚30 cm、30 cm；在支点处顶、底板分别加厚至60 cm、160 cm，腹板为波形钢板。连续梁中部支点设3 m中横梁，端部设1.8 m端横梁，梁体美观，线型流畅。

4.4.2 下部结构

中墩采用混凝土空心圆柱墩，墩柱外径6 m。墩柱下接3.5 m厚承台，桥墩基础为6根直径250 cm钻孔灌注桩。边墩采用3根圆柱接盖梁式墩，桥墩墩柱截面直径为2 m，顶部接钢筋混凝土盖梁结构，盖梁高200 cm，墩柱下接3 m厚承台，桥墩基础为6根直径150 cm钻孔灌注桩。

4.4.3 波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的设计

4.4.3.1 关于波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥

波形钢腹板预应力混凝土箱形梁桥，就是用波形钢板置换预应力混凝土箱形梁的混凝土腹板作成的箱形梁桥，其显著特点就是用10mm左右厚的钢板取代厚40～90mm厚的混凝土腹板，鉴于顶、底板预应力束设置空间有限和斜弯束的需要，导致体外索的应用，则是波形钢腹板预应力混凝土箱形梁的第二个特点。图3为波形钢腹板预应力混凝土箱梁示意图。

4.4.3.2 波形钢腹板预应力混凝土箱形梁桥的力学特性

由于褶皱效应，波形钢腹板纵向抗压刚度很小，在计算时忽略波形钢腹板的纵向刚度，在竖向荷载作用下仅由顶、底板构成抵抗矩，竖向弯曲时平面假定依然成立。图4为横断面及断面应力分布图。

波形钢腹板承担竖弯时的全部剪力，且剪应力沿高度均匀分布。在剪切力作用下，波形钢腹板存在剪切屈曲和剪切屈服两种受力形式，其中剪切屈曲为波形钢板设计检算重点。

波形钢腹板与顶底板连接是波形钢板－混凝土组合箱梁桥构造要点，主要用于传递纵向剪力、横向角隅弯矩，波形钢板间的纵向连接不承受轴向力。图5为波形钢腹板屈曲破坏模式。

4.4.3.3 波形钢腹板预应力混凝土箱形梁的设计与计算

如前述，波形钢腹板预应力混凝土箱形梁的力学特性与通常的预应力混凝土箱梁类似，其设计计算亦大体相同，唯应特别关注其波形钢腹板的剪切屈服、剪切屈曲及波形钢板与混凝土顶、底板的连接设计计算。

4.5 引桥设计

该工程引桥主要采用先简支后结构连续预应力混凝土小箱梁结构型式，根据相关的地质资料，以及城市的设计经验，标准跨径采用30 m为模数布置，无论从景观上还是经济上均较适合城市，其优点如下：

（1）通过以往工程造价的分析比较，结果表明，30 m跨径连续梁结构单位造价较为便宜；

（2）城市中布置30 m跨径连续梁结构不仅在外形上较美观、和谐，立柱间距不显狭小，而且跨径布置灵活，在城市中较适用，可基本满足大多数情况下的布墩要求。

图1 主桥立面总体布置图（单位：cm）

图2 主桥标准断面图（单位：cm）

图3 波形钢腹板预应力混凝土箱梁示意图

图4 应力分布图

图5 波形钢腹板屈曲破坏模式

引桥布跨如下：

东引桥左幅桥（A线）：预应力混凝土简支转结构连续小箱梁；中心桩号AK0+352.44；跨径组合：4×30 m+3×30 m+3×28.04 m。

东引桥右幅桥（A线）：预应力混凝土简支转结构连续小箱梁；中心桩号AK0+361.38；跨径组合：4×30 m+3×30 m+3×34 m。

西引桥左幅桥（B线）：预应力混凝土连续箱梁及预应力混凝土简支/简支转结构连续小箱梁；中心桩号BK1+058.07；跨径组合：3×30 m+2×30 m+(37+45+37)m+3×30 m+3×30 m。

西引桥右幅桥（C线）：预应力混凝土连续箱梁及预应力混凝土简支/简支转结构连续小箱梁；中心桩号CK1+067.44；跨径组合：3×30 m+2×30 m+(30+45+27)m+3×30 m+3×30 m。

图6为引桥标准横断面图。

图6 引桥标准横断面图（单位：cm）

5 结语

东宝河新安大桥新建工程连接深圳与东莞两地，为跨市界的城市桥梁工程，影响因素较多，协调工作量较大，为推进项目进度，协调工程进度做了大量工作。该工程计划2013年开工，2015年建成通车。