姜洪昌
(青岛西海岸发展(集团)有限公司,山东青岛 266500)
青岛西海岸经济新区中央商务区位于黄岛开发区与原胶南市的交界,北靠珠山国家森林公园,南面黄海,属胶南黄岛连接的咽喉要冲。青岛西海岸中央商务区是西海岸经济新区“一核、两港、五区、一带”的核心部分,是规划中未来西海岸经济新区的文化中心、公共活动中心、科研创新中心、旅游服务中心。目前已引进万达东方影都等重要项目,预计2015年将举办第一届青岛国际电影节,年人流量将达2 000万人次。
该工程是名人岛区域内部与外界的主要连接,北起滨海大道,南至名人岛,全长约0.63 km。项目具体内容为有工程范围内的海堤及填海工程、连岛桥、电力管沟、压力污水管(过海段)、通信排管等,为综合性工程。
连岛路为城市主干路,全长0.63 km,设计车速40 km/h。以2015年为基年,预测2 0 3 5年的道路交通运行情况如表1所列。
表1 高峰小时道路交通量、饱和度预测表
根据道路交通量预测结果,连岛路按照双向6车道的规模进行建设。同时,考虑到行人及非机动车通行需求,机动车道两侧设置机非混合道。
根据海域论证,桥梁全长290 m,桥宽36 m(含装饰拱范围)。
根据管线规划,该工程内有4回110 kV电缆,采用管沟敷设过海,管沟长约320 m。
海堤及填海工程项目占用海域面积3.23 hm2(其中非透水构筑物一占用海域面积1.71 hm2、非透水构筑物二占用海域面积0.40 hm2、桥梁工程占用海域面积1.12 hm2),形成陆域面积约2.25 hm2。
2.2.1 道路工程
(1)道路等级:主干路;
(2)设计车速:40 km/h;
(3)路面计算荷载:BZZ-100型标准车轴载。
2.2.2 桥梁工程
(1)桥梁汽车荷载等级:城-A级;
(2)人群、非机动荷载:按《城市桥梁设计规范》(CJJ 11—2011)10.0.5、10.0.6条取用;
(3)设计基准期:100 a;
(4)设计使用年限:100 a;
(5)设计安全等级一级,结构重要性系数1.1;
(6)耐久性设计环境类别:Ⅲ类。
2.2.3 管沟工程
(1)结构使用年限为100 a,安全等级为二级,地基基础设计等级为甲级;
(2)裂缝控制等级为三级,使用期最大裂缝宽度0.2 mm,施工期最大裂缝宽度0.3 mm;
(3)环境作用等级V-C级,防水等级二级。
2.2.4 海堤工程
根据《防洪标准》(GB 50201—94)、《海堤工程设计规范》(SL435-2008)中的规定,该工程海堤堤防的工程等别为Ⅰ等,级别为1级,工程的防洪标准为100 a一遇。
3.1.1 桥型方案选择
根据海域论证要求,连岛工程桥梁全长为290 m。可选择的桥型一类为桥面以上没有突出结构的梁式桥,整体结构简单,受力明确,景观效果通过外装饰可以营造各种浪漫效果,方案可行性高;另一类为悬索桥、斜拉桥、拱桥等桥面以上有突出结构的方案,但由于桥面以上为受力结构,景观效果的营造有较大的局限性。
在工程可行性研究阶段,经过多种桥型综合比选。从满足景观要求分析,连续梁结构本身整体造型简约,通过装饰效果可以营造梦幻珊瑚的浪漫效果;从造价分析,连续梁+装饰方案较为经济;从施工周期分析,连续梁方案施工方法成熟,施工周期短,钢结构连续梁还可以实现工厂预制,现场拼装,工程质量好[1]。综合桥位处的规划、地形、地貌、地质、水文等基本条件,同时充分考虑设计方案的功能适用性、技术可行性、经济合理性、大桥的景观性与环境的整体协调性、工程实施的可行性,认为连续梁桥+装饰拱作为该桥的方案较好,符合适用、安全、耐久、经济和美观要求,也易与周围环境相协调,所以该工程推荐为连续梁桥+上部景观装饰方案。
3.1.2 景观设计
青岛以秀美的海滨环境、宜人的气候闻名于世,因此,创造唯美的海域环境是该项目设计的核心。由于具有特殊的视觉优势,桥梁工程对海域景观环境的营造至关重要。该桥梁整体造型设计以海洋中独具魅力的珊瑚造型为灵感来源,桥梁整体造型采用珊瑚拱形钢结构装饰,将寓意吉祥、智慧、平安、美丽的珊瑚精神植入景观桥梁的形象特质中。钢结构拱线形流畅,浑然一体,体现了先进的桥梁技术和现代美学的完美统一。
桥墩设计结合装饰拱弧形桥身,延续曲线造型,结合贝壳扇形元素,形成与桥身相协调的桥墩造型(见图1)。
图1 连岛桥效果图
3.1.3 结构设计
采用梁式结构,对预应力混凝土变截面连续箱梁与钢箱梁结构进行综合比选。两种材料的梁式桥可达到相近的结构造型,且混凝土桥造价较低,耐久性较好,但其梁高较大,总体造型较笨重,采用悬臂浇筑施工方案,施工周期较长,施工质量受现场条件影响大。钢连续梁方案施工周期短,对海域影响小,形态优美,景观效果好,与桥位所处名人岛规划更加协调。近年来,随着涂层性能、施工技术的进步,钢结构涂层的防腐效果也越来越优异和持久。通过精心设计、精心施工,钢结构同样可以满足耐久性要求。
综合该桥的景观效果、技术经济性、可实施性要求,主桥采用70 m双主跨,四跨一联的连续钢箱梁,跨径布置(40+70+70+40)m,靠滨海大道侧以(35+35)m连续钢箱梁引桥连接主桥。
根据结构受力需求及总体景观效果,桥梁主体结构采用等截面钢箱梁,中心梁高3.0 m,采用Q345qD钢材。上部景观装饰拱采用钢结构箱形断面,箱室宽度为1.2 m,不规则布置。下部结构采用混凝土桥墩+承台+钻孔灌注桩形式。图2为桥梁横断面。
图2 桥梁横断面(单位:m)
3.1.4 耐久性设计
该工程位于海滨区域,耐久性设计尤为重要。该桥钢箱梁采用梁内除湿+梁内外防腐涂装的耐久性方案,钢结构装饰采用封闭+梁内外防腐涂装的耐久性方案。为保证钢箱梁内除湿效果,所有钢箱梁板件设置的对外孔洞均需进行密封处理。涂层保护年限为长效型25 a。腐蚀环境类别:C5-M。
该工程混凝土桥墩、桥台、承台等位于浪溅区、水位变动区,混凝土外表面进行硅烷浸渍处理,同时提高混凝土保护层厚度,确保桥梁下部结构具有良好的抗腐蚀性能。
3.1.5 施工方法
下部结构完成钻孔灌注桩后,承台位置放置钢围堰,并浇筑封底混凝土,抽水后浇筑承台混凝土,施工桥墩、桥台。
主桥钢主梁纵向分3段预制,分别为75 m+70 m+75 m;每个纵向节段在横向分3段工厂预制。桥梁施工时,先分别吊装两侧边中支点75 m钢箱梁节段,吊装到位后临时锁定,箱梁横向焊接为整幅;在最低温度时,吊装中支点70 m钢箱梁节段,吊装完成后横向焊接为整幅;在最高温度时,同时焊接中支点两侧横向焊缝,完成纵向合拢。引桥吊装基本同主桥。待桥梁主体结构施工完成后,在桥面设临时支架,吊装桥面装饰结构。
3.2.1 管线种类
根据各专业设计方案,连岛路规划管线种类及容量如下:污水为DN600;燃气为DN300;电力为DN3000管沟;通信为1 2孔。
3.2.2 管线敷设方式
(1)随桥敷设管线
根据桥梁结构设计,上部结构为钢结构箱梁,采用单箱多室断面,虽然有敷设管线的空间,但管线施工、维护管理极为不便,因此该工程仅考虑将通信管线敷设于桥梁箱体内,其余管线海底敷设。
(2)不能随桥敷设管线设计方案
设于海底的管线可考虑直埋敷设及管沟敷设两种方式。
燃气管线易燃易爆,综合国内外工程实例,一般不将燃气管线纳入综合管沟,燃气管线直埋于海底。
污水管道不宜设于综合管沟内,采用直埋敷设。
根据电力规划,电力为4回110 kV电缆,是名人岛用电的重要来源,应保证在电缆故障时能够在短时间内修复,因此,过海段采用管沟敷设电缆,施工方式为顶管。
3.2.3 电力管沟设计与施工
电力管沟的设计与其施工方法密切相关。为尽量减小管沟长度,降低工程造价,管沟检修井结合道路和海堤工程布置于现状海域中,统一协调实施。管沟总长度约320 m,南北两侧各设一检修井,工作井内径尺寸10 m×7.2 m,深度20~22 m。
该工程管沟段结构均位于现状海床下方,可采用围堰明挖法、暗挖(矿山)法和顶管法进行施工,三种工法比选如表2所示。图3为顶管施工图片。
考虑到顶管法在工程风险控制、施工经验和施工难度上,对周边环境影响和工程投资方面均有着一定优势,因此该工程海中管沟段推荐采用顶管法进行施工。
管沟横断面(见图4)内净满足安装、维护要求及照明、通风、排水、消防等设施所需空间。该工程为单仓电力管沟,管沟内径DN3 000,满足电力及相关部门对于电缆敷设的要求。
表2 管沟施工工法比选[2]
图3 顶管施工照片
图4 管沟横断面(单位:cm)
3.3.1 海堤断面设计
海堤断面型式根据重要性、地质条件、水文条件和施工条件等可以选择斜坡式、直立式和混合式等型式。斜坡式地基适应性强,但断面尺寸大,占用海域较多,工程量大;直立式地基适应性差,但断面尺寸小,占用海域较少,工程量小。
直立式海堤造价约为2.3万元/m,复式斜坡海堤造价约为2.9万元/m。
通过综合比选,设计采用直立式海堤方案,通过粗料石镶面可提高海堤的景观性,与周围景观绿化相协调;同时该方案总体布置简单、协调、自然美观,用海面积较小,施工工艺较为成熟,施工方便,工期较短,可以满足工程施工要求。图5为直立式挡墙横断面图。
图5 直立式挡墙横断面图
3.3.2 海提工程施工
该工程建设地点紧临青岛滨海大道,距离原胶南市区约10 km,距日照市约110 km,青岛流亭国际机场约55 km,青岛市区约40 km。交通便利,水、电、通信依托条件较好,且附近砂、石料资源丰富,人口密集,劳动力充足,均成为该工程的有利条件。附近砂、石料资源丰富,交通便利,来料方便,劳动力充足,除部分开山石渣回填及预制栅栏板需要采用运输吊装,其余护岸堤心及回填均可陆上推进,施工难度较小。
工程内容包括桥梁工程、排水工程、照明工程、管沟工程、临时工程以及附属工程等。其中桥梁工程造价约12 254.01万元,管沟工程造价约2 765.41万元,海堤工程造价约2 040.16万元。工程建安费约18 578.99万元,工程前期费用约3 515.59万元,工程总造价约22 094.58万元。
青岛西海岸名人岛连岛路工程是含多个分项工程的综合性工程,包含桥梁工程、海堤工程、综合管线和电力管沟工程,对项目设计、施工及管理都提出了较高的要求。通过综合分析,该工程主要有以下两个特点。
(1)造型优美,景观突出。
充分考虑青岛作为海滨城市的特点,以梦幻珊瑚为设计理念,达到了一桥一景的效果。
(2)工艺先进,节能环保。
桥梁主体结构采用节段拼装施工,管沟工程采用顶管法施工,工程质量可靠,施工工艺先进,施工风险小,造价较低,对海域基本无影响。
本文对项目内各个工程的设计方案及施工方法进行了详细介绍,为国内外类似工程的设计与施工提供了有益的经验。
[1]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,1996.
[2]卞荣,刘燕平,冯云,等.宁波长距离电力隧道施工工法比选[J].地下工程与隧道,2014(4):53-56.