金沙洲大桥拓宽改造方案设计

2022-07-21 05:02高敏英
工程建设与设计 2022年12期
关键词:主桥腹板现浇

高敏英

(中都工程设计有限公司,广州 510095)

1 项目概述

金沙洲位于广州市白云区西部,位于由珠江和支流围成的一座相对独立的岛上,岛内西、北、南三面紧接南海地界,东与罗冲围隔珠江相望,是广州西部的重要出口。金沙洲因距离广州较近,岛上经过房地产开发后,金沙洲旧桥的通行能力已经不能满足岛上居民出行的需要。旧桥主桥为(93+138+93)m三跨预应力连续梁,引桥为20~30 m 空心板结构,双向4 车道。

2 扩宽工程主要技术标准

将现有金沙洲大桥改造成三车道,汽-20 级设计,挂车-100 验算;

拓宽新建桥梁:新修建一幅三车道桥梁,桥宽12.5 m,城-A 级;

新建桥梁宽度:0.5 m+11.5 m+0.5 m=12.5 m;

设计车行速度:40 km/h;

桥下道路净宽:h净>5.0 m;

桥下通航标准:设计通航水位+7.0 m,净宽80 m,净高8.7 m;

设计风载:按广州地区平均风压800 Pa 计;

地震荷载:抗震设防烈度7 度,设计基本地震加速度为0.10g。

3 扩宽工程设计的主要思路

本项目难点在东引桥区段的拆迁工作,整个线位被几栋8~9 层的居民楼所限制,根据拆迁量的不同,设计提出两个不同方案进行比较。

方案一:在旧桥的南侧增加一幅新桥,在东引道处接入旧桥。改造完成后过江通道变更为双向六车道,本方案考虑拆除东引道拐角控制点处南侧8 层居民楼,对东引桥进行加宽以满足双向六车道要求。

方案二:在旧桥北侧增加一幅新桥,在东引桥处接入旧桥。改造完成后过江车道变更为双向六车道,增槎路往金沙洲方向地面车辆通过C 匝道上桥。对东引桥局部位置进行加宽,保证其最窄处5 个车道设置,其中3 个车道为金沙洲往内环路、增槎路方向车道,2 个车道为内环路方向往金沙洲方向过江车道。该方案拆迁工作量少,基本不波及东引桥拐角控制点处8 层及9 层居民楼。

拓宽桥梁的桥跨布置遵循与现有的金沙洲大桥桥跨及结构形式一致的原则,在旧桥局部加宽改造路段,新增桥墩尽量与旧有桥墩对齐,这样既有利于地面道路的交通组织,也有利于珠江航道的安全。在视觉上,下部结构桥墩整齐划一,景观效果更好。

4 主桥桥型方案构思

金沙洲大桥原主桥结构采用(93+138+93)m 三跨预应力连续梁,加宽工程本着与原旧桥对齐的原则,本次主桥跨度与旧桥一致。在此基础上,主桥结构采用两个方案进行比选,推荐方案与原旧桥一致,采用(93+138+93)m 三跨预应力连续梁;比选方案采用(93+138+93)m 波形钢腹板预应力混凝土连续梁。两个方案从外形上看,新旧桥基本一致。

5 桥梁方案设计综述

5.1 方案一

5.1.1 桥式方案一总布置

新建拓宽桥梁位于现有金沙洲大桥南侧,线位基本与旧桥平行,与现有桥梁中心间距19.25 m,在跨过珠江后接入旧桥。东引桥根据桥宽需要进行局部加宽处理。

桥式方案一的桥梁总长798 m。由西至东孔跨组成为:(20+20.4+21)m(空心板)+(27.6+28+30)m(小箱梁)+(93+138+93)m(三跨预应力连续梁)+3×31 m(小箱梁)+(6×20+18)m(空心板)+(2×18+3×20)m(混凝土连续梁),共6 联,其中,前4 联为新建桥梁,桥梁结构及跨径与原旧桥相对应,后两联为与旧桥相接部分,第五联采用与原桥相同的结构形式(空心板结构),第六联为在旧桥基础上局部加宽,桥面宽度变化较大,采用现浇混凝土箱梁结构。新桥桥面标准宽度组成为:0.5 m(防撞栏杆)+0.5 m(左侧路缘带)+3×3.5 m(车行道)+0.5 m(右侧路缘带)+0.5 m(防撞栏杆)=12.5 m。

5.1.2 主桥(推荐方案)

主桥采用三跨预应力混凝土连续梁,跨径组成93 m +138 m+93 m,全长324 m,单幅布置,桥面宽12.5 m。采用挂篮悬臂浇筑施工。

上部结构主梁横断面采用单箱单室断面,箱梁顶板宽12.5 m,横桥向设1.5%单向坡,两则翼缘板悬臂长3.0 m。箱梁采用直腹板,腹板宽0.5~0.7 m,底宽6.5 m,顶板厚0.26 m,底板厚度由根部的1.3 m 变化至跨中0.26 m。顺桥向梁高采用二次抛物线变化,根部梁高7.0 m,为主跨跨度的1/19.7,跨中梁高3.0 m,为主跨跨度的1/46。墩顶0 号梁段长12.0 m,4 个“T构”的悬臂各分为17 对梁段,其梁段数及梁段长度从根部至跨中各为:4×3.0 m、6×3.5 m、5×4.0 m,累计悬臂总长62 m。跨中合龙段和边跨合龙段均为2.0 m,边跨现浇梁段长22.9 m。

主梁纵向预应力钢束设置了顶板束、底板束、腹板束和顶板合拢束,顶板束布置在各跨的负弯矩区内,底板束布置在正弯矩区。

竖向预应力钢筋采用φ32 mm 高强度精轧螺纹钢筋,竖向预应力钢筋布置在箱梁腹板内,根据受力需要和构造要求,0.5 m 梁段内,横桥向布置4 根或2 根。

主桥共有4 个主墩,边墩采用双柱框架墩,帽梁高1.5 m,桩柱为D200 cm 的钻孔灌注桩接D180 cm 柱,其下设系梁1道。主墩采用矩形截面板式墩,墩宽6.5 m,墩厚3.2 m,为改善桥墩附近的水流条件,在桥墩的四角倒半径R=1.5 m 的圆,以利于船舶的航行安全。主墩承台为9.2 m×9.2 m,厚3.5 m,基础采用D200 cm 的钻孔灌注桩,每幅桥每墩共4 根桩。

水中基础采用钢管桩搭设临时施工平台,施工钻孔桩基础,钻孔桩施工完毕后,利用套箱围堰施工承台,墩身采用翻模分节段施工,主梁0 号块利用墩旁托架现浇,其余节段利用施工挂篮悬浇施工,边跨现浇段采用支架现浇施工。

5.1.3 主桥(比选方案)

比选方案主桥采用三跨波形钢腹板预应力混凝土连续梁,跨径组成93 m+138 m+93 m,全长324 m,单幅布置,桥面宽12.5 m。采用挂篮悬臂浇注施工。

上部结构为波形钢腹板预应力混凝土箱形梁,除端横梁及根部墩上A0 号和A1 号块腹板分别为混凝土腹板及钢-混凝土组合腹板外,其余均为波形钢腹板,波形钢腹板钢材为Q345D,钢板厚14~24 mm。箱梁根部梁高7 m,为主跨跨度的1/19.7,按2 次抛物线过渡到跨中梁高3 m,为主跨跨度的1/46。主梁横断面采用单箱单室断面,箱梁顶板宽12.5 m,箱梁底板宽6.5 m,横桥向设1.5%单向坡,两则翼缘板悬臂长3 m,顶板厚26 cm,底板厚度由根部的120 cm 变化至跨中28 cm。顺桥向梁高采用二次抛物线变化。

波形钢腹板预应力混凝土箱形梁桥与通常的预应力混凝土箱形梁桥一样可以采用节段悬浇施工,全桥共67 个节段,每个墩顶有1 个墩顶托架现浇施工段及13 对对称悬浇浇施工段,全桥共3 对合龙段,每端各有1 个支架现浇的不平衡段。

波形钢腹板预应力混凝土箱梁纵向预应力钢束分两种:体内束和体外束。

下部结构与推荐方案一致。

5.1.4 引桥

上部结构(预制部分),20 m 预制空心板为后张法预应力砼结构。板宽1.39 m,梁高95 cm,板上设10 cm 的整体化层,标准桥宽12.5 m,由8 块板组成。

30 m 小箱梁为后张法预应力混凝土结构。30 m 跨小箱梁梁高1.6 m,梁顶宽2.03m,底板宽1.1m,两片梁间通过现浇桥面板形成整体,桥面宽度12.5 m,由4 片梁组成。小箱梁采用整片梁整体旋转实现横坡,先简支后桥面连续的结构体系。

下部结构均采用板式T 形墩,采用钢筋混凝土结构,30 m跨小箱梁墩身截面尺寸为2.0 m×1.4 m,基础为2 根D140 cm钻孔桩,20 m 跨空心板梁墩身截面尺寸为2.0 m×1.0 m,基础为2 根D120 cm 钻孔桩。

现浇混凝土箱梁为与旧桥相接部分,为了更好地与原旧桥结构相接,保持新旧桥整体性及行车舒适性,上部结构采用普通钢筋混凝土箱形梁,加宽桥面较窄处箱梁做成实体结构。箱梁梁高1.5 m,下部结构采用D100 cm 钻孔灌注桩接D80 cm 柱。

新旧桥连接具体做法为凿除旧桥侧50 cm 防撞墙,再根据新桥增加宽度范围现浇混凝土,下部结构采用柱式桥墩,局部位置为避让地面道路做成门架式框架墩。

5.1.5 主桥方案比选

主桥方案比选内容及结果见表1。

表1 主桥方案比选内容及结果

5.2 方案二

5.2.1 桥式方案二总布置

新建桥梁位于旧桥北侧,线位基本与旧桥平行,在东引桥处接入旧桥,在东引桥处设置C 匝道使车辆由地面层上桥,对东引桥局部位置进行加宽处理。

桥式方案二总长902.57 m。孔跨组成为:(20+20.6+21)m(预制空心板)+(27.4+28+30)m(预制小箱梁)+(93+138+93)m(三跨预应力连续梁)+3×30 m(预应力混凝土连续梁)+(7×20)m(混凝土连续梁)+(3×20)m(混凝土连续梁)+(5×20+21.57+20)m(混凝土连续梁),共7 联,其中,前3 联为新建桥梁,桥梁结构及跨径与原旧桥相对应,第四联为30 m 预应力混凝土结构,第五、六联为在旧桥基础上局部加宽,桥面宽度变化较大,采用现浇混凝土箱梁结构。新桥桥面标准宽度组成为:0.5 m(防撞栏杆)+0.5 m(左侧路缘带)+3×3.5 m(车行道)+0.5 m(右侧路缘带)+0.5 m(防撞栏杆)=12.5 m。

5.2.2 主桥

主桥结构及跨径布置与方案一相同。

5.2.3 引桥

引桥预制部分与方案一相同。

现浇混凝土箱梁为与旧桥相接部分,为了更好地与原旧桥相接,保持新旧桥整体性及行车舒适性,上部结构采用普通钢筋混凝土箱型梁,加宽桥面较窄处箱梁做成实体结构。箱梁梁高1.4 m,下部结构采用D120 cm 钻孔灌注桩接D100 cm柱。30 m 预应力混凝土箱梁梁高1.7 m,下部结构采用D160 cm 钻孔灌注桩接D140 cm 柱。

新旧桥连接具体做法为凿除旧桥侧50 cm 防撞墙,再根据新桥增加宽度范围现浇混凝土,下部结构采用柱式桥墩,局部位置为避让地面道路做成门架式框架墩。

5.2.4 C 匝道桥

C 匝道桥跨度布置为(4×22)m,全长88 m,采用普通钢筋混凝土箱梁,箱宽为9.0 m,20 m 跨梁高1.5 m,下部结构采用D160 cm 钻孔灌注桩接D140 cm 墩。

6 桥梁方案比较

两个方案桥梁工程结构形式基本相同,均需要对东引桥进行局部加宽改造,技术难度较高,施工期间需采取合理的交通组织,以保证加宽改造工程的顺利实施。其中方案一与新增的罗涌围-西槎路道路,交通组织较合理,故设计推荐采用方案一。

7 主要静力计算分析

1)正截面承载力大于承载能力极限状态组合内力值,截面承载能力满足规范要求。

2)长期效应组合截面上缘最小正应力为1.01 MPa,截面下缘最小正应力为2.52 MPa,满足JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(以下简称《桥规》)全预应力构件上下缘均不允许出现拉应力的要求。

3)短期效应组合正截面上缘最小正应力为0.19 MPa,截面下缘最小正应力为0.51 MPa。斜截面混凝土最大主应力为-0.20 MPa<主应力限值-1.14 MPa,满足《桥规》第6.3.1 条要求。

4)组合混凝土上缘最大正应力为19.16 MPa,下缘最大正应力为14.56 MPa。根据《桥规》第7.1.5 条,要求压应力σc=σkc+σPt≤0.5fck=19.30 MPa(σc为受压混凝土最大压应力;σkc为混凝土法向压应力;σPt为混凝土法向预压应力;fck为混凝土轴心抗压强度标准值),满足规范要求。混凝土最大主压应力为19.16 MPa,根据《桥规》第7.1.6 条,要求最大主应力σcP≤0.6fck=23.1 MPa,满足要求。

通过计算分析表明,桥梁各部分结构尺寸选择合理,各截面受力均满足规范要求。

8 结语

金沙洲大桥是金沙洲联系珠江水道东岸的重要通道。金沙洲大桥拓宽工程实施完成后,通行车道数由原来的双向四车道增加到双向六车道设计,通行能力也得到了提升,很大程度上缓解了岛上居民出行的交通压力,给岛上居民带来了出行的便利,其建设为广州市西部经济提供助力。

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