湯偉 袁昂 王曉東 王麒中交公路規(guī)劃設計院有限公司
摘 要:廈門第二東通道工程連接廈門本島和翔安區(qū),項目設計中充分考慮廈門交通路網(wǎng)規(guī)劃和建設條件要求,采用高速公路標準兼具城市道路功能,以隧道結(jié)構(gòu)方案穿越島內(nèi)老城區(qū),以橋梁方案跨越廈門東部海域,橋梁建設借鑒了境內(nèi)外先進經(jīng)驗和理念,解決了本島-翔安-新機場的交通需求,同時為廈門增加一個新的地標建筑。
關(guān)鍵詞:橋梁設計;總體設計;預制墩臺;大跨鋼箱梁;明挖隧道;耐久性設計;
1 概述1.1工程概況
廈門翔安大橋西起廈門島內(nèi)金尚路,順接廈門第二西通道,沿枋鐘路向東,跨越東海域,接翔安南路,終于翔安南路互通,是廈門市規(guī)劃路網(wǎng)兩環(huán)八射的組成部分,也是國家高速公路網(wǎng)廈門段的重要控制工程。翔安大橋構(gòu)建了本島與翔安區(qū)之間的跨海運輸通道,也是本島與新機場之間的主要聯(lián)系通道。主要包括了本島段隧道工程、跨海段橋梁工程以及翔安段接線和兩岸互通橋梁工程。
1.2建設條件
陸域為風化剝蝕性微丘地貌,兩岸地勢開闊平坦,岸灘帶為海蝕海岸及堆積海灘地貌。海域段在廈門本島側(cè)岸坡較平緩,多為直立式防浪石護岸,一般水深10~18 m, 至中間部位最深達22 m, 分布有礁石;劉五店岸側(cè)水下坡較平緩,一般水深10~15 m, 海底平坦,漸至出露。項目橋址區(qū)域大部分水深條件較好,中航道、西航道,以及規(guī)劃中的東航道,水深均在6.0 m以上。
橋址區(qū)海域上部地層為淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、細砂、中砂、粗砂、礫砂及殘積土覆蓋,下伏基巖為凝灰熔巖以及花崗巖,巖、土種類較多,分布較不均勻,性質(zhì)變化較大,尤其是中~微風化巖面起伏大,海域發(fā)育有2條風化深槽,陸域發(fā)育多條風化深槽。場區(qū)巖土工程問題主要為水土流失、風化深槽、風化孤石、橋基沖刷穩(wěn)定,特殊性巖土為軟土、花崗巖殘積土及風化巖。工程場地50年超越概率10%、100年超越概率3%的基巖水平峰值加速度分別為132 ga1、271 ga1。
廈門屬亞熱帶海洋性季風氣候,多年平均氣溫為20.9℃,極端最高氣溫38.5℃,極端最低氣溫1.5℃。多年平均降水量為1 183.4 mm。設計風速39.7 m/s。百年一遇極端高水位4.42 m, 極端低水位-3.32 m。
橋位所處海域為正規(guī)半日潮,水文條件好,水深6~18 m, 平均流速0.6 m/s。設計高水位為3.27 m, 設計低水位為-2.50 m。橋址處設計最高通航水位為4.62 m。
為滿足飛機起降安全,橋位處限高54 m, 橋梁結(jié)構(gòu)需滿足限高要求。
1.3主要技術(shù)標準
主線采用高速公路標準,設計速度80 km/h, 其中本島段采用六車道、隧道凈寬2×13.75 m, 跨海段采用八車道、橋梁總寬38 m, 翔安段采用六車道、橋梁寬30 m。輔道采用城市主干路標準,本島側(cè)輔道采用十車道,翔安側(cè)輔道采用六車道,設計速度采用40 km/h和60 km/h。橋涵設計汽車荷載等級采用公路—I級、城—A級標準。地震基本烈度為Ⅶ度,橋梁設計使用壽命按100年考慮。
2 總體設計2.1總體布置
本項目是廈門本島對外聯(lián)系的一個重要通道,設計統(tǒng)籌考慮了與建設條件、環(huán)境保護、文物、通航、航空限高、與廈門海滄隧道順接、島內(nèi)外交通組織和路網(wǎng)銜接等要求,合理地設置了隧道、橋梁以及互通式立交方案。為更好發(fā)揮進出廈門本島快速通道的作用,圍繞保障交通安全和提高通行效率、交通組織管理、橫斷面布置、過渡段設計,地下匝道出入口、互通式立交型式、主輔路交通轉(zhuǎn)換、輔道平面交叉口等交通組織方案進行了細化和優(yōu)化。見圖1~圖3。
2.2海中橋梁2.2.1橋梁結(jié)構(gòu)設計
橋梁總體布置見圖4。
海中鋼箱梁橋總長3 270 m, 根據(jù)通航要求設3個通航孔,通航標準見表1。
圖1 廈門第二東通道項目在路網(wǎng)中的位置示意 下載原圖
圖2 項目平面示意 下載原圖
圖3 項目縱斷示意 下載原圖
圖4 海中橋梁總體布置示意 下載原圖
單位:m
除中航道2個通航孔設置2個150 m跨徑外,其余均采用90 m橋跨。中航道采用90 m+90 m+2×150 m+90 m+90 m一聯(lián)布置,全長660 m, 上部采用變高度鋼箱連續(xù)梁,下部采用預制拼裝承臺-墩身和鋼管復合樁結(jié)構(gòu)。90 m跨均采用等高度鋼箱連續(xù)梁,互通區(qū)采用變寬鋼箱梁,下部采用預制拼裝承臺-墩身和鋼管復合樁結(jié)構(gòu)。
表1 通航凈空尺寸 導出到EXCEL
通航孔
通航方式
通航橋孔凈空尺度/m
凈寬
凈高
西通航孔
雙孔單線
73
14.8
單孔雙線
134
中通航孔
雙孔單線
99
33.3
單孔雙線
176
東通航孔
雙孔單線
73
14.8
單孔雙線
129
主通航孔橋鋼箱梁梁寬37 m(不含風嘴寬度)。邊跨采用等梁高截面,梁高3.5 m; 中跨跨中梁高3.5 m, 中墩墩頂及次邊墩墩頂梁高7.0 m。中墩墩頂及次邊墩墩頂兩側(cè)各52.5 m的范圍,梁高從7.0 m變化為3.5 m。鋼箱梁頂板,頂板U肋,頂板加勁肋、與頂板相接的橫隔板(肋)區(qū)域,采用Q420qD,其余構(gòu)件均采用Q345qD。見圖5。
主通航孔下部結(jié)構(gòu)采用預制承臺與墩身。墩身分為三段預制,下節(jié)段與承臺一起預制,接縫位置距離承臺頂緣7.5 m; 上節(jié)段與蓋梁一起預制,節(jié)段縫距離蓋梁底緣9.0 m。墩身節(jié)段裝配化安裝采用預應力粗鋼筋連接。樁基采用鋼管復合樁。鋼管段直徑2.5 m, 嵌入承臺1.6 m。見圖6。
圖5 中航道橋鋼箱梁橫斷面 下載原圖
單位:mm
圖6 中航道墩身及基礎 下載原圖
單位:cm
標準段鋼箱梁梁寬37 m(不含風嘴寬度),梁高3.5 m。鋼箱梁頂板,頂板U肋,頂板加勁肋、與頂板相接的橫隔板(肋)區(qū)域,采用Q420qD,其余構(gòu)件均采用Q345qD。見圖7。
下部結(jié)構(gòu)采用預制承臺及墩身。墩身節(jié)段預制,下節(jié)段與承臺一體預制。每節(jié)墩身之間采用預應力粗鋼筋連接。樁基采用鋼管復合樁。鋼管段直徑2.0 m。墩柱采用六邊形截面。墩高(含蓋梁高度)<25.5 m, 分兩段預制吊裝。墩高(含蓋梁高度)>31.5 m, 分三段預制吊裝,墩底加厚。墩身節(jié)段采用直徑為75 mm的預應力粗鋼筋連接。見圖8。
2.2.2耐久性設計(1)鋼箱梁。
鋼箱梁采用梁內(nèi)、外防腐涂裝及梁內(nèi)除濕的耐久性方案。
鋼箱梁外表面采用表面凈化處理、二次表面噴砂除銹+環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+氟碳面漆的防腐方案。
圖7 90 m跨標準橫斷面 下載原圖
單位:mm
圖8 90 m跨墩身及基礎 下載原圖
單位:cm
鋼箱梁內(nèi)表面采用二次表面噴砂除銹+環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧厚漿漆。
所有高強螺栓摩擦面要求二次表面噴砂除銹+無機富鋅防銹防滑涂料處理的防腐方案。
為保證鋼箱梁內(nèi)除濕效果,所有鋼箱梁板件的對外孔洞均需進行密封處理。
(2)鋼管復合樁。
鋼管采用涂層+陰極保護的聯(lián)合防護方法,鋼管外壁采用高性能雙層熔融結(jié)合環(huán)氧粉末涂層,內(nèi)壁采用高性能無溶劑液體環(huán)氧涂層。
(3)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方案。
在對原材料、配比、混凝土強度、結(jié)構(gòu)裂縫寬度和保護層厚度耐久性設計的基礎上,對海中大氣區(qū)、浪濺區(qū)等腐蝕惡劣環(huán)境提出了附加措施:墩身采用高性能雙層環(huán)氧鋼筋(外層鋼筋及拉筋)+硅烷浸漬(外表面),承臺采用高性能雙層環(huán)氧鋼筋+硅烷浸漬。
2.2.3海中橋梁施工方案
海中橋梁承臺、墩身和鋼箱梁均采用分節(jié)吊裝施工方案。
承臺與樁基采用承臺中預留現(xiàn)澆孔連接方式,抱箍止水,預留套箱圍水施工現(xiàn)澆混凝土。見圖9和圖10。
圖9 承臺墩身吊裝施工 下載原圖
圖10 墩帽和鋼箱梁吊裝施工
2.3隧道工程
島內(nèi)段主線采用隧道結(jié)構(gòu),以避免對城市景觀造成影響。隧道起點位于順接廈門第二西通道工程,沿現(xiàn)狀枋鐘路向東,入海前出地面高架。隧道全長2 777.8 m, 其中與原有通道過渡段50.4 m, 暗埋段2 496.87 m, 敞開段230 m, 隧道中部設置2處匝道與地面連通,形成與地面道路交通轉(zhuǎn)換。見圖11。
2.3.1隧道主體結(jié)構(gòu)
隧道為雙向六車道,暗埋標準段采用單箱雙室鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu),敞開段采用鋼筋混凝土U型結(jié)構(gòu)。隧道頂面仍恢復現(xiàn)狀道路,寬約60 m, 主車道雙向六車道,輔道雙向四車道。結(jié)構(gòu)的安全等級按一級考慮。
圖11 隧道標準結(jié)構(gòu)斷面 下載原圖
單位:mm
隧道主體結(jié)構(gòu)設計使用年限為100年,主體結(jié)構(gòu)包括隧道頂?shù)装?、?cè)墻、中墻等。
隧道荷載等級為公路-I級,城-A級??拐饦藴剩嚎拐鹆叶葹?度,設計基本地震峰值加速度為0.15 g, 地下隧道構(gòu)筑物抗震設防類別為乙類,提高1度采取抗震措施?;炷两Y(jié)構(gòu)允許裂縫開展,裂縫寬度≤0.2 mm。結(jié)構(gòu)抗浮按勘察報告提供的抗浮計算水位地表以下0.5 m計。明挖隧道抗浮安全系數(shù)≥1.05。結(jié)構(gòu)防水等級為一級。
隧道暗埋段標準段底板、底板厚度為110~120 cm, 側(cè)墻厚度為100~110 cm, 局部加寬段及BRT橋樁基托換段根據(jù)受力要求加厚。U型槽段底板和側(cè)墻厚度為80~110 cm。見圖12。
圖12 隧道結(jié)構(gòu)斷面 下載原圖
單位:cm
2.3.2隧道防水(1)混凝土自防水。
混凝土強度等級為C40,抗?jié)B等級為P10。
(2)外包防水層防水。
頂板:水性噴涂持黏高分子防水涂料+耐根系穿刺層的PVC防水卷材。側(cè)墻:水性噴涂持黏高分子防水涂料層+強力交叉膜高分子防水卷材(噴涂橡膠瀝青防水涂料)。底板:水性噴涂持黏高分子防水涂料層+噴涂橡膠瀝青防水涂料層。
2.3.3BRT橋梁托換設計
主線隧道與BRT橋相交段利用隧道結(jié)構(gòu)進行托換?;娱_挖完成后,保留原橋墩承臺及樁基,澆筑隧道結(jié)構(gòu)同時預留既有樁基穿過的隧道底板孔洞,澆筑完成后,對原有樁基承臺進行植筋并澆筑擴大基礎,使新澆筑的樁基承臺直接連接隧道結(jié)構(gòu)頂板,切割既有樁基,使承臺直接作用于隧道頂板,完成橋梁結(jié)構(gòu)上部荷載轉(zhuǎn)換,最后完成對預留孔洞的封堵和防水。
2.3.4隧道圍護結(jié)構(gòu)
隧道開挖深度1.47 m~16.93 m, 泵房開挖深度約21 m。
隧道圍護體系:圍護樁采用鉆孔灌注樁,局部采用拉森鋼板樁。
止水體系:采用直徑800 mm間距450 mm高壓旋噴樁形成的止水帷幕,樁長9~23 m, 水泥摻量25%。
支撐體系:水平支撐采用第一道混凝土支撐和2道鋼支撐,側(cè)墻施工中進行換撐作業(yè)。
基坑降水采用管井結(jié)合集水明排的方式。
隧道施工采用明挖順做法施工。見圖13和圖14。
圖13 隧道支護及開挖施工 下載原圖
圖14 隧道主體結(jié)構(gòu)施工 下載原圖
3 結(jié)語
廈門第二東通道設計作為高速公路兼具城市快速路功能,受老城區(qū)管線、航空限高、白海豚保護、通航要求等影響,建設條件復雜。本項目在充分借鑒境內(nèi)外先進經(jīng)驗的基礎上,開展結(jié)構(gòu)方案設計:采用明挖隧道方案穿越老城區(qū),采用大節(jié)段拼裝方案跨越海域,提高了施工質(zhì)量和效率。大橋2019年11月開工建設,預計2022年底建成通車。
參考文獻
[1]劉曉東.港珠澳大橋總體設計與技術(shù)挑戰(zhàn)[C]//第十五屆中國海洋(岸)工程學術(shù)討論會論文集,2011.