控制在15m以内,降低工程难度及风险;同时,为尽量缩短人工岛长度,在岛隧结合部,岛头合理向岛身移动,部分管节露出海床,对此部分管节参考国际上厄勒海峡及韩国釜山隧道经验,采用特殊的大型块石及锁管石块进行覆盖锁定防护,沉管隧道两侧采取防撞措施,避免露出海床的沉管船撞风险。
7.隧道人工岛布置
为实现桥隧转换,设东、西两人工岛,东人工岛西边距铜鼓航道中心1563米,采用椭圆形布设,形似“蚝贝”,岛长625m,总面积为103161m2;西人工岛东边距伶仃西航道中心2018米,也为椭圆形岛,岛长625m,总面积为97962m2。
为减少阻水效应,两岛均位于-10米等深线以外。 8. 桥、岛、隧总体布置
主体工程主线立面总体布置参见图6,桥、岛、隧工程总阻水比小于10%。
图6 主体工程桥、岛、隧总体布置
六、桥梁方案
桥梁工程包括青州航道桥、江海直达船航道桥、九洲航道桥以及深水区非通
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航孔桥、浅水区非通航孔桥、与东、西人工岛相接处非通航孔桥等。
1. 通航孔桥
本项目各通航孔桥跨径中等,最大458米,桥梁技术难度不大,国内外均有许多成熟经验。通航孔桥方案选择的重点在于景观,九洲航道桥及江海直达船航道桥均选用中央索面斜拉桥,为保证三座通航孔桥风格一致性,青州航道桥采用中央索面斜拉桥(暂定,也有可能采用双索面斜拉桥)。
⑴ 青州航道桥——双塔独柱钢箱梁斜拉桥(暂定)
桥跨布置110+126+458+126+110=930m,半漂浮体系。塔、辅助墩、过渡墩处设置阻尼提高抗震性能,塔区附近桥面设置风障,保证大风时行车安全。
主梁为大悬臂单箱三室倒梯形截面,参见图9,梁顶宽41.5m,底宽23.4m,梁高4.5m,顶板悬臂长度为5.5m,标准梁段长度为15m,拉索锚固位置位于中央直腹板处。考虑增大正交异性板刚度以改善正交异性板疲劳并利于钢桥面铺装,顶板最小板厚18mm。
斜拉索采用接近竖琴型双索面,每个塔上有14对斜拉索,梁上索距为15m,塔上索距为7.5~9m;采用平行钢丝成品斜拉索。
索塔为中央独柱型混凝土塔,塔高(含塔冠)180.0m,在下塔柱顶部设置牛腿,下塔柱高度为45.0m,上塔柱高度为135.0m。下塔柱断面为倒角空心菱形断面,上塔柱断面为空心矩形断面。塔底5m采用实心断面。
索塔基础均采用群桩基础,承台采用八边形,承台下设36根直径2.5~2.2m的钢管复合桩,最大桩长为118.8m,按照支承桩设计。
辅助墩及过渡墩采用整体基础、整体墩身的结构形式,墩身采用与引桥墩身形式一致的矩形断面,墩高分别为40.7m和37.55m,断面尺寸为16m×4m。采用群桩基础,桩基采用钢管复合桩,承台采用八边形,外轮廓尺寸为24×39.5m,承台厚3m,二承台厚2.5m。承台下设20根直径2.5~2.2m的钢管复合桩,最大桩长为100.8m,按照摩擦桩设计。
索塔及辅助墩过渡墩基础规模及结构由地震工况控制,经验算,自身可抵抗
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船撞荷载,因此考虑采用结构自身防撞的思想进行防船撞设计,承台周边设置消能及缓冲设施。
⑵ 江海直达船航道桥推荐方案——三塔独柱钢箱梁斜拉桥
桥跨布置为129+258+258+129=774m,主要设计思路同青州航道桥。主梁为倒梯形、带悬臂整幅单箱三室截面,斜拉索采用接近竖琴型双索面,索塔为中央独柱型混凝土塔,索塔基础均采用群桩钢管复合桩基础。
⑶ 九洲航道桥方案——风帆塔双塔独柱钢箱梁斜拉桥
桥跨布置为85+150+298+150+85=768m,两个索塔皆与主梁固结,辅助墩设竖向支撑,过渡墩设竖向支撑及横向抗风支座。在纵向,在三个索塔处设置纵向阻尼装置提高抗震性能。
主梁为倒梯形、带悬臂整体单箱三室截面,梁顶宽39.1m,底宽22.8m,梁高3.575m,顶板悬臂长度为5.5m,标准梁段长度为16m,拉索锚固位置位于中央直腹板处。
斜拉索采用竖琴型中央单索面,梁上索距为16m,塔上索距为9.63。
索塔为风帆形中央独柱型钢塔,塔高(含塔冠)塔顶标高136.190m,曲臂由三组平行钢管件连接到钢塔的主垂直构件。主塔柱是钢-混凝土组合结构,外部为钢结构,易于制造和安装;内部为混凝土结构,以便有效地传递竖向力,并减少钢材用量。
基础采用钢管复合桩群桩基础,承台外轮廓尺寸为47.75×26.70m,承台厚5m。承台下设22根直径2.5/2.2m的钢管复合桩,最大桩长86m,按嵌岩桩设计,考虑钢管参与受力。
辅助墩、过渡墩均采用整体基础、整体墩身的形式,墩身采用与引桥墩身型式一致矩形断面。辅助墩承台下设16根直径2.5/2.2m的钢管复合桩,最大桩长
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74m,过渡墩承台下设6根直径2.5/2.2m的钢管复合桩,最大桩长79m,均按嵌岩桩设计,考虑钢管参与受力。
⒉ 非通航孔桥
通过对整墩整箱钢箱梁、整墩分幅钢箱叠合梁及分墩分幅预应力混凝土梁及整墩整幅混凝土梁、整墩分幅混凝土梁、整墩整幅钢箱叠合梁深入比较,为增加大桥景观、利于防撞、减少对水流影响、利于抗震、减少基础规模、减少施工风险、保证结构寿命及耐久性角度,考虑成本/寿命比价值最大,推荐采用整墩整箱钢箱梁,设置减隔震支座提高结构抗震能力,为减少阻水比,非通航孔桥承台全部埋入海床。实现“工厂化、大型化、标准化、装配化”施工,基础采用钢管复合桩、预制承台及预制空心墩身,整孔钢梁整体吊装施工。参见图16。
图16 整幅整箱方案标准横截面布置
⑴ 深水区非通航孔桥——110米等跨整幅钢箱连续梁
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深水区非通航孔桥共13.89km长,位于江海直达船航道桥以东(K13+437~K17+593,K18+523~K27+323)及以西(K28+097~K29+197),该处位于潮流主通道,宜采用较大跨径,以减少阻水率,选择110m等跨布置;为实现江海直达船航道两侧景观协调一致,在其西侧一定范围需与东侧对称布置。标准联采用6孔一联,等跨等截面布置,连续梁结构。
主梁采用单箱双室整幅等梁高钢箱梁,全宽33.1m,梁高4.5m,顶板挑臂长度5.5m,考虑增大正交异性板刚度以改善正交异性板疲劳并利于钢桥面铺装,顶板最小板厚18mm,整跨梁吊装重量2270t。
图18 整墩整幅钢箱连续梁标准横断面
基础采用钢管复合桩。钢管复合桩采用变截面桩,钢管壁厚22mm,钢管全长范围内浇筑填芯混凝土。低墩区采用6根基桩,有钢管段直径200cm,无钢管段直径180cm,承台尺寸为9.9×14.4×4.85m,预制承台及其上连带墩身重量为2300t;高墩区采用6根基桩,有钢管段直径220cm,无钢管段直径200cm,承台
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