南昌市生米大桥总体设计.doc

南昌市生米大桥总体设计廖宜勤 宋 亮 邢长青 （江西同济工程咨询有限公司 南昌 330025）摘 要：生米大桥是南昌市外环快速道上的城市桥梁，全长3 880m，简要介绍生米大桥及西连接线的项目概况、建设条件、总体布局、技术标准、技术特点、关键技术、科学研究等有关情况。 关键词：生米大桥；钢管混凝土结构；系杆拱桥；总体设计0 前言生米大桥是江西省的重点工程，是南昌市外环快速道上的跨越赣江连接昌南、昌北地区的重要通道，是目前赣江上规模最大的城市桥梁，对拉大南昌市的城市框架，促进南昌地区的经济繁荣具有重要的意义。生米大桥由东引桥（含东互通）、副桥、主桥、西引桥（含西互通）及西连接线五部分组成，生米大桥全桥长3 880m，配套工程西连接线长3 700m，总造价9.18亿。其中主桥采用2跨228m中承式钢管砼系杆拱，目前为同类连拱桥型国内第一，主桥610m长的系杆为世界第二索，是一座技术先进，设计施工难度较大的桥梁，主桥形似雄鹰展趐，设计创意为+江西、南昌在腾飞，大桥建成后将成为江西省又一标志性建筑。0.1建设条件0.1.1气候状况： 生米大桥位属亚热带季风气候，多年平均气温15.8，历史上出现的最大阵风风速达35m/s。0.1.2水文条件： 桥址处设计频率水位（黄海高程）：20年一遇水位为23.43m，100年一遇水位为24.39m，300年一遇水位为24.93m。0.1.3地形地貌： 桥区属河流冲积地貌，河床底部标高一般在612m之间；江中冲积形成宽约500m舌状心滩，河漫滩较发育，地面标高在1719m之间。0.1.4地质： 桥位区域第四纪发育，下伏基岩为第三纪红砂岩系，第四纪总体厚度在1537m之间，区域内地质构造不存在构造断裂带，桥址处于一个相对稳定的安全区。0.1.5地震：依据南昌生米大桥工程场地地震安全性评价报告，生米大桥位于基本烈度6度地震区，地震动峰加速度小于0.05g，反应谱特征周期小于0.35s，为基本稳定区。桥位区无地震液化土层，属抗震有利地段。0.1.6通航： 根据规划的通航标准，桥址处通航孔不少于4个。考虑主泓摆动，河势可能变迁，要求中、枯水期主桥两侧的辅航道桥能通航。0.2 主要技术标准0.2.1桥梁等级： 双向8车道城市快速道特大桥；0.2.2设计车速：60km/h；0.2.3设计荷载：城-A级，人群3.5kN/m2；校核荷载：汽-超20，挂-120；0.2.4桥面宽度：35m（主桥39m）；0.2.5通航标准：内河-3级，不少于4个通航孔；0.2.6设计洪水频率：1/300；0.2.7设计最大纵坡：2%；0.2.8设计基准期：100年。1 总体设计1.1 方案比选目前南昌地区赣江上有各种桥型的4座大桥：100m连续刚构的龙王庙大桥、80m顶推连续梁的南昌大桥、2160m斜拉桥的八一大桥，以及公、铁两用钢桁架梁的赣江大桥，因此生米大桥选择钢管混凝土拱桥作为首选方案。在钢管混凝土拱桥方案中，又选择了3种不同跨径的桥型进行了比较，比选结果见表1。可以看出，从外形美观、通航要求、造价等诸多方面来考虑，主跨2228m的方案是最优选择。表1 钢管混凝土拱桥方案综合比选项目主跨2228m主跨5158m主跨300m主桥长度/m606870450通航适用性主跨跨中位于航道中心，跨径及净空均满足航道部门要求。满足6个通航孔。中墩将江西分成上下行2个航道，方便通行主跨跨中位于航道中心，跨径及净空均满足航道部门要求。满足10个通航孔。但桥墩过多，不利通行主跨跨中位于航道中心，跨径及净空均满足航道部门要求。满足4个通航孔结构新颖性主跨2228m钢管混凝土连拱在国际上处于领先水平，全桥结构新颖独特，外形像一只腾飞的雄鹰，象征南昌市蒸蒸日上在国内属常规结构在国内属大跨钢管混凝土拱桥结构的受力特性无推力拱设计，满足规范要求无推力拱设计，满足规范要求无推力拱设计，满足规范要求景观协调性景观独特，环境协调。主拱桥面以上部分比例为2/3，比例非常协调跨径较小，拱的规模相对赣江宽阔的江面而言偏小，相比其它两方案，缺乏气势景观独特，环境协调。主拱桥面以上部分比例偏大，不甚协调抗风稳定性抗风性能优抗风性能优抗风性能满足要求施工难度及风险性采用缆索吊装施工，技术方案切实可行采用缆索吊装施工，技术方案切实可行采用缆索吊装施工，技术方案切实可行养护难度及耐久性钢管防腐技术成熟，一次防腐耐久达30年以上，大桥刚度较大，可永久使用耐久达30年以上耐久达30年以上主桥概算/万元综合比较意见13 141.21采用方案16 766.22比较方案14 499.79比较方案1.2 总体布局 生米大桥全长3880m，其中：主桥采用75+2228+75m中承式钢管混凝土系杆拱，副桥采用2270m预应力砼T构，引桥和高架桥均采用连续箱梁桥，见图1。1.2.1平面线形 桥轴线位于规划的南昌市外环快速道上，与中高洪水位水流方向基本正交。东、西互通与建成的城市道路沟通。1.2.2纵面线型 最低桥面标高取决于航道的通航净空、水文条件、被交道路净高和防洪堤标高，主通航道桥、辅航道桥桥面标高由通航净空和梁高控制。主桥纵坡采用0.3%，引桥最大纵坡采用2%。2 主桥结构及技术特点21 主拱和边拱 主桥上部结构采用二孔钢管砼拱，全长606m，其中两个主跨为228m连拱，两侧边拱跨径均为75m，结构属于刚性拱柔梁无推力中承式系杆结构。主拱桥面以上为钢管砼拱，主跨矢跨比为F/L1/4.5，拱轴线采用二次抛物线，边主跨矢跨比为F/L1/8.5，拱轴线采用为m1.8的悬链线。主跨钢管砼拱肋断面采用四根900mm钢管组成空间桁架结构，桁架钢管间设人行观光步道。主孔拱肋高4.6m，拱肋宽2.6m。四根主钢管通过横向缀条、隔板和腹杆连接，并在两缀条间和钢管内都灌注C50微膨胀砼；主拱钢管采用大型门式支架吊装施工。边拱采用悬链线拱，拱肋高5.0m，拱肋宽3.0m为现浇混凝土拱，做成和主拱相似的形状，采用满堂支架施工。主桥桥型布置及横断面见图2和图3。主拱肋桥面以上共设3道钢管桁式横撑，另外在拱肋与桥面系交接处的固定横梁与砼斜撑构成砼横撑。拱肋钢管、横撑钢管均采用Q354d锰钢板材卷制成型，外表均喷铝加油漆防腐，主拱肋钢板厚度为20mm，横撑钢板厚度为12mm。立柱与主拱肋固结，立柱顶端设盆式橡胶支座与横梁连接。立柱采用现浇施工方法。横梁为预应力混凝土结构，采用预制安装施工方法。采用混凝土横梁主要是为了增大恒、活载比，以减小车辆震动的影响。2.2 吊杆吊杆采用工厂生产的挤包护层高强钢丝墩头锚成品吊杆，用墩头锚分别锚于主拱肋的下缀板及横梁下缘，全桥共56对吊杆。吊杆的上端为可调锚头，下端为固定锚头。吊杆的安全系数取3.0，型号为OVMLZM7-109成品吊杆，外包双层PE防护，钢丝为7mm镀锌钢丝，是同济大学与OVM厂最新研制的两头球铰专利产品。2.3 系杆系杆钢丝规格为301-7成品索，并考虑可更换，在边拱肋两端锚固。通过张拉系杆，在边拱端加向拱方向的水平力，用以平衡主、边拱水平力的差值。每束系杆采用301根7mm镀锌钢丝，共设12束，每侧拱肋处设6束。系杆索下料长度计入温差影响，设计按南昌地区平均温度15为基础温度。每束张拉力为8700KN，安全系数取2.2。2.4 桥面系 桥面车行道板和人行道板为普通钢筋砼槽形板。槽形板采用预制安装、现浇湿接缝施工，与图1主桥横断面横梁连成整体，参与横梁的使用阶段受力，同时增加桥面的纵向刚度。桥面铺装采用钢筋混凝土和沥青混凝土二层，主桥两端采用GQF-MD160大位移伸缩缝，拱与桥面系处共设4道GQF-C80伸缩缝。2.5 主桥基础及下部结构主桥基础共有5个桥墩，主墩为固定墩，采用28根2.5m钻孔桩，边墩采用24根2.5m钻孔桩，辅墩采用12根1.5m钻孔桩。主墩和边墩的承台尺寸均为55.6m14.2m4.5m，水流方向设圆弧形端面，承台上设拱座，高度约为6m，拱座横向张拉预应力钢绞线。辅墩承台尺寸为10m6.4m2.5m，为横向相互独立式结构。2.6 主桥施工顺序 主桥施工顺序为：下部基础施工支架现浇混凝土拱肋和端横梁支架现浇混凝土斜撑、立柱、中横梁预制吊杆横梁、桥面板、钢拱圈吊装钢管拱并焊接安装风撑永久性钢铰线体外索的张拉及系杆初次张拉灌注钢管混凝土安装吊杆及浮运吊装标准横梁系杆张拉吊装桥面板调整吊杆力及再次张拉系杆使桥面至设计线形施工桥面系及附属设施。3 副桥及引桥结构3.170m跨T型刚构桥为确保常水位、枯水位通航，主桥两侧各设一个270m跨T构为辅航道桥，上部结构采用预应力混凝土变截面箱梁，根部梁高8.5m，端部梁高2.8m，为单箱双室斜腹板箱型截面，采用三向预应力体系，箱梁纵向和横向采用高强度低松弛钢绞线，竖向预应力采用高强精轧螺纹粗钢筋，箱梁采用全梁段对称平衡悬臂现浇施工工艺。其下部采用双薄壁墩接承台，每个承台下设4根2.5m钻孔桩。3.250m跨连续梁桥东副桥采用18跨50m预应力砼等截面连续梁，6跨一联，共设三联，全长为900m，其上部构造主梁高为2.8m，为单箱单室截面，腹板斜做，上部结构采用纵、横向预应力体系。东副桥箱梁采用移动模架逐孔现浇施工工艺。下部构造桥墩为独柱墩，桥墩为哑铃型断面，采用滑模施工工艺。基础为四根1.6m的钻孔桩接厚度2.5m的承台。3.330m跨及其它连续梁桥西引桥采用3630m预应力混凝土连续箱梁桥，全长540m。连续梁梁高1.8m，为单箱单室截面，斜腹板，均采用纵、横向预应力体系。箱梁采用移动模架逐孔现浇或满堂支架逐孔现浇施工工艺。其它主线上的预应力混凝土连续箱梁桥，均为单箱多室变宽截面，直腹板，箱梁均采用纵向预应力体系，西互通在AH匝道均设跨20m跨普通钢筋砼等截面连续箱梁，梁高均为1.6m，匝道桥宽8或12m。采用满堂支架现浇施工工艺。其下部构造桥墩均采用造型优美的Y型墩。基础为4根1.2m的钻孔桩接厚度2.0m的承台；桥台为肋墙式。3.4 桥面系桥面铺装采用5cm厚AK-13A沥青混凝土和8cm厚C40防水混凝土组成。伸缩缝采用模数式钢缝。支座均采用盆式支座。4 东西互通立交及西连接线 1、互通采用部分苜蓿叶立交，造价低,能满足近期滨江大道的交通量需要，非动车上下立交也较方便。2、 西互通采用苜蓿叶型完全互通立交,其主要的优点是通行能力大，线形美，造价省，交通流畅。3、西连接线学府互通采用跨线立交桥形式，主线跨线桥采用两幅净间距15m的预应力砼连续梁桥组成，为双向6车道分幅建设，互通主线桥跨径组合为：330+39+52+39+330m，共三联，桥梁总长为322m，主桥设计为变截面预应力砼连续梁。 昌樟互通为省内城市规模最大互通，采用三层定向变形苜蓿叶互通型式，实现了西连接线与昌樟高速公路的快速连接。互通主线桥采用430+27.5+36+50+36+27.5+330m三联预应力砼连续梁组成，全桥总长387m 。主桥设计为27.5+36+50+36+27.5m变截面预应力砼连续梁。5 科研与创新 生米大桥是赣江上最大规模的城市桥梁，在建设中遇到了许多技术问题需要解决。为此，建设单位组织科研单位、大专院校、设计及施工单位的科研力量进行了多项科学试验与专题研究，为验证生米大桥的设计理论、方法、参数、优化大桥设计方案、指导大桥的施工提供了科学依据和技术支持。 目前已开展的科研与创新工作如下：（1）河床数模分析及水工模型试验研究；（2）桥梁抗风、抗震分析研究；（3）自平衡法试桩试验与桩基施工工艺研究；（4）钢管和砼连接处结构三维模型分析与吊杆节点足尺模型试验验证研究（5）吊杆抗疲劳试验与系杆抗老化试验研究；（6）主桥施工过程的工程控制与检测；（7）大跨径移动模架架桥机技术设计与施工工艺研究；（8）大型单壁整体套箱围堰技术设计与施工工艺研究；（9）大型龙门架设钢管拱安装设计与施工工艺研究；（10）桥面铺装材料和施工工艺研究；（11）桥梁加载试验研究；（12）桥梁美学及景观设计研究。6 结语生米大桥于2003年12月28日正式开工，现已完成大部分主体工程，预计2006年3月底建成通车。它的建成将不仅为南昌的经济发展提供有力的支持，也为国内桥梁建设者们提供了宝贵的经验。