摘　要:澳凼三橋是世界上首座雙層交通預(yù)應(yīng)力斜拉橋,上層為雙向6車道,下層近期為雙向4車道,遠(yuǎn)期為雙線輕軌。主橋主跨為180ｍ豎琴式稀索斜拉橋,“ｍ”形主塔,引橋?yàn)?FONT face="Times New Roman">60ｍ等高預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。 T ran bbs.Com 關(guān)鍵詞:部分斜拉橋;預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu);箱形梁;雙層交通;橋梁設(shè)計(jì) 1　建橋條件 澳門由澳門半島、凼仔和路環(huán)島所組成。澳門半島與凼仔島之間現(xiàn)有嘉樂比、友誼兩座大橋,在交通高峰時(shí)期,這兩座橋已有阻塞現(xiàn)象,澳凼三橋的建成將使兩島之間交通更為順暢。澳門現(xiàn)僅有2條主要通道與大陸相連:北端的關(guān)閘與蓮花大橋,蓮花大橋連接京珠高速公路和105國(guó)道。它們滿足不了澳門經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,制約著澳門經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。國(guó)家準(zhǔn)備投資修建軌道交通系統(tǒng)將珠江三角洲主要城市連接起來,并考慮銜接港澳。軌道交通將通過澳凼三橋連接澳門與深圳,開通澳門與大陸的第3條通道。澳凼三橋位于雷達(dá)水道西側(cè)緊靠十字形航道的十字道口,東側(cè)距嘉樂比大橋1200ｍ,十字道口疏浚后,橋位處航道中心將南移250ｍ,橋中線與航道斜交約5°,要求本橋主通航孔跨徑大于150ｍ。根據(jù)澳門《海港水文規(guī)范》,本橋通航凈空為28ｍ,設(shè)計(jì)高潮位為300年一遇+4.85ｍ。在區(qū)域構(gòu)造上,橋址區(qū)位于珠江三角洲斷陷區(qū)。50年超越概率10%水準(zhǔn)下,地震動(dòng)峰值加速度為0.10ｇ,場(chǎng)地反應(yīng)譜特征周期0.35ｓ,場(chǎng)區(qū)基本地震烈度為7度。橋位區(qū)的地層由第四系沖淤積覆蓋層及燕山期侵入的花崗體構(gòu)成。第四系覆蓋層厚19.1～59ｍ,下伏花崗巖,巖面高程-22.3～-61.3ｍ,由北向南漸低。 2　技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) (1)設(shè)計(jì)車道:上層車道為雙向6車道,下層近期為雙向4車道,遠(yuǎn)期為雙線輕軌。在大于8級(jí)風(fēng)的條件下,上層交通及下層輕軌交通關(guān)閉,下層通行2車道 (2)行車速度:輕軌70ｋｍ/ｈ。 (3)設(shè)計(jì)荷載:汽車荷載按澳門規(guī)范執(zhí)行;輕軌列車共4節(jié),節(jié)長(zhǎng)16ｍ,節(jié)重20ｔ。 (4)通航水位:+1.71ｍ(Ｍ·Ｓ·Ｌ)。 (5)通航航道和凈空:橋梁主跨承臺(tái)頂部的保護(hù)梁間的凈距為150ｍ,高潮時(shí)豎向凈空為28ｍ。 (6)設(shè)計(jì)風(fēng)速:Ｖ10=45.1ｍ/ｓ。 (7)地震:按7度地震設(shè)防。 3　總體設(shè)計(jì) 3.1　總體布置 根據(jù)通航凈空及澳門側(cè)立交凈空5.2ｍ的控制條件,澳凼三橋布置為:主橋位于Ｒ=3500ｍ的豎曲線上,兩主塔處的路冠高程分別為35.809,36.028ｍ,滿足通航凈高28ｍ的要求。南側(cè)以5%下坡一段后,平坡延至凼仔島路堤,北側(cè)以5%下坡,一段平坡,延至澳凼半島。各變坡點(diǎn)均設(shè)凹或凸形曲線。澳門側(cè)以7%坡后與主橋相連,見圖1。 3.2　橋式布置 主橋布置為:(5×60)ｍ+(2×60)ｍ+(110+180+110)ｍ+(9×60)ｍ+(7×60+45)ｍ=1825ｍ,其中(110+180+110)ｍ為預(yù)應(yīng)力雙層交通斜拉橋,其余均為等高預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。2×60ｍ為匝道與主橋連接異型段。 3.3　主孔跨徑確定 澳凼三橋通航等級(jí)為4000ＤＷＴ,速度為15節(jié),主孔通航凈空不小于150ｍ,為防止失控船撞擊橋墩,確保大橋安全,航道兩側(cè)的主塔墩需采取有效的防撞措施,考慮基礎(chǔ)寬度及防撞設(shè)施寬度,主跨跨度確定為180ｍ,通航中心線作為主跨中心線。 3.4　橋梁橫斷面布置 本橋?yàn)殡p層橋型,上層為雙向6車道,中間有欄桿,兩邊有人行道和護(hù)欄,下層為雙向4車道,另有2根?800ｍｍ的水管及7層電纜槽,還有通風(fēng)系統(tǒng)、照明電力系統(tǒng)、消防安全及交通監(jiān)控系統(tǒng)。為了使橫橋向受力合理、施工簡(jiǎn)便,主橋橫向設(shè)2個(gè)分離的單箱單室截面,每箱具體布置如下。上層:0.2ｍ(護(hù)欄)+1.0ｍ(人行道)+0.5ｍ(路緣帶)+3×3.5ｍ(行車道)+0.5ｍ(路緣帶)+0.25ｍ(防撞欄)=12.95ｍ。下層:0.5ｍ(路緣帶)+3.5ｍ(行車道)+4.0ｍ(輕軌車道)=8ｍ;或0.5ｍ(路緣帶)+2×3.5ｍ(行車道)+0.5ｍ(路緣帶)=8ｍ。為設(shè)置主跨斜拉橋塔柱,兩箱之間間隙為3.1ｍ,異型段后兩箱梁之間間隙為0.1ｍ。斜拉橋橋面寬為15.95ｍ,主要是增加了斜拉索的錨固區(qū)。引橋箱梁及正橋斜拉橋的橫斷面具體布置見圖2。
圖2　引橋箱梁及正橋斜拉橋的橫斷面布置 4　橋梁結(jié)構(gòu) 4.1　正橋 4.1.1　上部結(jié)構(gòu) 4.1.1.1　總體布置 主橋采用豎琴式平行索面混凝土斜拉橋,跨徑組成為(110+180+110)ｍ,全長(zhǎng)400ｍ,兩邊跨縱坡為5%,中間以Ｒ=3500ｍ豎曲線相連。邊主跨比為0.611,梁高6.13ｍ,梁上索距為10ｍ。 4.1.1.2　支承體系 斜拉橋邊墩設(shè)豎向活動(dòng)支座,塔梁交叉處設(shè)橫向、豎向支座,斜拉橋的縱向位移約束采用全縱漂體系,采用該種布置的主要因素如下:主跨跨度不大,地震作用下縱向水平位移最大值為150ｍｍ,梁端伸縮縫的位移量能夠滿足要求;采用全縱漂體系,能使兩塔墩共同承擔(dān)地震水平力,避免單塔承受過大水平地震力;采用全縱漂體系能降低溫度效應(yīng);因該箱梁底不能設(shè)隔板,無法設(shè)置在其他斜拉橋上經(jīng)常采用的彈性索。 4.1.1.3　主梁 (1)結(jié)構(gòu)型式箱梁為薄壁箱形截面,梁高6.13ｍ,橋面設(shè)1%橫坡,為改善箱梁整體受力性能,在各支點(diǎn)底板加厚至1.4ｍ,相應(yīng)在兩側(cè)腹板內(nèi)側(cè)加豎向隔板,頂板底加一橫肋以減小箱梁的翹曲及畸變應(yīng)力。為了使斜拉索的索力能有效地傳遞至全截面,斜拉索錨固點(diǎn)截面內(nèi)側(cè)需同支點(diǎn)截面一樣加強(qiáng)。本橋主梁采用三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。在箱梁腹板與底板結(jié)合區(qū),同時(shí)集中了底板橫向預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)、豎向預(yù)應(yīng)力筋錨固區(qū)、縱向預(yù)應(yīng)力鋸齒塊,為了盡可能減小張拉槽對(duì)截面的削弱,在箱梁底、腹板外側(cè)設(shè)置馬蹄形梁檐,將底板橫向預(yù)應(yīng)力錨固于其中。斜拉索梁上錨塊設(shè)置于主梁翼板之下。箱梁內(nèi)下層通行車輛,需要在箱內(nèi)安裝排風(fēng)、防火、消防等設(shè)備,在豎向凈空受限制的條件下,應(yīng)盡量利用橫向空間。箱梁底板寬度對(duì)箱梁受力十分敏感,在滿足通車凈空的條件下,應(yīng)減小底板的橫橋向受力跨度以改善箱梁的受力狀況。因此,箱梁采用斜腹板型式,該種截面布置能縮短斜拉索的傳力途徑,有效傳遞斜拉索索力。此外,斜腹板的景觀效果較直腹板佳。本橋高跨比為1/29.4,梁高相對(duì)較高,為了不致給人以沉重感,在箱梁外側(cè)設(shè)檐板,以增加梁體的層次感,同時(shí)在箱梁腹板中部開設(shè)圓形窗戶,縱向按一定規(guī)律排列,以增加橋梁的虛實(shí)統(tǒng)一性,開設(shè)圓形窗戶也有利于箱體內(nèi)的排風(fēng)及排煙。內(nèi)外側(cè)腹板窗戶交錯(cuò)排列。沿橋縱向,在梁內(nèi)側(cè)沿底板每隔4ｍ伸出牛腿,以支撐過橋水管。 (2)索距的確定相對(duì)剛度較大的主梁而言,主塔剛度較柔,從結(jié)構(gòu)受力上分析,該橋?qū)俨糠中崩瓨?FONT face="Times New Roman">,斜拉索的力只是將主梁部分荷載通過索力傳遞到主塔。經(jīng)過比較,6,7,8,10,12ｍ五種索距均能滿足受力要求。最后決定采用10ｍ索距,主要有如下幾個(gè)因素:索距加大,①能減少施工節(jié)段,減少工期,加快施工進(jìn)度;②視野開闊,景觀效果好;③透空率高,抗風(fēng)性能好;④能充分發(fā)揮每根索的強(qiáng)度,提高斜拉索的使用效率。但過分加大索距,會(huì)造成施工節(jié)段過長(zhǎng),重量過大,增加施工難度,提高施工成本。 4.1.1.4　斜拉索 斜拉索采用豎琴式平行索面布置,每片箱梁2個(gè)索面橫向間距為15.1ｍ。全橋橫橋向共4個(gè)索面,中間兩索面之間距離為0.9ｍ,共同錨固于主塔中塔柱,全橋共有96根斜拉索。 4.1.1.5　主塔 主塔采用Ｂ50混凝土,自承臺(tái)以上塔高85.183ｍ,橋面以上48ｍ。主塔橫橋向呈“ｍ”造型,共有3個(gè)塔柱,兩邊塔柱位于主梁外側(cè),中塔柱位于兩主梁之間。在塔梁交叉處梁底及塔頂設(shè)橫梁連接,使之成為框架結(jié)構(gòu),見圖3。塔柱按其部位分為3個(gè)區(qū)域:下塔柱區(qū)、中塔柱區(qū)、斜拉索錨固區(qū)。 圖3　主塔布置 主塔柱順橋向自上而下等寬,寬度為5.5ｍ,橫橋向均為3ｍ。塔柱截面采用單箱單室。下橫梁為單箱單室截面,高4.0ｍ,寬4.0ｍ,為了適應(yīng)橫梁端部受力需要,在橫梁與塔柱交接處對(duì)橫梁截面進(jìn)行了局部加強(qiáng)。上橫梁為單箱單室截面,橫橋向梁底設(shè)橢圓線形。上、下橫梁均為全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。斜拉索直接錨固于塔柱內(nèi)壁的鋸齒塊上,為了平衡斜索在塔柱截面產(chǎn)生拉力,在塔柱四周均布置有后張預(yù)應(yīng)力筋。 4.1.2　下部結(jié)構(gòu) 主塔基礎(chǔ)采用3個(gè)分離式承臺(tái),承臺(tái)頂高程-20.0ｍ(Ｍ·Ｓ·Ｌ),承臺(tái)底高程-23ｍ(Ｍ·Ｓ·Ｌ),上下游側(cè)塔柱承臺(tái)橫橋向?qū)?FONT face="Times New Roman">8.6ｍ,順橋向長(zhǎng)10.6ｍ,每承臺(tái)底設(shè)4根直徑2.2ｍ的鉆孔樁。中間塔柱承臺(tái)橫橋向?qū)挾?FONT face="Times New Roman">11.6ｍ,順橋向長(zhǎng)12.6ｍ,設(shè)7根2.2ｍ鉆孔樁,呈梅花形布置。所有樁按柱樁設(shè)計(jì),嵌入微風(fēng)化巖層。 4.2　引橋 在引橋設(shè)計(jì)中,分別對(duì)50,60,70ｍ三種跨徑的混凝土連續(xù)梁作了全面比較,見表1。換算每延米工程材料用量進(jìn)行比較并考慮施工難易程度,60ｍ梁跨比較合適,因此本橋引橋跨徑確定為60ｍ。
(1)基礎(chǔ)型式橋址處北岸澳門側(cè)覆蓋層較淺,埋深30ｍ左右,下臥花崗巖,由北向南覆蓋層逐漸加深,凼仔側(cè)埋深達(dá)80ｍ,由于花崗巖強(qiáng)度較高,為充分發(fā)揮樁身材料強(qiáng)度,進(jìn)一步減少橋墩基礎(chǔ)規(guī)模,每個(gè)墩設(shè)4根直徑1.5ｍ柱樁。承臺(tái)采用高樁承臺(tái),利用當(dāng)天低潮位時(shí)段,吊箱圍堰施工。 (2)上部結(jié)構(gòu)引橋上部結(jié)構(gòu)采用60ｍ預(yù)應(yīng)力混凝土等高箱梁,梁高6.13ｍ,橫橋向?yàn)閮煞蛛x式單箱單室截面。每箱頂寬12.95ｍ,底寬9.5ｍ,腹板厚為0.5ｍ,頂、底板厚分別為0.25,0.4ｍ。主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系。墩頂處主梁采用加強(qiáng)斷面,即在橋墩中心線沿順橋向左右各1ｍ的范圍內(nèi),將主梁的底板加厚至1.4ｍ,同時(shí)在箱內(nèi)設(shè)加勁肋,增加主梁的橫向擋塊。加強(qiáng)斷面底板還設(shè)有橫向抗震擋塊,抵抗地震產(chǎn)生的橫向力。 5　結(jié)　語 澳凼三橋是世界上首座雙層交通預(yù)應(yīng)力斜拉橋,該橋所在區(qū)域風(fēng)速大,地震烈度高,景觀要求高。設(shè)計(jì)中顯示了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的突出創(chuàng)新,重點(diǎn)解決了: (1)雙層受載的單室無隔板箱梁的技術(shù)關(guān)鍵。 (2)新穎別致具有鮮明地域特征的“ｍ”造型的主塔設(shè)計(jì)技術(shù)。主塔的“ｍ”造型象征ＭＡＣＡＵ的第1個(gè)字母,也寓意澳門的3個(gè)半島緊密相聯(lián),同時(shí)也象征澳凼第3座大橋,主塔造型別致,為國(guó)際首創(chuàng),促進(jìn)了現(xiàn)代橋梁技術(shù)進(jìn)步。澳凼三橋必將成為澳門的又一亮點(diǎn)。