南京長江第二大橋北汊大橋總體設計

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南京長江第二大橋北汊大橋總體設計

【摘要】南京長江第二大橋北汊大橋為預應力混凝土連續(xù)箱梁橋，主橋為90+3*165+90（m）的三向預應力變截面連續(xù)箱梁，全橋長2172m，本文介紹北汊大橋總體設計。

【關鍵詞】南京長江二橋 北汊橋 總體設計

一、概述

南京長江第二大橋位于現(xiàn)南京長江大橋下游11km，是南京長江河段南北過境高速公路上的重要橋梁，目前正順利進行上部構(gòu)造懸澆施工，計劃于2001年7月1日建成通車。

1.橋位

南京長江第二大橋北汊大橋橋址所在八卦洲河道屬長江下游南京河段，河道近于東西走向，橋址處河段為微彎分汊型，平面型態(tài)寬窄相間，北汊河道彎曲，長約21.7km，北汊大橋即位于北汊中段，北起大廠區(qū)張營村，南止八卦洲三道灣。橋址處南、北岸均構(gòu)筑了長江達標防洪堤，堤間距離 1287m，高程約 9.5m（黃海），主河槽寬近 1000m，北高南低，河床標高1.51～7.68m，深泓偏南，常水位時最大水深13.15m，北汊河道經(jīng)多年整治、建堤，河勢基本穩(wěn)定。北汊航道為揚子石化等"五大家族"專用航道，通行3000t船舶。航道寬580～600m，中心位于 k14+750，橋軸線與北汊主流、航道正交，兩端接線順適均衡，總體配合良好。

2.水文

北汊大橋水文計算分析成果：

設計流量（300年一遇）22000m3／s

設計水位 9.20m

設計流速 1.59m／s

一般沖刷 4.36m

局部沖刷 主墩13.70m，過渡墩12．40m

最大沖刷深度 主墩 18.60m，過渡墩 16.76m

建議施工水位 7.0m（頻率1／15）

3.氣象

南京屬北亞熱帶向中亞熱帶過渡氣候區(qū)，四季分明，冬冷夏熱，溫差較大，春季風和日麗，夏季炎熱，雨量充沛，秋季秋高氣爽，冬季天氣晴朗，寒冷干燥。

橋址處江面以上 28m高，百年一遇 10min平均最大風速 34.4m／s。

4.地震、地質(zhì)

經(jīng)橋址地震危險性分析，橋址使用期50年，超越概率10％，基巖地震水平加速度為0.0825g，場地為Ⅲ類場地土。

橋址主河槽及兩岸漫灘廣泛分布第四系覆蓋層，其厚度在河槽中約28～38m，巖性以粉細砂為主，零星分布淤泥質(zhì)亞粘土、亞沙土和薄層亞粘土；兩岸漫攤分布連續(xù)性較差，厚度5m左右，以亞粘土為主，其次為淤泥質(zhì)亞粘土、亞砂土和細砂。其下分布約lm厚的含卵礫石及礫砂直接覆蓋于下伏基巖之上。橋址區(qū)下伏基巖屬白堊系上統(tǒng)浦口組綜紅色泥巖、鈣質(zhì)泥巖及粉砂巖，巖石層理發(fā)育，相變及尖滅頻繁，由于組成巖石的礦物成分和膠結(jié)程序不同。巖體物理力學性質(zhì)差異較大。

二、主要技求指標

按六車道高速公路特大橋設計：

設計行車速度 100km／h

橋梁寬度 32m

設計荷載 汽車-超20級，掛車-120

設計風速 30.4m／s

地震基本烈度 Ⅶ度

船舶撞擊荷載 順水流方向20000kN，橫水流方向10000kN

通航凈空 凈寬≥125m，凈高18m

設計最高通航水位 8.10m

設計最低通航水位 -0．4lm（通航保證率99％）

設計洪水頻率 1/300

橋梁最大縱坡 不大于3％

三、橋梁總體設計

1.總體設計原則

綜合考慮橋址地形、地物、水文、地質(zhì)、通航，以及技術經(jīng)濟、美學和結(jié)構(gòu)受力要求，盡量做到技術先進、經(jīng)濟合理、造型美觀、施工方便可行，使用安全耐久，以期達到總體安全、適用、經(jīng)濟合理之目的。具體操作中，對于主橋側(cè)重于先進性、引橋則側(cè)重于經(jīng)濟往來進行橋型方案選擇及橋孔布設。

2．橋型方案及總體布置

橋跨總體布置中，重點考慮下述因素：

•兩岸均已建成長江南京河段達標大堤，為堤防安全，應避開大堤設墩，并留以足夠的安全距離，確保施工及運營期大堤安全。

•考慮北汊航道航跡及其中心位置，盡可能使主橋中心與航道中心一致，并使主橋通航橋孔覆蓋航跡范圍，主橋不少于兩個通航孔，從利于通航和美學考慮，布置了三孔通航孔。

•盡量減少深水基礎，以縮短工期、節(jié)省投資。

•主橋邊中跨比大小，既考慮結(jié)構(gòu)合理受力，也考慮方便施工?？紤]到一座大跨經(jīng)PC連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)在邊路近邊支點梁段裂縫的經(jīng)驗教訓，本橋主橋設計中，適當減小了邊孔跨徑，降低邊、中跨徑比，以期盡量減小邊跨主拉應力，避免裂縫產(chǎn)生，并有利于施工。

•橋址下伏基巖埋深不大，巖面平整。

•漫灘中引橋適當采用稍大的跨徑，這一跨徑應能跨越兩岸江堤，堤內(nèi)引橋則以經(jīng)濟跨徑布設。

•按照軟土路基允許最大填土高度要求，橋頭路堤填土高控制在5m以內(nèi)。

綜合考慮上述諸因素，在初步設計和技術設計階段，主橋擬定了90+3*165+90m和105＋3*180＋105m兩種跨徑組合的預應力變截面連續(xù)箱梁和連續(xù)剛構(gòu)方案進行了同深度的技術經(jīng)濟比較。結(jié)果認為，主孔165m的布孔方案已基本覆蓋了航跡范圍，滿足通航及防洪要求，且大跨徑預應力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)整體性能良好，剛度大，變形小，行車舒適，斷面抗扭剛度大，抗震性能好，主墩剛度相對較大，抵抗航舶撞擊能力較強，全橋型線簡潔大方，施工難度不大，養(yǎng)護維修方便，造價適度，經(jīng)專家審查和交通部批準，同意北汊主橋采用主跨165m的五跨預應力混凝土連續(xù)箱梁方案。

最終北汊大橋橋跨總體布設方案為：

主橋 9（）＋3 X 165m＋90in＝675m等截面預應力混凝土連續(xù)箱梁橋

北引橋 35m＋16*30m＋5*50m＝733．5m等截面預應力混凝土連續(xù)箱梁橋

南引橋 5*50m＋17*30m＋3.5m＝763．5m等截面預應力混凝土連續(xù)箱梁橋

全橋長 2172m。

主橋橋面標高，按兩次邊孔在最高通航水位以上留有通航凈高18m考慮，橋面以主橋中心對稱設置2．957％的雙向縱坡，并沒半徑16000m的凸型豎曲線，為改善大橋景觀，展示大橋結(jié)構(gòu)造型美感，在大橋南、北引橋分別設置了半徑為8000m和4136m的平曲線。

3.主橋

（l）主梁截面形式及其構(gòu)造

大跨度PC連續(xù)梁橋上部構(gòu)造結(jié)構(gòu)自量占設計荷載的比重，隨著跨度的增加而增大，在保證結(jié)構(gòu)剛度的前提下，盡可能地減輕上部結(jié)構(gòu)自重、并獲得較大的截面有效承載力，是其斷面設計首先考慮的問題。為此，橋梁結(jié)構(gòu)橫斷面布置，將六車道橋梁布置成上、下行分離的大懸臂三向預應力單箱單室斷面，用頂板的橫向預應力和腹板內(nèi)豎向預應力筋來解決頂板受力及主梁腹板抗剪問題，采用大噸位預應力體系及其合理布設．避免因布束增加頂、底板面積和齒板構(gòu)造。這樣的三向預應力單箱單室斷面，具有抗扭剛度大，截面效率高、動力性能良好等優(yōu)點，并能有效地減輕上部構(gòu)造自重和減小下部結(jié)構(gòu)構(gòu)造尺寸，節(jié)省材料。

主橋箱梁架高由跟部的 8.8m，梁底按二次拋物線變化至跨中的 3.0m，分別為跨徑的1／18.75和1／55，單幅箱梁頂寬15.42m，設置向外的2％橫坡，頂板兩側(cè)翼板懸臂長3.96m，頂板厚0.28m，底板寬7.5m，厚1.1～0.3m，因板厚0.9～0.4m。箱梁在墩頂0號塊設厚度為 0.8m的兩道橫隔板，其位置與主墩側(cè)壁對應，以便懸臂澆筑時，設置墩梁臨時固結(jié)構(gòu)造，在邊路端部箱梁設2.0m厚橫隔板。PC箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工，梁段劃分為8m（0號塊）＋5*2．5m＋5*3.0m＋5*3.5m＋8*4.0m，中跨、次邊跨合龍段長3.0m，邊跨合龍段長2．0m，邊跨支架現(xiàn)澆段長6．72m，梁段最大重量156t。

（2）預壓力體系

箱梁按三向預應力設計，縱向預應力采用 27φj15.24，25φj15．24， 19φj15.24和 12φj15.24的 ASTM A416－92270級鋼絞線，OVM錨。僅在箱梁跟部幾個梁段布設腹板下彎束，余全為頂板束及底板束。頂、底板來均采用平灣、豎彎結(jié)合的空間束，集中錨固于腹板頂部承托中盡量靠近腹板的齒板上，以減小局部應力和利于錨固集中力迅速傳至全斷面。箱梁頂板橫向預應力采用 4φj15.24鋼絞線，BM-4型扁錨，以75的間距布置，單端交替張拉錨固。箱梁腹板內(nèi)以50m的間距單肢和雙肢設置了φL32精軋螺紋粗鋼筋的豎向預壓力筋、YGM錨。

根據(jù)工程總體工期安排，要求主、引橋同步施工，為使主橋縱向預應力張拉作業(yè)不受引橋施工干擾，主橋邊孔正彎矩束采用梁端固定錨、梁內(nèi)張拉錨固的方式設置。

（3）主橋下部構(gòu)造

采用鋼筋混凝土空心薄壁墩，高樁承臺，群樁基礎。墩身為5m*7.5m矩形薄壁截面，壁厚 1.2m，為抵抗航舶撞擊的局部應力，采用 50號混凝土，并適當加大墩身鋼筋保護層厚度，在其中設置了鋼筋網(wǎng)。主墩承臺厚 3.5m，頂面標高-0.5m，9φ2.5m鉆孔灌注嵌巖樁基礎。

（4）關于應力控制

對大跨度PC梁式橋，考慮其施工誤差，混凝土性能的不均勻性以及計算理論與這類三向預應力結(jié)構(gòu)工作性狀的差異等，并結(jié)合國內(nèi)已建同類橋架運營實際工作狀況及出現(xiàn)的問題，設計中對主橋上都構(gòu)造各項應力指標進行了控制，使之留有一定富余和安全儲備，以增加結(jié)構(gòu)安全度和耐久性。計算結(jié)果，主橋PC箱梁施工階段最大正應力為 17.4MPa，最小正應力為-0.46MPa，最大主拉應力為-0.8MPa；運營階段最大正應力為 16．7MPa，最小正應力 2.4MPa，最大主抗應力為-0.8MPaMPa。并要求對豎向預應力采取復拉工藝，計算中并僅計其豎向預應力的部分作用，將其余部分豎向預應力作為安全儲備考慮。

4.引橋

兩岸引橋均采用逐孔澆筑的等截面PC連續(xù)箱梁，跨兩岸大堤及堤外（河中）橋孔按50m布孔，堤內(nèi)按30m布孔，鉆孔灌基礎。

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