南京長江第二大橋北汊大橋總體設(shè)計

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南京長江其次大橋北汊大橋為預(yù)應(yīng)力混凝土延續(xù)箱梁橋，主橋為903*16590的三向預(yù)應(yīng)力變截面延續(xù)箱梁，全橋長2172m，本文介紹北汊大橋總體設(shè)計。

一、概述

南京長江其次大橋位于現(xiàn)南京長江大橋下游11km，是南京長江河段南北過境高速馬路上的重要橋梁，目前正順當(dāng)舉行上部構(gòu)造懸澆施工，方案于2023年7月1日建成通車。

1.橋位

南京長江其次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(dá)標(biāo)防洪堤，堤間距離1287m，高程約9.5m，主河槽寬近1000m，北高南低，河床標(biāo)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(yáng)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k14750，橋軸線與北汊主流、航道正交，兩端接線順適均衡，總體協(xié)作良好。

2.水文

北汊大橋水文計算分析成績：

設(shè)計流量22000m3／s

設(shè)計水位9.20m

設(shè)計流速1.59m／s

普通沖刷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

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(fēng)和日麗，夏季炎熱，雨量充足，秋季秋高氣爽，冬季天氣晴朗，嚴(yán)寒干燥。

橋址處江面以上28m高，百年一遇10min平均最大風(fēng)速34.4m／s.

4.地震、地質(zhì)

經(jīng)橋址地震危急性分析，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籠罩層，其厚度在河槽中約28～38m，巖性以粉細(xì)砂為主，零星分布淤泥質(zhì)亞粘土、亞沙土和薄層亞粘土；兩岸漫攤分布延續(xù)性較差，厚度5m左右，以亞粘土為主，第二為淤泥質(zhì)亞粘土、亞砂土和細(xì)砂。其下分布約lm厚的含卵礫石及礫砂直接籠罩于下伏基巖之上。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，因為組成巖石的礦物成分和膠結(jié)程序不同。巖體物理力學(xué)性質(zhì)差異較大。

二、主要技求指標(biāo)

按六車道高速馬路特大橋設(shè)計：

設(shè)計行車速度100km／h

橋梁寬度32m

設(shè)計荷載汽車-超20級，掛車-120

設(shè)計風(fēng)速30.4m／s

地震基本烈度Ⅶ度

船舶撞擊荷載順?biāo)鞣较?0000kN，橫水流方向10000kN

通航凈空凈寬≥125m，凈高18m

設(shè)計最高通航水位8.10m

設(shè)計最低通航水位-0.4lm

設(shè)計洪水頻率1/300

橋梁最大縱坡不大于3%

三、橋梁總體設(shè)計

1.總體設(shè)計原則

綜合考慮橋址地形、地物、水文、地質(zhì)、通航，以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)、美學(xué)和結(jié)構(gòu)受力要求，盡量做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、造型美觀、施工便利可行，使用平安耐久，以期達(dá)到總體平安、適用、經(jīng)濟(jì)合理之目的。詳細(xì)操作中，對于主橋側(cè)重于先進(jìn)性、引橋則側(cè)重于經(jīng)濟(jì)往來舉行橋型計劃挑選及橋孔布設(shè)。

2.橋型計劃及總體布置

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(dá)標(biāo)大堤，為堤防平安，應(yīng)避免大堤設(shè)墩，并留以足夠的平安距離，確保施工及運營期大堤平安。

·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全都，并使主橋通航橋孔籠罩航跡范圍，主橋不少于兩個通航孔，從利于通航和美學(xué)考慮，布置了三孔通航孔。

·盡量削減深水基礎(chǔ)，以縮短工期、節(jié)約投資。

·主橋邊中跨比大小，既考慮結(jié)構(gòu)合理受力，也考慮便利施工?？紤]到一座大跨經(jīng)PC延續(xù)梁或延續(xù)剛構(gòu)在邊路近邊支點梁段裂縫的閱歷教訓(xùn)，本橋主橋設(shè)計中，適當(dāng)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(yīng)力，避開裂縫產(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(dāng)采納稍大的跨徑，這一跨徑應(yīng)能跨越兩岸江堤，堤內(nèi)引橋則以經(jīng)濟(jì)跨徑布設(shè)。

·根據(jù)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(shè)計和技術(shù)設(shè)計階段，主橋擬定了903*16590m和105+3*180+105m兩種跨徑組合的預(yù)應(yīng)力變截面延續(xù)箱梁和延續(xù)剛構(gòu)計劃舉行了同深度的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。結(jié)果認(rèn)為，主孔165m的布孔計劃已基本籠罩了航跡范圍，滿足通航及防洪要求，且大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土延續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)整體性能良好，剛度大，變形小，行車舒服，斷面抗扭剛度大，抗震性能好，主墩剛度相對較大，反抗航舶撞擊能力較強(qiáng)，全橋型線簡潔大方，施工難度不大，養(yǎng)護(hù)修理便利，造價適度，經(jīng)專家審查和交通部批準(zhǔn)，同意北汊主橋采納主跨165m的五跨預(yù)應(yīng)力混凝土延續(xù)箱梁計劃。

終于北汊大橋橋跨總體布設(shè)計劃為：

主橋9+3X165m+90in＝675m等截面預(yù)應(yīng)力混凝土延續(xù)箱梁橋

北引橋35m+16*30m+5*50m＝733.5m等截面預(yù)應(yīng)力混凝土延續(xù)箱梁橋

南引橋5*50m+17*30m+3.5m＝763.5m等截面預(yù)應(yīng)力混凝土延續(xù)箱梁橋

全橋長2172m.

主橋橋面標(biāo)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(shè)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，出示大橋結(jié)構(gòu)造型美感，在大橋南、北引橋分離設(shè)置了半徑為8000m和4136m的平曲線。

3.主橋

主梁截面形式及其構(gòu)造

大跨度PC延續(xù)梁橋上部構(gòu)造結(jié)構(gòu)自量占設(shè)計荷載的比重，隨著跨度的增強(qiáng)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(shè)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、下行分別的大懸臂三向預(yù)應(yīng)力單箱單室斷面，用頂板的橫向預(yù)應(yīng)力和腹板內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力筋來解決頂板受力及主梁腹板抗剪問題，采納大噸位預(yù)應(yīng)力體系及其合理布設(shè).避開因布束增強(qiáng)頂、底板面積和齒板構(gòu)造。這樣的三向預(yù)應(yīng)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)約材料。

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，分離為跨徑的1／18.75和1／55，單幅箱梁頂寬15.42m，設(shè)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(shè)厚度為0.8m的兩道橫隔板，其位置與主墩側(cè)壁對應(yīng)，以便懸臂澆筑時，設(shè)置墩梁暫時固結(jié)構(gòu)造，在邊路端部箱梁設(shè)2.0m厚橫隔板。PC箱梁采納掛籃懸臂澆筑施工，梁段劃分為8m+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，梁段最大分量156t.

預(yù)壓力體系

箱梁按三向預(yù)應(yīng)力設(shè)計，縱向預(yù)應(yīng)力采納27φj15.24，25φj15.24，19φj15.24和12φj15.24的ASTMA416-92270級鋼絞線，OVM錨。僅在箱梁跟部幾個梁段布設(shè)腹板下彎束，余全為頂板束及底板束。頂、底板來均采納平灣、豎彎結(jié)合的空間束，集中錨固于腹板頂部承托中盡量逼近腹板的齒板上，以減小局部應(yīng)力和利于錨固集中力快速傳至全斷面。箱梁頂板橫向預(yù)應(yīng)力采納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(shè)置了φL32精軋螺紋粗鋼筋的豎向預(yù)壓力筋、YGM錨。

按照工程總體工期支配，要求主、引橋同步施工，為使主橋縱向預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)不受引橋施工干擾，主橋邊孔正彎矩束采納梁端固定錨、梁內(nèi)張拉錨固的方式設(shè)置。

主橋下部構(gòu)造

采納鋼筋混凝土空心薄壁墩，高樁承臺，群樁基礎(chǔ)。墩身為5m*7.5m矩形薄壁截面，壁厚1.2m，為反抗航舶撞擊的局部應(yīng)力，采納50號混凝土，并適當(dāng)加大墩身鋼筋庇護(hù)層厚度，在其中設(shè)置了鋼筋網(wǎng)。主墩承臺厚3.5m，頂面標(biāo)高-0.5m，9φ2.5m鉆孔灌注嵌巖樁基礎(chǔ)。

關(guān)于應(yīng)力控制

對大跨度PC梁式橋，考慮其施工誤差，混凝土性能的不勻稱性以及計算理論與這類三向預(yù)應(yīng)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情況及浮現(xiàn)的問題，設(shè)計中對主橋上都構(gòu)造各項應(yīng)力指標(biāo)舉行了控制，使之留有一定富余和平安儲備，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)平安度和耐久性。計算結(jié)果，主橋PC箱梁施工階段最大正應(yīng)力為17.4MPa，最小