摘要：南京長(zhǎng)江第二大橋北汊大橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，主橋?yàn)?0 3*165 90（m）的三向預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁，全橋長(zhǎng)2172m，本文介紹北汊大橋總體設(shè)計(jì)。

　　關(guān)鍵詞：南京長(zhǎng)江二橋 北汊橋 總體設(shè)計(jì)

　　一、概述

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

　　1.橋位

　　南京長(zhǎng)江第二大橋北汊大橋橋址所在八卦洲河道屬長(zhǎng)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(zhǎng)約21.7km，北汊大橋即位于北汊中段，北起大廠區(qū)張營(yíng)村，南止八卦洲三道灣。橋址處南、北岸均構(gòu)筑了長(zhǎng)江達(dá)標(biāo)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(biāo)高1.51～7.68m，深泓偏南，常水位時(shí)最大水深13.15m，北汊河道經(jīng)多年整治、建堤，河勢(shì)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 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(jì)算分析成果：

　　設(shè)計(jì)流量（300年一遇）22000m3／s

　　設(shè)計(jì)水位 9.20m

　　設(shè)計(jì)流速 1.59m／s

　　一般沖刷 4.36m

　　局部沖刷 主墩13.70m，過(guò)渡墩12．40m

　　最大沖刷深度 主墩 18.60m，過(guò)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(guò)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(fēng)速 34.4m／s.

　　4.地震、地質(zhì)

　　經(jīng)橋址地震危險(xiǎn)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(chǎng)地為Ⅲ類場(chǎng)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(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(xì)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(xué)性質(zhì)差異較大。

　　二、主要技求指標(biāo)

　　按六車道高速公路特大橋設(shè)計(jì)：

　　設(shè)計(jì)行車速度 100km／h

　　橋梁寬度 32m

　　設(shè)計(jì)荷載 汽車-超20級(jí)，掛車-120

　　設(shè)計(jì)風(fēng)速 30.4m／s

　　地震基本烈度 Ⅶ度

　　船舶撞擊荷載 順?biāo)�流方�?0000kN，橫水流方向10000kN

　　通航凈空 凈寬≥125m，凈高18m

　　設(shè)計(jì)最高通航水位 8.10m

　　設(shè)計(jì)最低通航水位 -0．4lm（通航保證率99％）

　　設(shè)計(jì)洪水頻率 1/300

　　橋梁最大縱坡 不大于3％

　　三、橋梁總體設(shè)計(jì)

　　1.總體設(shè)計(jì)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、施工方便可行，使用安全耐久，以期達(dá)到總體安全、適用、經(jīng)濟(jì)合理之目的。具體操作中，對(duì)于主橋側(cè)重于先進(jìn)性、引橋則側(cè)重于經(jīng)濟(jì)往來(lái)進(jìn)行橋型方案選擇及橋孔布設(shè)。

　　2．橋型方案及總體布置

　　橋跨總體布置中，重點(diǎn)考慮下述因素：

　　·兩岸均已建成長(zhǎng)江南京河段達(dá)標(biāo)大堤，為堤防安全，應(yīng)避開(kāi)大堤設(shè)墩，并留以足夠的安全距離，確保施工及運(yùn)營(yíng)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(gè)通航孔，從利于通航和美學(xué)考慮，布置了三孔通航孔。

　　·盡量減少深水基礎(chǔ)，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。考慮到一座大跨經(jīng)PC連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)在邊路近邊支點(diǎn)梁段裂縫的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，本橋主橋設(shè)計(jì)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(dāng)采用稍大的跨徑，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)。

　　·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(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)階段，主橋擬定了90 3*165 90m和105＋3*180＋105m兩種跨徑組合的預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁和連續(xù)剛構(gòu)方案進(jìn)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(yù)應(yīng)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(duì)較大，抵抗航舶撞擊能力較強(qiáng)，全橋型線簡(jiǎn)潔大方，施工難度不大，養(yǎng)護(hù)維修方便，造價(jià)適度，經(jīng)專家審查和交通部批準(zhǔn)，同意北汊主橋采用主跨 165m的五跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁方案。

　　最終北汊大橋橋跨總體布設(shè)方案為：

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

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

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

　　全橋長(zhǎng) 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(duì)稱設(shè)置2．957％的雙向縱坡，并沒(méi)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(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 連續(xù)梁橋上部構(gòu)造結(jié)構(gòu)自量占設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)首先考慮的問(wèn)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(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(lái)解決頂板受力及主梁腹板抗剪問(wèn)題，采用大噸位預(yù)應(yīng)力體系及其合理布設(shè)．避免因布束增加頂、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(dòng)力性能良好等優(yōu)點(diǎn)，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(shè)置向外的2％橫坡，頂板兩側(cè)翼板懸臂長(zhǎng)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(hào)塊設(shè)厚度為 0.8m的兩道橫隔板，其位置與主墩側(cè)壁對(duì)應(yīng)，以便懸臂澆筑時(shí)，設(shè)置墩梁臨時(shí)固結(jié)構(gòu)造，在邊路端部箱梁設(shè)2.0m厚橫隔板。PC箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工，梁段劃分為8m（0號(hào)塊）＋5*2．5m＋5*3.0m＋5*3.5m＋8*4.0m，中跨、次邊跨合龍段長(zhǎng)3.0m，邊跨合龍段長(zhǎng)2．0m，邊跨支架現(xiàn)澆段長(zhǎng)6．72m，梁段最大重量156t.

　�。�2）預(yù)壓力體系

　　箱梁按三向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，縱向預(yù)應(yīng)力采用 27φj15.24，25φj15．24， 19φj15.24和 12φj15.24的 ASTM A416－92270級(jí)鋼絞線，OVM錨。僅在箱梁跟部幾個(gè)梁段布設(shè)腹板下彎束，余全為頂板束及底板束。頂、底板來(lái)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(yīng)力和利于錨固集中力迅速傳至全斷面。箱梁頂板橫向預(yù)應(yīng)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(shè)置了φL32精軋螺紋粗鋼筋的豎向預(yù)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(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用梁端固定錨、梁內(nèi)張拉錨固的方式設(shè)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(tái)，群樁基礎(chǔ)。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(yīng)力，采用 50號(hào)混凝土，并適當(dāng)加大墩身鋼筋保護(hù)層厚度，在其中設(shè)置了鋼筋網(wǎng)。主墩承臺(tái)厚 3.5m，頂面標(biāo)高-0.5m，9φ2.5m鉆孔灌注嵌巖樁基礎(chǔ)。

　�。�4）關(guān)于應(yīng)力控制

　　對(duì)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(jì)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(guó)內(nèi)已建同類橋架運(yùn)營(yíng)實(shí)際工作狀況及出現(xiàn)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)中對(duì)主橋上都構(gòu)造各項(xiàng)應(yīng)力指標(biāo)進(jìn)行了控制，使之留有一定富余和安全儲(chǔ)備，以增加結(jié)構(gòu)安全度和耐久性。計(jì)算結(jié)果，主橋PC箱梁施工階段最大正應(yīng)力為 17.4MPa，最小正應(yīng)力為-0.46MPa，最大主拉應(yīng)力為-0.8MPa；運(yùn)營(yíng)階段最大正應(yīng)力為 16．7MPa，最小正應(yīng)力 2.4MPa，最大主抗應(yīng)力為-0.8MPaMPa.并要求對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力采取復(fù)拉工藝，計(jì)算中并僅計(jì)其豎向預(yù)應(yīng)力的部分作用，將其余部分豎向預(yù)應(yīng)力作為安全儲(chǔ)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(chǔ)。