港珠澳大桥非通航孔跨径及基本构造方案设计.docx

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港珠澳大桥非通航孔跨径及基本构造方案设计

港珠澳大桥非通航孔跨径及基本构造方案设计

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港珠澳大桥各区段推荐的非通航孔桥跨径及基本构造：

1浅水区

（1）联跨布置

浅水区非通航孔桥推荐采用75m跨连续刚构，以墩高25m为界分为高墩区和低墩区，其中高墩区推荐采用5孔一联，低墩区推荐采用4孔一联，中墩固结，过渡墩设竖向支座。

桥型布置图

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（2）桥位附近东岸有香港大屿山机场，青州航道桥处航空限高为208m，西岸

有澳门机场，九洲航道桥处航空限高为138m，江海直达船航道桥处航空限高为158米，这是在确定桥型方案及施工工艺时需要满足的条件。

（3）通航孔桥是桥梁景观的重要元素，通航孔桥在满足功能的前提下，需重点考虑其景观性。

通航孔桥景观方案的选择将在总体景观规划统筹下考虑各通航孔方案的景观，并保持三座通航孔桥的景观协调性及与非通航孔桥、隧道通风竖井的协调性。

（4）工程地处台风影响频繁地区，对大跨度通航孔桥，须充分重视桥梁结构抗风研究，保证桥梁安全；同时，需研究大风对车辆行驶安全的影响，研究是否需要设置风障，并考虑设置风障后对结构的影响。

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（5）考虑通航孔桥位于海上的特点，宜尽量减少海中作业时间，以预制安装构件为方案构思的原则。

（6）墩位布置中一方面要根据航道位置进行布置，同时桥墩及桩位布置，注意避开断裂带及断层。

（7）功能及结构总体设计中要考虑运营期管养的方便性及可实施性，要考虑

维护、管养的“可到达、可监测、可检查、可维护、可更换”性。

按照全寿命周期内费用最低为原则进行方案选择。

（8）充分吸取当今世界范围内建桥的新理论、新材料、新工艺和先进经验，选用技术先进、经济合理、施工方便可行、结构安全耐久的工程方案。

各通航孔桥位置及跨径要求

青州航道桥适宜桥型方案分析

主跨460m的桥梁，适宜的桥型主要是斜拉桥、拱桥等方案。

（1）拱桥

主跨460m对拱桥来说规模偏大，施工难度和施工风险较高，钢材用量较多，经济性较差，运营期间养护费用高，拱脚易受船撞，因此，此处采用拱桥不适宜。

（2）斜拉桥

460m跨径是斜拉桥的经济跨径，设计、建造技术成熟，造价经济，各方面适应性均相对较优。

因此，青洲航道桥推荐采用斜拉桥桥型方案，对主跨460m的斜拉桥，可以采用双塔斜拉桥和独塔斜拉桥。

460m独塔斜拉桥索塔总高度将达280m左右，大于航空限高208m要求，因此，只能采用双塔斜拉桥方案。

青州航道桥适宜桥型方案比选

（1）索面布置

斜拉桥索面横桥向布置主要分为中央索面和两侧双索面布置。

综合考虑桥面通透性、基础规模与施工难度等因素，推荐采用中央索面独柱塔方案，考虑到主梁较宽，为了给结构提供更大的抗扭刚度，索面布置为中央双索面布置。

斜拉桥索面布置形式主要有扇形布置和竖琴式，综合考虑景观、结构构造、施工便利性等因素，推荐采用竖琴式中央双索面布置。

（2）主梁横截面形式

主跨460m斜拉桥，主梁采用钢箱梁、混凝土梁、叠合梁在结构上均是可行的，在国内外已有成功的先例，本桥推荐采用叠合梁。

为与引桥外形统一，提高景观效果，推荐采用倒梯形主梁。

对于主梁可能出现的涡激共振，通过设置导流板或分流板等措施予以解决。

主梁截面形式可采用整箱断面或双边箱断面，通过综合比选，主梁推荐采用整箱断面叠合梁方案，混凝土桥面板按间距50cm设置15-3横向预应力。

（3）基础形式

青洲航道桥桥位水深6～10m，基岩埋藏60～90m，群桩基础与沉井基础均为可选方案。

投标阶段针对钻孔灌注桩、打入钢管桩、及沉井基础进行同等深度的经济技术比选。

首先对钻孔灌注桩三种不同直径进行比较，确定最合理、经济桩径，钻孔桩以微风化岩为持力层，采用群桩基础。

考虑目前国内施工设备及技术现状，钢管桩直径采用1.6m，采用群桩基础，并以中砂层为持力层。

沉井基础具有整体性好、刚度大的特点，可承受较大的竖向荷载及船撞力，基础平面尺寸35×25m、高度62m，选择中砂层为基底持力层。

经过综合比较，青洲航道桥桩基础推荐采用变截面混凝土钻孔灌注桩基础。

青州航道桥推荐桥型方案及基本构造

（1）桥跨布置及结构体系

推荐的青州航道桥布跨为：

（112.5＋117.5）＋460＋（117.5＋112.5）m，采用半漂浮体系。

（2）塔、梁、索布置及构造

推荐采用竖琴式中央双索面布置，斜拉索在梁上标准索距为10.5m，索塔上索距为5.0m。

全桥共设4×20对索，斜拉索采用平行钢丝斜拉索，标准强度1670MPa，

索与塔上、索与梁均采用钢锚箱锚固方式。

桥塔采用独柱混凝土桥塔，塔高176m，桥塔断面采用渐变菱形断面，即塔柱所有标高处断面均在塔底菱形断面范围内变化，塔底为菱形截面，外轮廓尺寸为10×22m，塔顶为四边形带倒角的截面，外轮廓尺寸为6×6m，这种简约的塔柱与扩大的塔座构成稳定的桥塔形式。

在塔座的设计中，考虑了三角形元素的融入，使其产生简洁中有变化，稳定中有动感的造型特征。

推荐索塔方案构造

主梁采用叠合梁，横截面为倒梯形、大悬臂单箱三室截面结构，梁宽40.6m，梁高4.0m，混凝土桥面板板厚28cm，采用分片预制，并在预制场通过剪力钉与钢梁连成整体，节段间混凝土桥面板接缝的浇注在海上完成，尽可能减少海上工作量。

为满足大悬臂受力，在悬臂下设置钢加劲肋，肋距3.5m。

推荐方案主梁断面图

剪力钉连接件

索塔承台采用八边形，承台外轮廓尺寸为24.0×43.5m，承台厚6m，承台下设26根直径2.8～2.5m的变截面钻孔灌注桩，香港侧桩长为103m，珠海侧为96m，按照摩擦桩设计；辅助墩基础采用八边形承台，承台外轮廓尺寸为17.5×37.0m，承台厚4.5m，承台下设16根直径2.8～2.5m的变截面钻孔灌注桩，桩长为70m，按照摩擦桩设计；过渡墩基础采用八边形承台，承台外轮廓尺寸为17.5×30.5m，承台厚4.5m，承台下设13根直径2.8m～2.5m的变截面钻孔灌注，桩长为70m，按照摩擦桩设计。

索塔钻孔桩基础

辅助墩钻孔桩基础

过渡墩钻孔桩基础

为与非通航孔桥协调一致，辅助墩、过渡墩墩身采用整幅方案，墩形比较见

非通航孔桥。

基础通过防撞套箱消能后自身防撞。

江海直达船航道桥适宜桥型方案分析

桥主跨跨径220m，建筑限高158m，可供选择的桥型结构主要有预应力混凝土连续刚构、自锚式悬索桥、拱桥、斜拉桥、部分斜拉桥等。

由于自锚式悬索桥主梁施工需采用满堂支架或设置临时墩顶推施工，该施工方法不适合海上施工，且经济性差，不具有可比性。

（1）预应力混凝土刚构桥

预应力混凝土连续刚构桥面上无建筑物，不利于减缓长桥行车视觉疲劳，且景观效果不突出；同时根据国内外工程实践经验，当刚构桥的跨径超过200m时，其后期的徐变挠度问题尚未解决，裂缝问题较为严重，难以满足耐久性要求。

（2）拱桥

桁架拱桥和系杆拱桥构件繁多，对于处在茫茫大海中的江海直达航道桥，均平添了诸多运输、管理方面的难题；同时维护成本较高，且与全桥整体景观不协

调。

（3）标准斜拉桥

可考虑独塔斜拉桥或三塔斜拉桥，该处航空限高158m，不宜采用高大索塔，故三塔斜拉桥方案优于独塔斜拉桥。

（4）部分斜拉桥

部分斜拉桥拉索数量较少，结构简洁；从与青州航道桥景观既统一又有变化的角度出发，本处推荐采用三塔部分斜拉桥方案，部分斜拉桥方案具有成熟的设

计、施工经验。

桥型方案综合比较表

综上所述，推荐江海直达航道桥采用三塔部分斜拉桥方案。

江海直达航道桥适宜桥型方案比选

（1）整幅、分幅方案比较

整幅主梁结构整体性强，抗扭能力强；斜拉索锚固在主梁腹板边，传力效果较好。

从景观角度出发，下塔柱横向可采用单柱型式，显得简单、明快，并可适

当降低阻水率。

但桥宽达到33.1m，易产生横向裂缝，需要严格质量管理。

已建的淇澳大桥为单索面预应力混凝土斜拉桥，桥宽33.0m，其预制梁段采用先进的施工管理技术，质量完好。

分幅主梁结构整体性稍差，抗扭能力不如整箱断面；斜拉索锚固在连接横梁上，需要较大截面惯矩来满足结构受力要求；索力从横梁传递给主梁，传递效率稍低。

从景观角度出发，下塔柱横向应采用双柱型式，视觉效果稍差，阻水率偏大。

综上所述，推荐整幅箱梁方案。

（2）主梁型式比较

钢箱梁防腐要求高，且钢桥面铺装耐久性难以保证，不具有可比性。

叠合梁方案温度效应较大，采用中塔固结、边塔漂浮或半漂浮体系；变截面叠合梁制造难度大、不经济；等截面叠合梁刚度较小，需要增加塔柱高度来提高整体刚度。

变截面混凝土矮塔斜拉桥是典型的刚梁柔索体系，主梁刚度较大，拉索应力幅较小，斜拉索应力可以用到0.6Rb。

叠合梁与混凝土箱梁比选基本与青州航道桥相同。

综上所述，推荐采用变截面混凝土主梁方案。

（3）索面布置

索面横桥向布置主要分为中央索面和两侧双索面布置，推荐采用中央双索面布置，理由同青州航道桥。

（4）基础型式

江海直达船航道桥水深7米左右，覆盖层厚55.80～58.95m，上部软弱土层厚33.4～35.4m，下部砂土层土质不均，其内夹有较多呈透镜体分布的软～可塑状粉质粘土，下伏基岩风化层不甚发育，微风化花岗岩埋深埋藏较浅，为61.4～67.0m，岩体完整，岩质坚硬。

推荐采用钻孔灌注桩群桩基础，理由同青州航道桥,以微风化岩为持力层。

对主墩钻孔灌注桩基础进行了3.0m、2.8m和2.5m三种不同桩径的对比，过渡墩进行了2.5m和2.2m两种不同桩径的对比。

经综合分析，主墩与过渡墩推荐直径2.5m钻孔灌注桩基础。

江海直达船航道桥推荐桥型方案及基本构造

（1）桥跨布置及结构体系

本桥推荐方案跨径为120+2×220+120m，三塔塔墩梁固结、柔性墩体系。

江海直达船航道桥三塔部分斜拉桥方案

江海直达船航道桥效果图

（2）斜拉索布置及构造

变截面混凝土矮塔斜拉桥是典型的刚梁柔索体系，在欧美、日本、国内已经建成多座，较为成熟。

其主梁刚度较大，拉索应力幅较小，斜拉索应力可以用到

0.6Rb，更适合采用钢绞线斜拉索。

斜拉索采用中央双索面布置，在梁上间距为8.0m、在塔上间距0.8m，全桥共设3×8对索。

（3）主梁布置及构造

采用单箱三室变截面预应力混凝土结构，根据结构受力及与非通航孔相匹配的原则，索塔处梁高7.5m，跨中梁高4.0m；翼缘悬臂长度及外腹板斜率与非通航孔桥一致，为满足大悬臂受力，在悬臂下设置加劲肋，肋距3.5m，计算分析详见浅水区非通航桥；顶、底板钢束采用规格为15-22和15-25的预应力钢绞线，边、中腹板钢束采用规格为15-17和15-19的预应力钢绞线。

塔根部加高段有以下两种型式，如图2.1.5.2-3所示。

显然，方案一无论从梁侧面景观效果看还是从底板宽度减小的角度考虑，均优于第二方案，因此推荐

方案一断面。

主梁断面型式

（4）索塔塔形、墩身及基础构造

为配合中央索面布置，索塔采用三塔独柱方式，从主梁中部穿出，塔柱上进行景观造型处理。

索塔型式

推荐方案下塔柱长约25.5m，上塔柱高约23.0m，主梁处于塔柱黄金分割点附近。

下塔柱采用双壁柔性墩结构，成正三角型布置，与全桥基本元素相一致，下塔柱为双薄壁墩形式，单个墩底断面为2.0×10.0m，墩间净距为6.0m；单个墩顶断面为2.0×7.0m，墩间净距3.7m。

；上塔柱中部采用倒三角型式，适当增加了塔柱的通透效果，塔柱为在梁底处断面6.7×4.4m，塔顶断面8×3.3m；由于防撞需要，索塔承台上一段下塔柱两片墩身连成整体，并设置实心段。

承台标高3.8m，高5.5m，其上设置台座，台座高2.0m。

基础采用12根2.5m桩径的大直径钻孔灌注桩。

索塔一般构造

过渡墩采用具有三角型元素的单柱墩，考虑船撞因素，承台顶一段墩身设实心段；墩顶为双枝分叉形式，便于支座更换，单枝断面为3.5×4.8m；墩底断面为8.5×4.8m。

承台标高3.8m，高5.0m，其上设置台座，台座高1.5m米。

基础采用9根2.5m桩径的大直径钻孔灌注桩。

考虑结构自身防撞，主墩、过渡墩承台外侧设置附着式消能箱。

（5）斜拉索梁端锚固

主梁采用单箱三室结构，在主梁根部，索塔从箱梁中间穿出，为保证斜拉索基本平行，中间索面斜拉索锚固于中箱内腹板侧。

斜拉索梁端锚固构造

（6）索塔锚固方案

本桥采用独柱式索塔，索塔外形尺寸纤细，塔上锚固空间有限，故采用索鞍式分丝转向锚固型式，该种型式在分丝套管锚固方式基础进行改进，更有利于斜拉索的更换。

分丝转向锚固构造

江海直达船航道桥总体规模不大，推荐的方案及构造国内均有类似工程成熟

经验，根据拟定的尺寸进行详细分析计算表明，均满足规范要求。

九洲航道桥适宜桥型方案分析

九洲航道靠近珠海情侣大道，景观效果要求较高，且航道交通繁忙，桥位处受到澳门机场航空限高制约（控制高程为138m）。

280m主跨可选用的桥型方案主要有斜拉桥、矮塔斜拉桥和拱桥。

为了和青州、江海直达船航道桥呼应、统一，此处选择标准斜拉桥。

九洲航道桥适宜桥型方案比选

（1）索面布置

九洲航道桥推荐采用竖琴式中央双索面独柱形索塔，选择理由同青航道桥。

（2）梁的横截面形式

主梁推荐采用大悬臂翼缘倒梯形单箱三室叠合梁，理由同青州航道桥。

（3）基础形式

九洲航道桥桥位水深3～4m，基岩埋深25～35m，采用钻孔灌注端承桩从结构受力、经济性、施工等角度都具有明显优势，故九洲航道桥推荐采用钻孔灌注桩基础。

九洲航道桥推荐桥型方案及基本构造

九洲航道桥推荐采用主跨为280m的双塔三跨叠合梁斜拉桥，桥跨布置为145＋280＋145m，半漂浮体系。

斜拉索推荐采用竖琴式中央双索面布置，梁上标准索距为11.25m，索塔上索距为5.0m。

斜拉索采用平行钢丝斜拉索，标准强度1670MPa。

斜拉索塔上、梁上锚固均采用钢锚箱锚固方式。

独塔造型采用扬帆启航为塔造型的设计主题，主塔柱的造型元素取自帆船的桅杆，辅塔的造型元素取自满张的风帆。

塔头采用三角形突起，从视觉上呼应向

上渐收的辅塔造型，同时呼应全线的三角形造型元素。

整塔三角形的重心放置于全塔高度上的黄金分割点，带来稳定、协调和美观的单塔造型。

索塔由混凝土塔柱和不锈钢管弦杆组成风帆塔造形，混凝土独柱为带切角的矩形断面，外侧拉杆由桥面以下混凝土基座和桥面以上的不锈钢管弦杆组成，在桥面附近变截面附近设置钢混结合段。

上塔柱及弦杆截面

塔底截面

从结构受力角度看，钢弦杆参与结构总体受力，通过与不设置钢弦杆方案进行计算比选，设置钢弦杆能显著减少混凝土塔柱的弯矩，提高结构刚度。

索塔活载弯矩图（Case1：

不设钢弦杆，Case2：

设置钢弦杆）

设置钢弦杆方案活载正负位移绝对值和为36.5cm，不设置钢弦杆方案为40.1cm，设置钢弦杆提高了结构刚度。

钢结构部分采用不锈钢管，减少后期养护工作量。

主梁采用叠合梁，横截面为倒梯形、大悬臂单箱三室截面结构，梁宽39.1m，梁高4.0m，混凝土桥面板板厚28cm，采用分片预制，并在预制场通过剪力钉与钢梁连成整体，节段间混凝土桥面板接缝的浇注在海上完成，尽可能减少海上工作量。

为满足大悬臂受力，在悬臂下设置钢加劲肋，肋距3.75m。

主梁断面（单位：

cm）

索塔基础均采用八边形承台，承台外轮廓尺寸为16.5×32.5m，承台厚5m，承台下设16根直径2.8m米的钻孔灌注桩，香桩长为58m，按照嵌岩桩设计；过渡墩基础采用八边形承台，承台外轮廓尺寸为15.7×26.9m，承台厚4.5m，承台下设13根直径2.8m的钻孔灌注，桩长为58.5m，按照嵌岩桩设计。

索塔基础（单位：

cm）

过渡墩基础（单位：

cm）

为保证全桥结构的统一性，提高景观效果，九洲航道桥的过渡墩、辅助墩的横向也采用整幅布置方案