深中通道浅水区非通航孔桥主梁方案研究

林晚兰

（中铁大桥勘测设计院集团有限公司深圳分公司， 深圳 518001）

1 工程概况

深圳至中山跨江通道（以下简称“深中通道”）位于虎门大桥下游约 30km，港珠澳大桥上游约38km。项目东接深圳机荷高速，跨越珠江口，西至中山市横门互通立交。

深中通道主体工程全长约24km，包括6.8km的沉管隧道、东西两座人工岛、约17km的桥梁。其中浅水区非通航孔桥长5344m，占桥梁比重约31%，选用合理的桥梁方案对于工程投资和施工工期的控制具有重要意义。

图1 全线桥梁区段划分图

2 主要技术标准

（1）公路等级：双向8车道高速公路。

（2）设计荷载：公路I级。

（3）设计速度：100km/h。

（4）设计使用年限：100年。

（5）桥面宽度：2×[0.5m（护栏）+3.0m（紧急停车带）+4×3.75（行车道）+0.75m（路缘带）+1.0m（中央分隔带）]=40.5m。

（6）桥面横坡：2.5%。

（7）设计洪水频率：1/300。

3 项目特点

主梁方案的选择依照施工可行、经济合理、工期可控以及景观协调的原则，主要考虑以下因素：

（1）此部分桥梁占比较大，为节省投资，应选用经济合理的跨径。

（2）考虑海上施工作业特点，尽量采用预制吊装的施工方案，减少现场作业工作量。

（3）桥址地质条件复杂，覆盖层较厚，基岩埋深起伏变化大，且埋深普遍较深，

最大埋深-85m。

（4）桥梁范围大部分常水位下水深在3.5m以下，局部区段出现潮退滩露，水深条件不满足大型吊船的吃水深度要求。

（5）尽量减少桥墩的阻水面积，保证阻水率不大于5%的要求。

4 主梁方案

根据防洪要求，浅水区非通航孔桥跨径不得小于50m。考虑桥梁结构合理性，跨径考虑50m、60m、70m，梁型考虑预应力混凝土箱梁、组合梁和钢箱梁连续梁结构。50m跨预应力混凝土梁方案采用节段拼装、整孔吊装和梁上运梁，60m跨预应力混凝土梁和组合梁采用整孔吊装，70m跨组合梁和钢箱梁采用整孔吊装。

4.1 50m节段拼装预应力混凝土梁

节段拼装有悬拼和悬吊两种施工方案，考虑到浅水区范围长，为缩短工期，采用悬吊方案。50m节段拼装混凝土梁[1-2]采用双幅桥面布置，见图2。

图2 50m节段拼装及整孔吊装混凝土梁标准横截面（单位 cm）

箱梁采用单箱双室斜腹板箱梁形式，梁高3.0m，顶板宽20m，底板宽11m，悬臂长3.5m。箱梁顶板厚度28cm，腹板厚度由跨中40cm变化为支点处70cm，底板厚度由跨中25cm变化为支点处60cm。支点处设置横隔梁，中横梁厚2.0m，端横梁厚1.0m。

预制箱梁节段采用C50混凝土，湿接头采用C50微膨胀混凝土。中墩墩顶留1.2m后浇缝，边墩侧留0.2m合拢现浇缝，预制节段长度为3.0m和3.4m。箱梁采用纵、横双向预应力体系，纵向预应力采用体内和体外结合的方式布置。

4.2 50m整孔吊装预应力混凝土梁

50m整孔吊装混凝土梁采用双幅桥面布置，见图2。

箱梁断面布置基本和节段拼装方案相同，采用单箱双室斜腹板箱梁形式，梁高3.0m，顶板宽20m，底板宽11m，悬臂长3.5m。箱梁顶板厚度28cm，腹板厚度由跨中40cm变化为支点处70cm，底板厚度由跨中25cm变化为支点处60cm。支点处设置横隔梁，中横梁厚2.0m，端横梁厚1.0m。

预制箱梁采用C50混凝土，湿接头采用C50微膨胀混凝土，中墩墩顶留1.2m后浇缝。箱梁采用纵、横双向预应力体系，纵向预应力体内布置。

4.3 50m梁上运梁预应力混凝土梁

国内采用梁上运梁的杭州湾跨海大桥[3]单孔梁重1350t，科威特海湾桥[4]设计运输和吊装重量为1800t。而本桥50m跨梁重达2100t，超过目前已有的设备运输和吊装能力。考虑横向布置四片主梁，减小梁体重量，见图3。单片箱梁高度为3m，梁体宽度为9.75m，两片梁间留50cm的后浇缝。

图3 50m梁上运梁混凝土梁标准横截面（单位 cm）

梁片在马鞍岛基地整孔预制、存放后，通过2×800t轮胎式搬运机转移至码头，吊放至3000t运输船上，运输至K26+005附近的2×800t提升站下，由提升站起吊至桥面的1600t运梁车上，运输至待架位置，最后由梁面上的架桥机整孔架设。

该方案主梁有现浇缝，且现浇缝位于行车道范围，接缝两侧悬臂受力变形不一致易导致接缝出现开裂。且该方案横向墩柱数量多，景观效果不佳。

4.4 60m整孔吊装预应力混凝土梁

60m整孔吊装混凝土梁[5]采用双幅桥面布置，见图4。

图4 60m整孔吊装混凝土梁标准横截面（单位 cm）

箱梁采用单箱双室斜腹板箱梁形式，梁高3.5m，顶板宽20m，底板宽11m，悬臂长3.5m。箱梁顶板厚度28cm，腹板厚度由跨中40cm变化为支点处70cm，底板厚度由跨中25cm变化为支点处65cm。支点处设置横隔梁，中横梁厚3.0m，端横梁厚1.2m。

预制箱梁采用C50混凝土，湿接头采用C50微膨胀混凝土，中墩墩顶留1.6m后浇缝。箱梁采用纵、横双向预应力体系，纵向预应力体内布置。

4.5 60m整孔吊装组合梁

60m整孔吊装组合梁[6]采用双幅桥面布置，见图5。

图5 60m整孔吊装组合梁标准横截面（单位 cm）

组合梁由钢槽梁和混凝土桥面板通过剪力钉结合而成，总梁高3.0m，顶板宽20m，底板宽11.5m，悬臂长3.5m。

其中钢槽梁高2.5m，采用三腹板结构，梁内间隔 4m设桁架式横隔板，两道横隔板之间设置1道腹板横向加劲肋。腹板和底板纵向均采用板肋加劲。

预制桥面板采用C60混凝土，腹板处厚0.5m，中部厚度0.26m，纵向分块预制，横向为整体。中支点左右各10米范围采用现浇混凝土桥面板，厚度0.5m，混凝土采用C60微膨胀混凝土。桥面板横向为预应力结构，纵向为普通钢筋混凝土结构。

4.6 70m整孔吊装组合梁

70m梁整孔吊装组合梁[6]采用双幅桥面布置，见图6。

图6 70m整孔吊装组合梁标准横截面（单位 cm）

组合梁由钢槽梁和混凝土桥面板通过剪力钉结合而成，总梁高3.5m，顶板宽20m，底板宽11m，悬臂长3.5m。

其中钢槽梁高3.0m，采用三腹板结构，梁内间隔 4m设桁架式横隔板，两道横隔板之间设置1道腹板横向加劲肋。腹板和底板纵向均采用板肋加劲。

预制桥面板采用C60混凝土，腹板处厚0.5m，中部厚度0.26m，纵向分块预制，横向为整体。中支点左右各10米范围采用现浇混凝土桥面板，厚度0.5m，混凝土采用C60微膨胀混凝土。桥面板横向为预应力结构，纵向为普通钢筋混凝土结构。

4.7 70m整孔吊装钢箱梁

70m整孔吊装钢箱梁采用双幅桥面布置，见图7。

图7 70m整孔吊装钢箱梁标准横截面（单位 cm）

钢箱梁采用等高度单箱双室截面。梁高 3.0m，桥面宽 20m，底板宽 10.5m，悬臂长3.5m。顶板采用正交异性钢桥面板[7]，板厚16～20mm，底板厚14～22mm，腹板厚12～16mm。顶板纵向采用U形闭口肋加劲，间距600mm，板厚8mm。腹板和底板纵向均采用板肋加劲。箱梁每隔3.5m设置一道横隔板，两道横隔板之间设置1道腹板横向加劲肋。

5 整孔吊装疏浚量计算

梁片在马鞍岛基地整孔预制、存放后，轨道纵横移至码头，由浮吊吊放至运输船上，运输至待架位置，由该浮吊整孔架设。或者采用运架一体船进行取梁和架梁作业。因浅滩区泥面高程为-0.4m～-2.8m，需进行航道疏浚，以满足吊船吃水深度要求。

对国内起吊能力在2600t～4000t的大型浮吊进行了调研，见表1。从表中可看出，除运架一体船吃水较浅外，其余大型浮吊吃水深度均在4.8m以上，全旋转的浮吊吃水深度更大。

表1 国内大型吊船调研情况表

其中小天鹅号因吊船需开入墩位之间进行架梁，50m跨不能满足船体作业空间，见图8。另外，天一号长期在孟加拉国作业，无法应用于本工程。

图8 小天鹅运架一体船站位示意图（单位 cm）

浮吊和运架一体船航道的宽度、深度及架梁站位时回旋水域宽度均按照规范《海港总平面设计规范》（JTS165-2013）进行计算，回淤量按照 1cm/d考虑，疏浚量计算结果见表2。

表2 整孔吊装疏浚量计算表

6 主梁方案比选

考虑下部结构采用经济效益突出的大直径桩[8]独柱墩，对各方案的工程量和造价进行比较，见表3。

表3 浅水区非通航孔桥主梁方案比较表

从比较表中可看出，50m跨节段拼装混凝土梁方案造价最低，60m跨整孔吊装混凝土梁造价较低，70m跨整孔吊装组合梁造价较低。通过对比分析，确定50m节段拼装、60m整孔吊装和70m组合梁方案为重点比较方案。

60m跨整孔吊装相对50m跨节段拼装具有以下优点：

（1）架设速度快：节段拼装只能从一端向另一端架设，理论工效1片/12天，工点少，工效低，架梁需要27个月；整孔架设，理论工效1片/天，工效高，架梁仅需9个月。

（2）质量易于保证：节段拼装梁的节间胶拼质量受天气影响大，抹胶作业必须避开雨天。整孔架设梁体在工厂整孔预制，施工质量易保证。

（3）耐久性好：节段拼装存在大量的胶拼缝，拼缝因预制质量或抹胶质量会发生不密贴的问题，形成腐蚀通道，影响结构耐久性。

（4）结构的延性好：节段拼装梁纵向钢筋不通长，仅靠预应力形成纵向整体结构，结构的延性比整孔预制梁差。

（5）施工风险性：节段拼装现场工作量大，梁段需从梁场下水，水上运输，码头提升、梁上运输，较常规节段拼装，多了水上转运环节，施工风险增加。整孔架设方案，工厂预制，运架一体，高效安全，施工风险小。

60m整孔吊装混凝土梁相对70m整孔吊装组合梁具有以下优点：

（1）造价低：70m组合梁方案造价比60m整孔吊装方案高约25%。

（2）后期养护工作量小：组合梁方案的钢结构部分需要布置箱内除湿设备，保证钢箱内表面油漆的耐久性，钢箱外表面需要定期进行油漆的重新喷涂。而混凝土梁基本不需要进行后期的养护。

综上分析，60m跨整孔吊装方案比50m跨节段拼装方案具有施工风险小、耐久性好的优点，与70m组合梁相比则具有明显的经济优势，推荐采用60m整孔吊装混凝土梁方案。

7 结语

深中通道浅水区非通航孔主梁方案研究，前期进行了充分调研，从跨度、梁型、施工方法等多角度进行比选，充分贯彻“施工决定设计”的理念，对国内同类型桥梁方案选择具体很大的参考意义。

随着国内大型桥梁越来越多，施工设备日新月异，预制吊装结构成为未来桥梁发展的趋势，整孔吊装预应力混凝土梁具有施工快、风险小、质量易保证等优点，具有很大的推广价值。