福州市金山大桥拓宽改造总体方案设计与研究

黄国雄

(福州市规划设计研究院，福州 350108)

1 工程概况

金山大桥及南北立交拓宽改造工程起于金榕北路，与金山大道顺接，跨越闽江后接到上浦路，止于工业路，为福州市重要的过江通道。 本工程除在现状桥下游新建复线桥外，还对两端接线进行改造。 南桥头保持与闽江大道现状分离式立交， 北桥头与江滨西大道分离式立交改造为互通立交， 同时补充南北接线非机动车和行人上下金山大桥的慢行系统。主线桥长1234.7 m，桥宽19.5 m，其中通航孔为(60+110+60)m 连续刚构。

2 技术标准

(1)道路等级及设计车速：城市主干路，设计车速50 km/h；

(2)荷载等级：城-A 级；

(3)桥梁设计基准期为100 年，结构安全等级为一级[1]；

(4)通航标准：闽江桥址处为IV 级通航标准。 双向通航孔净宽90 m， 通航净空高度大于8 m， 最高通航水位：7.25 m；

(5)地震基本烈度：7 度，设计基本地震动峰值加速度为0.10 g[2]。

3 工程建设条件

拟建场地上跨闽江北港，沿线主要为闽江、公园、绿地及旧路，地形相对较平坦，属河谷冲淤积平原地貌单元。 地质表层主要为人工堆填层，下部为第四系冲洪冲淤积层，覆盖层厚度较大，由杂填土、粘土、淤泥质土、粗中砂、粉质粘土、卵石及风化基岩组成。 场地未见活动断裂，较稳定。

4 桥梁拓宽总体方案研究

4.1 南北接线立交方案设计

北岸设置互通连接江滨和乌山西路， 即设置江滨路和乌山西路上金山大桥的匝道、 金山大桥至江滨路的匝道，由于现状防洪堤限制，用地空间有限，金山大桥右转至南江滨路无法设置匝道。 同时在北互通内设置满足各个方向行人、非机动车快速上下桥的人行桥系统，完善人非过江的功能。

南岸道路及用地充足， 仅对现状的苜蓿叶立交进行局部的优化改造，满足周边交通需求，具体平面如图1。

图1 南北接线立交改造平面图

过江桥梁拓宽改造项目受周边既有用地、 现状构造物及施工期间交通保通的影响较多， 需在综合考虑多个影响因素的基础上，权衡各自优缺点，审慎选择总体设计方案。

4.2 主桥结构方案比选研究

本工程拓宽改造是在原大桥下游侧新建一幅桥，新旧桥距离1 m，由于原桥主跨通航孔采用(60+110+60)m 的预应力混凝土变截面连续梁刚构桥， 从通航和美观考虑，新建的复线桥桥墩应与原桥对齐，桥跨一致，结构型式应与原桥相近，整体协调。 桥型立面图如图2。

图2 通航孔桥型立面布置图

4.2.1 上部结构研究

旧桥主梁为预应力混凝土变截面连续梁刚构桥，采用单箱单室斜腹板箱形截面，主墩支点处梁高5.2 m，跨中梁高2.4 m。 由于受通航净空的限制，本次新建桥的梁底高不能比旧桥低，同时受景观要求，新旧桥桥面标高不能错开，因此新桥梁高严格受限。 通过对上部结构的受力计算分析， 比选了钢箱梁和预应力混凝土变高度单箱双室截面两种方案，受力上均满足要求，综合考虑上下部结构协调、造价、工期、施工吊装及养护等因素后最终采用了混凝土连续刚构桥的方案。主梁顶板宽19.5 m，底板变宽，箱梁悬臂3.5 m。 顶板厚度为0.26 m， 底板厚度为0.28～1.3 m，腹板厚度为0.45～1.0 m。 主梁支点截面见图3。

图3 上部结构分段图

箱梁悬臂现浇节段分为12 个， 节段长3.5 m、4.0 m、4.5 m，最大悬臂节段重量为252.5 t，最小悬臂节段重量为166.7 t。 主跨上部结构分段见图4。

图4 上部结构分段图

4.2.2 下部结构研究

(1)桥墩尺寸与合龙顶推力确定

从通航和美观考虑， 新建的复线桥桥墩与原桥对齐，桥墩采用与原桥相同的单肢实心结构墩，整体协调。

选取2.2 m、2.4 m、2.6 m 3 种墩宽进行计算对比分析，运营阶段，墩身应力统计如表1。

表1 运营阶段墩身应力统计表 (单位：MPa)

从以上的对比分析可以看到，

墩宽在2.4 m、2.6 m 时，通过施加墩身预应力，墩身结构满足预应力混凝土结构A 类构件的设计要求，墩宽为2.2 m 时结构设计较困难， 墩宽2.4 m、2.6 m 结果相差较小。

在施加合龙顶推力后，有效改善了主墩受力。 但墩宽2.2 m 桥墩要达到合理受力状态，需施加较大的合龙顶推力，施工较困难。 墩宽2.4 m、2.6 m 桥墩要达到合理受力状态，需施加的合龙顶推力较小，结果相差较小。

因此推荐采用2.4 m 宽桥墩， 合龙顶推力定为3000 kN。

(2)桩基方案比选

由于桥墩高度较矮， 基础刚度直接影响桥梁整体计算结果。 故对不同桩径的主墩桩基础进行刚度比选。

①桩基方案一：采用6 根φ2.0 m 钻孔桩，桩长约95 m，平面布置如图5。

图5 方案一桩基布置图(单位：cm)

②桩基方案二：采用6 根φ2.2 m 钻孔桩，桩长约90 m，平面布置如图6。

图6 方案二桩基布置图(单位：cm)

③桩基方案三：采用13 根φ1.5 m 钻孔桩，桩长约65 m，平面布置如图7。各个桩基方案刚度统计如表2。

图7 方案三桩基布置图(单位：cm)

表2 桩基方案刚度统计

从以上的对比分析可以看到， 方案一基础刚度最小，桥墩结构设计较容易；方案三基础刚度最大，桥墩结构设计很困难。 桩基方案二与方案一相比刚度较大，桥墩设计较方案一困难，且桩基工程量较大。

根据基础刚度对比， 从结构受力条件及基础工程量方面比较，方案一较为合理，故主墩推荐采用6 根φ2.0 m钻孔桩方案。

5 结语

本文针对金山大桥拓宽改造总体方案设计， 先通过对改造工程的总体设计方案构思研究，确定总体方案；再重点针对通航孔主桥的桥型选择、 上下部结构的尺寸比选拟定与计算，最终确定本工程的设计方案，对类似桥梁拓宽工程项目方案比选研究提供一定的参考意义。