摘要：本文通過對調順跨海大橋在項目決策階段橋梁方案的總結分析，并針對廣東西部沿海地區提出了各種結構形式主橋橋型方案的優缺點，充分考慮了湛江海灣橋梁抗風、防腐要求較高的實際，在設計理念、表現形式、橋梁景觀等方面有一定的特色，基本反映了當今橋梁的發展趨勢，以便今后在類似跨海通道項目中借鑒采用。

　　關鍵詞：鐵路運輸方面的論文,決策階段,跨海橋梁,橋梁方案

　　第一章 工程概況

　　調順跨海大橋位于廣東省湛江市北部，起點于遂溪縣文車村以南對接G325 改線段，路線由西向東經赤坎區調順島，跨越五里山港，終點于坡頭區山塘村以東接湛江市官渡海圍、消坡海圍大橋工程。本項目是湛江市“十二五”路網規劃中灣區內環的北線重要組成部分，是湛江市規劃的主要貨運通道之一，也是湛江市重要的東西向主通道。本項目推薦采用一級公路，設計速度80km/h，雙向6 車道，路基寬32m，路線全長約9.5km,設平交口4 處，占用土地約671.4 畝。由于本工程位于廣東西部沿海地區,沿線地形較平坦，在主橋橋型方案選擇方面便呈現出了多樣化的特點，因而在決策階段需要進行充分考慮和綜合分析，以確保橋梁方案經濟美觀。

　　第二章 橋梁方案控制因素及特點

　　2.1 地形、地質、水文及氣象等因素

　　擬建大橋跨越的斜麻海水域的右岸側為自然岸線，左岸側(奧里油碼頭所在側的岸線)岸線已經進行了人工整治。橋位處兩堤岸之間的距離約為1350m,最大水深約為9.0m，水面寬度約為900m。

　　工程區沿線地形緩狀起伏，地貌類型主要有沖洪積平原及海灣灘涂。岸側地表下均為人工填土層，其平均層厚3m～8m，淤泥、淤泥質砂土、淤泥質黏土層，其平均層厚4～6m左右，其下均以粉砂、黏土、粉質黏土層為主(夾中砂)，水中地表下均淤泥、淤泥質砂土、淤泥質黏土層，其下均以粉砂、黏土、粉質黏土層為主(夾中砂)，根據地質勘察報告未見較完整弱風化基巖。

　　湛江港灣內波浪較小，波浪侵蝕與掀沙作用不強;湛江港灣納潮量大，潮流作用強，且落潮歷時短、流速大，泥沙不易落淤，大部分泥沙隨落潮帶出港灣。整個港灣泥沙淤積不強，灘槽比較穩定。

　　港區內潮汐屬不規則半日潮，每一太陽日有兩次高潮出現，潮差較大，達4～6m，平均高潮位4.33m，平均低潮位2.04m，最高潮位7.09m，最低潮位-0.65m，平均潮差0.57m。

　　該地區年平均氣溫23°C，1月平均氣溫15°C，7月平均氣溫29°C，極端最高氣溫38.1°C，極端最低氣溫2.8°C。年均降雨量1534mm，降雨多集中在4～9月。

　　夏秋臺風為主要自然災害，根據湛江氣象臺提供的風況資料顯示，夏季盛行東南風，冬季盛行偏北風，全年最多為東風和東南東風，強風向為東風和東北東風。最大登陸強臺風，歷史極大風速達57m/s以上。

　　2.2通航航道因素

　　本工程跨越湛江航道，根據《調順跨海大橋通航凈空尺度和技術要求論證研究報告》，跨海大橋按通航5000噸級海輪標準設計，通航尺寸B×H=249m×38m。

　　本工程航道通航等級高，對路線要求較高。首先，大橋橋位按通航要求盡可能與航道正交，同時需滿足通航凈空的要求，由于區域地勢平坦，而航道等級較高，凈高達38米，使得橋梁總長度增加，同時由于通航凈寬的限制，通航孔主橋只能采用大跨度橋型方案，從而使得工程投資隨之增加。

　　2.3現狀環境及橋位邊界條件因素

　　橋位處現狀地勢平坦，視野開闊。湛江港水面寬度約1.2Km。西側橋位以南有奧里油電廠及湛江電廠，緊接是湛江港第三作業區，橋位以北500m處為特殊用地，特殊用地與奧里油電廠之間約有1千米寬的淺灘區。東側橋位現狀為鄉鎮村落，大部分均為低矮建筑，遠期規劃為坡頭港區。

　　推薦橋位下游東岸為規劃坡頭港區，港口資源是不可再生資源，非常珍貴，城市的經濟發展與港口碼頭息息相關，港口經濟已經成為推動區域經濟發展的重要力量。本次設計綜合考慮了橋位對規劃港口影響，盡量避免對港口碼頭的切割。

　　圖2-1 橋位邊界條件示意圖

　　2.4本項目橋梁與周邊橋梁的關系

　　湛江海灣大橋主橋為雙塔雙索面混合梁斜拉橋，斜拉橋主跨為480m，鋼砼混合箱梁結構，斜拉橋邊跨跨度為120m+60m。該橋橋位處水深達20m，橋梁基礎為104m、塔高達150m，技術難度大，工程非常艱巨，是廣東繼虎門大橋之后建設的最大規模的橋梁工程。擬建調順跨海大橋是湛江海灣上的第二座跨海特大橋，距離湛江海灣大橋約7.5公里，同時調順跨海大橋為5000噸通航等級，而湛江海灣大橋為五萬噸通航等級，在主橋跨度上，湛江海灣大橋有優勢，且湛江海灣大橋自建設以來在民眾的心目中地位較高，在這種情況下，擬建的調順跨海大橋只有通過橋梁文化理念、技術創新上超越湛江海灣大橋，成為湛江市的又一標志性建筑。

　　2.5本項目橋梁工程的特點

　　本項目主體工程為跨海域的重點橋梁工程，工程規模大，具有下述特點：

　　①湛江調順跨海大橋主橋定位為湛江市地標性建筑，橋型的選擇及景觀的要求高;

　　②為大型的跨海橋梁，東、西引橋海上施工規模較大，施工難度較大;

　　③橋位處受洪流及潮汐的綜合影響較大，水文條件復雜;

　　④橋址處地質條件較差，覆蓋層厚;

　　⑤海工環境對橋梁結構有著強腐蝕作用，橋梁的耐久性設計非常關鍵。

　　第三章 橋梁總體方案

　　3.1橋梁方案設計原則與思路

　　3.1.1橋梁方案設計原則

　　本項目要突出“以人為本，功能優先，與自然和諧統一”的理念，“安全、耐久、節約、和諧”的科學建設觀必須貫穿橋梁設計的始終。橋梁總體設計應滿足城市規劃的要求，橋梁方案設計依據橋位處的自然地理環境、地形條件及既有、規劃道路情況，靈活合理地布設橋孔，追求與地形、環境、交通的協調統一，在立面和平面上形成順適、流暢的立體曲線，并與自然景觀融為一體，體現“尊重自然，保護環境”的設計理念。橋型方案選擇應充分考慮結構的耐久性和運營期間的養護費用，合理選用橋面伸縮縫、排水系統等附屬設施，滿足運營階段行車平順、舒適安全的要求，達到養護方便，使橋梁工程全壽命周期費用達到最省，體現 “節約全壽命周期成本”的理念。

　　3.1.2橋梁方案設計思路

　　根據本項目的各種控制條件及橋梁的特點，在橋式方案設計中除了把握橋梁方案設計的原則外，還應特別注意下述方面：

　　①本項目是湛江市規劃灣區內環的重要組成部分，是湛江市未來城市新紐帶，其橋型方案應具有較高的景觀性，要求成為湛江市標志性橋梁，應著重考慮主橋的景觀效果，根據主橋選擇的不同結構形式來確定主橋的孔跨。

　　②橋式方案設計應具有安全性、前瞻性、系統性、創新性、先進性、經濟性和環保性。

　　③注重結構的整體美，總體設計時應充分考慮橋梁、引道的水平及豎向線型的美學設計，使橋梁與引道線型流暢，渾為一體。

　　④應積極采用現代交通設計理念和新技術、新結構、新材料和新工藝，提高項目的科技含量，降低工程造價，減少綜合運營成本，使項目的經濟效益最大化。

　　⑤同一座橋梁盡量采用同一結構類型，方便施工。

　　⑥橋型設計外形美觀，注重與區域的規劃和建設相協調，橋梁造型應能體現輕巧、簡潔、通透、明快的現代化氣息。

　　⑦水中橋墩布置盡量減少阻水面積，盡量減弱橋墩阻水對通航船只、水利的影響。

　　⑧注意結構高跨比的配合，跨徑一般大于高度，下部結構根據墩高選擇相應下部尺寸，盡量做到上下部結構尺寸相協調，橋墩輕盈美觀。

　　綜合上述因素，本項目橋梁總體設計作了下述方面的考慮：

　　①橋型總體布置依據橋位地形特點、市政規劃、通航、水文、地質條件要求，以經濟合理、精致優美為前提進行布設,主橋采用湛江市目前沒有的拱橋方案，跨徑為單跨286下承式提籃拱橋，滿足通航要求。

　　②東、西引橋采用預應力混凝土現澆箱梁，跨徑布置以50m、30m為主的經濟跨徑。

　　③為提高行車舒適性和橋面鋪裝的耐久性，并且滿足城市高架橋景觀的要求，根據規劃城市道路的情況，引橋上部結構采用分幅現澆弧形連續箱梁、半幅圓角花瓶墩。

　　④盡量避免因墩柱過多而造成墩柱“森林化”的弊病，引橋下部墩身采用外形較為美觀的半幅獨柱圓角花瓶型橋墩，與主橋元素呼應，且和周圍景觀相協調。

　　⑤橋面鋪裝：跨海大橋橋面鋪裝采用瀝青混凝土。

　　3.2橋梁總體布置

　　本工程橋梁總長度為3738m，跨海橋梁分為東、西引橋及調順跨海主橋。其中西引橋橋梁長度為1473m，調順跨海主橋推薦方案橋梁長度為286m，東引橋橋梁長度為1193m。橋梁分布見下表：

　　橋梁分布表 表3-1

　　序號中心

　　里程橋　名孔數及孔徑

　　(孔-m)起訖里程橋梁全長

　　(m)橋長小計

　　(m)

　　1K0+440跨溝渠橋1×20K0+425～K0+4553030

　　2K3+278跨鐵路橋25×30K2+870～K3+626756756

　　3K5+770調順大橋西引橋39×30+6×50K4+154～K5+62714732952

　　主橋1×286K5+627～K5+913286

　　東引橋10×50+23×30K5+913～K7+1061193

　　3.3橋孔布置

　　橋梁應根據被跨越道路、河流(海域)航道等級及水文情況，選取不同的橋孔方案。跨越既有道路及低航道等級河涌以中、小跨徑預應力混凝土梁為主;跨越航道等級高的河流和海域，主橋根據通航凈空要求采用跨越能力較大的拱橋或斜拉橋等結構形式，引橋以中小跨徑預應力混凝土梁為主。

　　本項目橋梁工程橋孔布設時必須著重考慮下述幾個方面：

　　①主橋，應在滿足航道要求的前提下，著重考慮主橋的景觀效果，根據主橋選擇的不同結構型式來確定主橋的孔跨。

　　本項目擬建大橋為單孔雙向通航，計算所到的通航凈空尺度為：凈寬249m、凈高38m。考慮橋墩的寬度與防撞設施所占據的寬度，故擬建大橋通航孔的跨徑為286m。

　　②非通航孔的一般跨徑橋梁制約整個工程的工期和造價。

　　③橋址處大部分地段地質條件較差，對于一般高架段橋梁孔跨應適當加大，減少基礎工程數量。

　　④水上施工規模大，工期較長，水上引橋孔跨應適當加大，以減少水中基礎工程數量。

　　⑤海工環境使得橋梁基礎費用增加較多，應適當增大橋孔跨徑以減少基礎工程數量。

　　海工環境的強腐蝕性對橋梁基礎有著嚴重的危害性，為了滿足橋梁耐久性設計要求，墩臺基礎采用高性能混凝土、環氧涂層鋼筋等工程措施將會比一般的鋼筋混凝土基礎在造價上有較大的增加。

　　綜合考慮，對于深水通航區，大橋通航孔的跨徑(即主橋主跨跨徑)擬定為286m，對于岸側高架段橋孔布置以30m標準跨徑為主，對于淺灘區和深水區以及地質條件差的高架段采用50m跨徑為主。

　　3.4橋梁橫斷面布置

　　橋梁標準橫斷面布置為：0.5m(防撞護欄)+14.25m(行車道)+0.5m(防撞護欄)+1m(中央分隔帶)+0.5m(防撞護欄)+14.25m(行車道)+0.5m(防撞護欄)=31.5m。

　　第四章 主橋橋型方案

　　4.1主橋橋型方案構思

　　4.1.1梁式體系橋梁

　　當跨徑達到300m 左右時，若采用預應力混凝土連續梁橋方案首先不經濟，且國內尚無類似情況案例。連續梁橋和連續剛構橋跨徑過大，中支點處梁段建筑高度較大，為滿足通航凈空要求需要提高橋面設計標高，進而增加了總橋長，且連續梁橋和連續剛構橋景觀效果較差。

　　4.1.2懸索橋

　　300m 左右跨度并不在懸索橋的經濟合理跨度范圍內，且不宜做成自錨式懸索橋。若需滿足景觀要求則應增加懸索橋主跨的跨徑，這將大大增加橋梁的造價。

　　4.1.3斜拉橋

　　300m 左右跨徑為斜拉橋的常規跨徑。塔柱可為獨塔、雙塔，塔型可多種多樣，如鉆石型、拱型、H 型、倒Y 型等。斜拉索布置可為單、雙、三索面甚至四索面。斜拉橋方案在跨度、塔身造型及斜拉索布置形式等方面能靈活處理，達到造型美觀、新穎獨特的景觀要求。施工方法也較成熟，造價相對較經濟，本工程斜拉橋方案優點較突出，但考慮到湛江海灣大橋亦為斜拉橋，橋梁結構形式雷同。

　　4.1.4拱式體系橋梁

　　拱橋為最古老的橋型，結構形式包括下承式、中承式和上承式。鑒于湛江地區無大跨徑拱橋，本工程采用拱橋方案可與湛江既有橋梁形成風格迥異的效果，以達到獨特景觀的目的。由于通航等級較高，為避免增大主橋跨徑而使工程投資大幅增加，本工程不適宜采用上承式及中承式拱橋方案;下承式拱橋方案較適合本橋位，且下承式拱橋方案造型大氣美觀，結構新穎。

　　4.2主橋橋型推薦方案

　　調順跨海大橋所征集的主橋橋型方案主要為懸索橋、拱橋、斜拉橋及連續剛構橋，部分方案的橋塔、橋拱、橋墩等局部結構造型新穎，特別是400米下承提籃式鋼箱拱橋“南珠”、三跨下承提籃式鋼拱橋“湛江龍”等方案還融入了當地文化元素，而索網組合橋體現了橋梁設計的創新。但由于斜拉橋與相鄰的湛江海灣大橋屬于一種類型，按照“一橋一景”的要求不宜采用，而連續剛構橋景觀效果較差，塔索網組合橋型設計及施工技術尚不成熟，自錨式懸索橋跨徑小不夠大氣，故這幾種橋型也不宜采用。綜上所述， 本工程現階段就主橋推薦選用單跨286m 下承提籃式鋼箱拱橋方案——“南珠”。

　　4.2.1設計理念與創意

　　南珠是海水珍珠的皇后，湛江是名副其實的南珠中心。該方案以南珠為創意來源，寓意著湛江猶如一顆閃亮的明珠，在中國乃至世界綻放絢麗的光彩。主拱細節設計豐富了大橋的整體造型，使大橋更加飽滿。吊桿采用N 字形交叉布置，增強了大橋的韻味。流線U 形橋墩，與主橋的氣質相匹配，更顯輕盈通透。引橋采用等截面斜腹板預應力混凝土箱梁及弧形橋墩，體現了全橋整體式的設計理念。拱頂的明珠造型，與方案的主題相呼應，賦予了大橋靈動的色彩。夜色中的大橋璀璨奪目，不僅增加了大橋的風采，更增添了湛江的魅力，在湛江海灣上形成一道亮麗的風景。

　　4.2.2橋型布置

　　本方案為下承提籃式鋼箱拱橋方案， 跨徑布置為主橋286m。

　　橋起止樁號為K5+477～K6+063，橋梁中心樁號為K5+770。主跨跨徑286m，主拱高57.4m，橋面最大縱坡為3.0%，橫坡為2%。主橋平面均處于直線段上，橋面全寬36.5m。

　　圖4-1 主橋平立面布置圖(單位：cm)

　　4.2.3橫斷面布置

　　主橋橫斷面布置為：3.25m(吊桿錨固區及檢修道)+0.5m(防撞護欄)+14.25m(行車道及路緣帶)+0.5m(防撞護欄)+14.25m(行車道及路緣帶)+0.5m(防撞護欄)+3.25m(吊桿錨固區及檢修道)=36.5m。橋梁采用雙向橫坡，坡度為2%。

　　4.2.4主拱

　　主拱采用鋼箱矩形截面，雙拱肋為提籃形式，布置在豎向平面內，置于橋面兩側。主拱矢高57.4m，矢跨比f/l=4.983，拱圈橫橋向水平傾角75.4°。主拱橫橋寬由跨中2m漸變至拱根部3m，主拱豎向寬由根部4.5m漸變至跨中3.0m，拱箱頂底板厚24mm，拱箱腹板厚22mm。

　　拱梁固結，為增加橋梁橫向穩定性，拱肋間共設置了8根橫撐。主梁及主拱通過吊桿與連接，拱腳及主梁均支承于主橋墩上，于橋墩上設置支座。

　　兩片主拱頂設置了一顆南珠造型的景觀球，與方案的主題相呼應，賦予了大橋靈動的色彩。

　　4.2.5主梁

　　采用邊梁式鋼箱梁，中心線處梁高4.5m，梁寬36.5m。邊箱為四邊形，寬3m，箱高4.5m，邊主梁頂板18mm、底板18mm，腹板16mm。橋面板采用正交異性板，板厚18mm，采用10mm厚U形加勁肋。邊箱和橋面板均每隔3.5m 設置一道橫隔板。拱肋和主梁在拱腳處采取固結方式。

　　4.2.6吊桿設計

　　全橋共布置34對(68根)吊桿，豎向吊桿間距14m，斜吊桿根據豎向吊桿傾斜布置，豎向吊桿與傾斜吊桿成“N”型布置。吊桿采用成品熱擠聚乙烯高強平行鋼絲吊桿。吊桿鋼絲抗拉強度Ryb=1670Mpa，E=2.0×105MPa。吊桿設計安全系數k≥2.5。錨具采用冷鑄鐓頭錨。吊桿PE護套可根據景觀要求選擇相應的色彩。吊桿型號采用PESC7-091。

　　4.2.7下部結構

　　主橋橋墩為流線U形橋墩，普通鋼筋混凝土結構。墩頂截面(單肢)尺寸為4.0×5.0m，墩底截面尺寸為48.0x8.0m主橋中墩承臺順橋向寬16.0m,橫橋向寬54.0 m，厚5.5m。承臺基礎設計采用27根φ2.0m鉆孔樁，墩身和承臺采用C40海工高性能混凝土。鉆孔樁采用C35海工高性能混凝土。

　　4.2.8施工方案

　　本橋型為常規單跨下承提籃式鋼拱橋的橋型形式，采用無支架纜索斜拉扣掛法施工，國內此類橋型的設計與施工工藝已經比較成熟，技術難度中等。

　　最大吊重220t。主索采用2組6×φ60(8×36WS+IWR)鋼芯鋼絲繩，支承于塔架索鞍上,錨固于兩岸錨碇。每組主索均設有2臺起吊小車,并設有獨立的牽引及起重系統。起重卷揚機、牽引卷揚機各選用8臺10t卷揚機,60t跑車4臺。

　　纜吊系統吊塔與扣塔合二為一，吊塔置于扣塔頂部，扣塔置于大橋兩個主墩上。吊塔與扣塔之間用銷軸連接，扣塔與橋墩之間固結。吊塔與扣塔均由萬能桿件拼裝而成。

　　塔架纜風由索塔和扣塔前、后纜風組成。由于扣塔底部固接,因此塔架自身具有一定的剛度,塔架不平衡水平力由塔架和纜風共同承受。索塔塔頂不平衡力主要包括:主索不平衡水平力、風力、牽引索不平衡拉力、起重索不平衡拉力。

　　扣索和錨索由低松弛高強度鋼絞線束組成，錨固端采用群錨夾片工作錨和P型擠壓錨。

　　由于橋位處覆蓋淤泥質軟弱層，錨碇采用重力式樁基礎結構。錨碇有扣索錨碇和主索錨碇，均布置于橋位外側。扣塔錨索、扣塔纜風錨固在扣索錨碇上，單個錨碇基礎采用20×φ1.0m鋼管樁。主索、工作索、主索纜風錨固在主索錨碇上，單個錨碇基礎采用4×φ1.0m鋼管樁。

　　第五章 結語

　　經綜合分析，調順跨海大橋在決策階段所提出的上述橋型方案屬于概念設計，沿線邊界要求也尚需進一步明確，因此方案在整體結構的協調性、跨徑組合的合理性以及橋梁的景觀性等方面，還需在下一階段進一步深化和完善，以確保項目建設具有可觀的社會效益和經濟效益。

　　參考文獻

　　[1]中華人民共和國交通部，JTG D26-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范,北京：人民交通出版社，2004-06-28

　　[2]中華人民共和國交通部，JTGB01—2003, 公路工程技術標準,北京：人民交通出版社，2004-01-29

　　[3]中華人民共和國交通部，JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規范,北京：人民交通出版社，2004-06-28

　　[4]中華人民共和國交通部，JTG/T B07-01-2006,公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范,北京：人民交通出版社，2004-04-30