南京长江第二大桥北汊大桥总体设计.doc

南京长江第二大桥北汊大桥总体设计 - 工程设计 南京长江第二大桥北汊大桥总体设计【摘要】南京长江第二大桥北 汊大桥为预应力混凝土连续箱梁桥，主桥为 90+3*165+90 （m）的三 向预应力变截面连续箱梁，全桥长 2172m，本文介绍北汊大桥总体 设计 【关键词】南京长江二桥北汊桥总体设计一、概述南京长江第 二大桥位于现南京长江大桥下游 11km，是南京长江河段南北过境高 速公路上的重要桥梁，目前正顺利进行上部构造悬浇施工，计划于 2001 年 7 月 1 日建成通车1.桥位南京长江第二大桥北汊大桥桥址 所在八卦洲河道属长江下游南京河段，河道近于东西走向，桥址处 河段为微弯分汊型，平面型态宽窄相间，北汊河道弯曲，长约 21.7km，北汊大桥即位于北汊中段，北起大厂区张营村，南止八卦 洲三道湾桥址处南、北岸均构筑了长江达标防洪堤，堤间距离 1287m，高程约 9.5m（黄海） ，主河槽宽近 1000m，北高南低，河 床标高 1.51～7.68m，深泓偏南，常水位时最大水深 13.15m ，北汊 河道经多年整治、建堤，河势基本稳定北汊航道为扬子石化等”五 大家族”专用航道，通行 3000t 船舶。

航道宽 580～600m ，中心位于 k14+750，桥轴线与北汊主流、航道正交，两端接线顺适均衡，总体 配合良好2.水文北汊大桥水文计算分析成果：设计流量（300 年一 遇）22000m3／s 设计水位 9.20m 设计流速 1.59m／s 一般冲刷 4.36m 局部冲刷主墩 13.70m，过渡墩 12．40m 最大冲刷深度主墩 18.60m，过渡墩 16.76m 建议施工水位 7.0m（频率 1／15）3.气象 南京属北亚热带向中亚热带过渡气候区，四季分明，冬冷夏热，温差较大，春季风和日丽，夏季炎热，雨量充沛，秋季秋高气爽，冬 季天气晴朗，寒冷干燥桥址处江面以上 28m 高，百年一遇 10min 平均最大风速 34.4m ／s4.地震、地质经桥址地震危险性分析，桥 址使用期 50 年，超越概率 10％，基岩地震水平加速度为 0.0825g， 场地为Ⅲ类场地土桥址主河槽及两岸漫滩广泛分布第四系覆盖层， 其厚度在河槽中约 28～38m，岩性以粉细砂为主，零星分布淤泥质 亚粘土、亚沙土和薄层亚粘土；两岸漫摊分布连续性较差，厚度 5m 左右，以亚粘土为主，其次为淤泥质亚粘土、亚砂土和细砂。

其下 分布约 lm 厚的含卵砾石及砾砂直接覆盖于下伏基岩之上桥址区下 伏基岩属白垩系上统浦口组综红色泥岩、钙质泥岩及粉砂岩，岩石 层理发育，相变及尖灭频繁，由于组成岩石的矿物成分和胶结程序 不同岩体物理力学性质差异较大二、主要技求指标按六车道高 速公路特大桥设计：设计行车速度 100km／h 桥梁宽度 32m 设计荷 载汽车-超 20 级，挂车-120 设计风速 30.4m／s 地震基本烈度Ⅶ度船 舶撞击荷载顺水流方向 20000kN，横水流方向 10000kN 通航净空净 宽≥125m，净高 18m 设计最高通航水位 8.10m 设计最低通航水位 - 0．4lm（通航保证率 99％）设计洪水频率 1/300 桥梁最大纵坡不大 于 3％三、桥梁总体设计 1.总体设计原则综合考虑桥址地形、地物、 水文、地质、通航，以及技术经济、美学和结构受力要求，尽量做 到技术先进、经济合理、造型美观、施工方便可行，使用安全耐久， 以期达到总体安全、适用、经济合理之目的具体操作中，对于主 桥侧重于先进性、引桥则侧重于经济往来进行桥型方案选择及桥孔布设2．桥型方案及总体布置桥跨总体布置中，重点考虑下述因素： •两岸均已建成长江南京河段达标大堤，为堤防安全，应避开大堤设 墩，并留以足够的安全距离，确保施工及运营期大堤安全。

•考虑北 汊航道航迹及其中心位置，尽可能使主桥中心与航道中心一致，并 使主桥通航桥孔覆盖航迹范围，主桥不少于两个通航孔，从利于通 航和美学考虑，布置了三孔通航孔•尽量减少深水基础，以缩短工 期、节省投资•主桥边中跨比大小，既考虑结构合理受力，也考虑 方便施工考虑到一座大跨经 PC 连续梁或连续刚构在边路近边支 点梁段裂缝的经验教训，本桥主桥设计中，适当减小了边孔跨径， 降低边、中跨径比，以期尽量减小边跨主拉应力，避免裂缝产生， 并有利于施工•桥址下伏基岩埋深不大，岩面平整•漫滩中引桥 适当采用稍大的跨径，这一跨径应能跨越两岸江堤，堤内引桥则以 经济跨径布设•按照软土路基允许最大填土高度要求，桥头路堤填 土高控制在 5m 以内综合考虑上述诸因素，在初步设计和技术设 计阶段，主桥拟定了 90+3*165+90m 和 105＋3*180＋105m 两种跨 径组合的预应力变截面连续箱梁和连续刚构方案进行了同深度的技 术经济比较结果认为，主孔 165m 的布孔方案已基本覆盖了航迹 范围，满足通航及防洪要求，且大跨径预应力混凝土连续箱梁结构 整体性能良好，刚度大，变形小，行车舒适，断面抗扭刚度大，抗 震性能好，主墩刚度相对较大，抵抗航舶撞击能力较强，全桥型线 简洁大方，施工难度不大，养护维修方便，造价适度，经专家审查 和交通部批准，同意北汊主桥采用主跨 165m 的五跨预应力混凝土连续箱梁方案。

最终北汊大桥桥跨总体布设方案为：主桥 9（）＋3 X 165m ＋90in ＝675m 等截面预应力混凝土连续箱梁桥北引桥 35m＋16*30m ＋5*50m＝733．5m 等截面预应力混凝土连续箱梁桥 南引桥 5*50m ＋17*30m ＋3.5m＝763．5m 等截面预应力混凝土连续 箱梁桥全桥长 2172m主桥桥面标高，按两次边孔在最高通航水位 以上留有通航净高 18m 考虑，桥面以主桥中心对称设置 2．957％的 双向纵坡，并没半径 16000m 的凸型竖曲线，为改善大桥景观，展 示大桥结构造型美感，在大桥南、北引桥分别设置了半径为 8000m 和 4136m 的平曲线3.主桥（l）主梁截面形式及其构造大跨度 PC 连续梁桥上部构造结构自量占设计荷载的比重，随着跨度的增加而 增大，在保证结构刚度的前提下，尽可能地减轻上部结构自重、并 获得较大的截面有效承载力，是其断面设计首先考虑的问题为此， 桥梁结构横断面布置，将六车道桥梁布置成上、下行分离的大悬臂 三向预应力单箱单室断面，用顶板的横向预应力和腹板内竖向预应 力筋来解决顶板受力及主梁腹板抗剪问题，采用大吨位预应力体系 及其合理布设．避免因布束增加顶、底板面积和齿板构造。

这样的 三向预应力单箱单室断面，具有抗扭刚度大，截面效率高、动力性 能良好等优点，并能有效地减轻上部构造自重和减小下部结构构造 尺寸，节省材料主桥箱梁架高由跟部的 8.8m，梁底按二次抛物线 变化至跨中的 3.0m ，分别为跨径的 1／18.75 和 1／55，单幅箱梁顶 宽 15.42m，设置向外的 2％横坡，顶板两侧翼板悬臂长 3.96m ，顶 板厚 0.28m，底板宽 7.5m，厚 1.1～0.3m，因板厚 0.9～0.4m箱梁在墩顶 0 号块设厚度为 0.8m 的两道横隔板，其位置与主墩侧壁对 应，以便悬臂浇筑时，设置墩梁临时固结构造，在边路端部箱梁设 2.0m 厚横隔板PC 箱梁采用挂篮悬臂浇筑施工，梁段划分为 8m（0 号块）＋5*2．5m＋5*3.0m＋5*3.5m＋8*4.0m，中跨、次边 跨合龙段长 3.0m ，边跨合龙段长 2．0m，边跨支架现浇段长 6．72m ，梁段最大重量 156t （2）预压力体系箱梁按三向预应力设 计，纵向预应力采用 27φj15.24 ，25φj15 ．24， 19φj15.24 和 12φj15.24 的 ASTM A416－92270 级钢绞线，OVM 锚。

仅在箱梁跟 部几个梁段布设腹板下弯束，余全为顶板束及底板束顶、底板来 均采用平湾、竖弯结合的空间束，集中锚固于腹板顶部承托中尽量 靠近腹板的齿板上，以减小局部应力和利于锚固集中力迅速传至全 断面箱梁顶板横向预应力采用 4φj15.24 钢绞线，BM-4 型扁锚， 以 75 的间距布置，单端交替张拉锚固箱梁腹板内以 50m 的间距 单肢和双肢设置了 φL32 精轧螺纹粗钢筋的竖向预压力筋、YGM 锚 根据工程总体工期安排，要求主、引桥同步施工，为使主桥纵向预 应力张拉作业不受引桥施工干扰，主桥边孔正弯矩束采用梁端固定 锚、梁内张拉锚固的方式设置 （3）主桥下部构造采用钢筋混凝土 空心薄壁墩，高桩承台，群桩基础墩身为 5m*7.5m 矩形薄壁截面， 壁厚 1.2m，为抵抗航舶撞击的局部应力，采用 50 号混凝土，并适 当加大墩身钢筋保护层厚度，在其中设置了钢筋网主墩承台厚 3.5m，顶面标高-0.5m，9φ2.5m 钻孔灌注嵌岩桩基础 （4）关于应 力控制对大跨度 PC 梁式桥，考虑其施工误差，混凝土性能的不均匀性以及计算理论与这类三向预应力结构工作性状的差异等，并结 合国内已建同类桥架运营实际工作状况及出现的问题，设计中对主 桥上都构造各项应力指标进行了控制，使之留有一定富余和安全储 备，以增加结构安全度和耐久性。

计算结果，主桥 PC 箱梁施工阶 段最大正应力为 17.4MPa ，最小正应力为-0.46MPa，最大主拉应力 为-0.8MPa；运营阶段最大正应力为 16．7MPa，最小正应力 2.4MPa，最大主抗应力为-0.8MPaMPa 并要求对竖向预应力采取复 拉工艺，计算中并仅计其竖向预应力的部分作用，将其余部分竖向 预应力作为安全储备考虑4.引桥两岸引桥均采用逐孔浇筑的等截 面 PC 连续箱梁，跨两岸大堤及堤外（河中）桥孔按 50m 布孔，堤 内按 30m 布孔，钻孔灌基础。