張麗
摘 要:為改善外峙島上居民的出行條件,在外峙島牛軛江上建設(shè)跨海浮橋一座。跨海浮橋以躉船為主體,由2座混凝土躉船、2組橋臺、6座鋼過橋組成,躉船之間采用鋼過橋連接,接岸部分結(jié)構(gòu)為橋臺結(jié)構(gòu),可供類似潮汐河段跨海浮橋建設(shè)提供參考。
關(guān)鍵詞:浮式躉船;跨海浮橋;潮汐河段
本工程位于寧波市北侖區(qū)外峙島牛軛江上。外峙島面積1.46km2,像一個楔子嵌入白峰海岸線,與大陸之間形成一個牛厄港,這個牛厄港又被北侖人稱為仰島灣,是著名的軍港。外峙島有前頭岙、西山、南頭、蒲灣、北岙、下江邊六個自然村(統(tǒng)屬港口村),島上現(xiàn)有人口約1100人,島上居民出行及物資運輸僅能通過輪渡上下島,出行交通條件落后。目前,港口村是北侖區(qū)唯一僅靠渡輪交通的行政村,交通不便對島上居民生產(chǎn)生活產(chǎn)生嚴(yán)重影響。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,不通公路的狀況已成為制約島上居民生活改善所面臨的主要障礙。因此,在滿足特殊部門對牛軛江航道的使用要求,為方便島上居民出行、促進島上經(jīng)濟發(fā)展、完善浙江省農(nóng)村公路網(wǎng)、推動外峙島開發(fā)建設(shè)等需要,提出建設(shè)可拆卸的跨海浮橋為牛軛江上的橋梁方案。
1 建設(shè)條件
(1)設(shè)計水位(1985國家高程基準(zhǔn))。設(shè)計高水位(高潮累積頻率10%)1.91m,設(shè)計低水位(低潮累積頻率90%)-1.39m,極端高水位(重現(xiàn)期50年)3.46m,極端低水位(重現(xiàn)期50年)-2.39m。
(2)潮汐及潮流。本工程海域潮汐屬于不正規(guī)半日潮,淺水效應(yīng)較為顯著。根據(jù)外峙島外側(cè)近海區(qū)域的水文測驗資料及數(shù)模論證情況,工程選址方案一處設(shè)計流速取值:漲潮流速取為220cm/s、流向212±3°,落潮流速取為194cm/s、流向37±3°;選址方案二處設(shè)計流速取值:漲潮流速取為196cm/s、流向212±3°,落潮流速取為173cm/s、流向37±3°。
(3)波浪。本工程位于牛軛港水道內(nèi),距口門約1.6km,牛軛港水道呈環(huán)形,寬約120m。本工程位于水道近底部。牛軛港口門朝向為正北向,直面螺頭水道,而螺頭水道受舟山群島掩護,波浪較小。工程區(qū)域掩護條件良好,水深較淺,波高較小,外海波浪進入灣內(nèi)有較大削減。擬建橋位水域設(shè)計波要素如表1所示。
(4)工程地質(zhì)。工程區(qū)域位于牛軛江河道上,上層20m以沉積均勻分布淤泥、粉質(zhì)黏土為主。兩側(cè)河岸側(cè)鉆孔可見20m以下為粉質(zhì)粘土、圓礫、凝灰?guī)r等土層,承載力較好,宜做持力層。
(5)選址方案。為評估工程實施對牛軛江水道潮流及泥沙動力條件的影響,提出兩個平面選址方案,并進行數(shù)模試驗。選址方案一位于西側(cè)客渡碼頭下游,選址二位于東側(cè)客渡碼頭上游。試驗結(jié)果表明,兩個方案實施以后,所在水域的漲、落急流場總體與工程前相差不大,在工程處有約10~20%的減小,即兩個選址方案對流場的影響方面基本一致。另外,考慮到遠(yuǎn)期道路銜接、優(yōu)化浮橋長度、控制建設(shè)投資的需要,選擇選址方案一工程的選址方案。
(6)拆除方案。因本工程特殊單位使用牛軛江航道的需要,工程需考慮緊急拆除恢復(fù)通航方案:浮橋中部設(shè)置鋼過橋,在緊急情況下,通過調(diào)用附近工程公司浮吊拆除鋼過橋,從而恢復(fù)牛軛江航道。所用時間主要為調(diào)遣浮吊時間+拆卸鋼過橋時間,拆除時間約1.5h。
2 設(shè)計尺度與總平面方案
(1)浮橋長度。本工程擬建浮橋一座,浮橋軸線總長166.1m。
(2)浮橋?qū)挾取?紤]到躉船選型及實際雙向行車需要,擬建浮橋按照雙向混合車道設(shè)計,設(shè)計寬度8m,另考慮浮橋鋼結(jié)構(gòu)、躉船附屬結(jié)構(gòu)等布置需要,浮橋總寬度12m。
(3)高程設(shè)計。浮橋東側(cè)接岸處現(xiàn)為已建海堤,與海堤堤頂路面高程一致,高程為 3.5m,海堤后側(cè)為農(nóng)田,東側(cè)接岸結(jié)構(gòu)高程定為3.5m,與現(xiàn)海堤堤頂?shù)缆犯叱瘫3忠恢?。浮橋西?cè)接岸處位于現(xiàn)渡口(西)固定碼頭北側(cè),現(xiàn)為灘涂,灘涂寬約15m,灘涂后方為海堤,海堤堤頂路面高程為3.9m。為便于車輛通行,浮橋西側(cè)接岸高程設(shè)計為3.9m,引橋墩頂高程為3.5m,橋臺接岸部分放坡坡度約為5%。
(4)鋼過橋坡度驗算。根據(jù)設(shè)計水位及躉船船型參數(shù)進行計算,鋼引橋坡度為:設(shè)計高水位1:44,平均水位1:12,設(shè)計低水位1:7。鋼引橋坡度在設(shè)計低水位時不滿足斜坡式結(jié)構(gòu)的使用條件。為保證車輛行駛安全,本工程僅允許車輛在水位達(dá)到在-0.4m以上時段(坡度≤1:9)在鋼引橋通行,同時采取防滑措施確保在低水位時人員及車輛通行的安全。
3總平面方案
本工程擬建浮橋1座,浮橋總長166.1m,呈“一”字形布置,浮橋的軸線走向為N128.63°~N308.63°。浮橋主體由2座混凝土躉船、2座橋臺、6座鋼過橋組成,躉船與橋臺之間、躉船與躉船之間采用鋼過橋連接,接岸部分結(jié)構(gòu)為橋臺結(jié)構(gòu)。其中,鋼筋混凝土躉船平面尺度均為35m×12m;單艘躉船配套錨鏈6根,蛙錨6個。另外,為限制躉船橫向位移,于躉船近岸兩側(cè)設(shè)斜向錨鏈各2根,各錨塊2個。鋼過橋平面尺度為25.5m(凈跨23.5m)×4.5m(橋面凈寬4m);東側(cè)橋臺軸線長度11.2m,頂高程3.5m,接岸設(shè)計為喇叭口型式;西側(cè)橋臺軸線長度14.4m,頂高程3.5m~3.9m,設(shè)計坡度5%,接岸為喇叭口型式。兩側(cè)橋臺與海塘頂?shù)缆菲巾樸暯印8蛟O(shè)計為雙向兩車道,單車道寬度4m,總車道寬度為8m(浮橋總寬度12m)。為防止躉船在低水位時坐底,躉船西側(cè)端部下方需少量疏浚,疏浚量約為243m3。
4 結(jié)構(gòu)設(shè)計
本工程由2個橋墩、2座混凝土躉船及鋼引橋、鋼過橋組成,躉船之間采用鋼過橋連接,接岸部分結(jié)構(gòu)為橋臺結(jié)構(gòu)。本工程水工結(jié)構(gòu)安全等級為二級。本工程固定結(jié)構(gòu)(接岸橋臺)設(shè)計使用年限為50年,躉船及鋼橋的設(shè)計使用年限為20年。本工程工藝荷載為汽車荷載,20t汽車。
4.1浮橋主體
浮橋主體采用浮式躉船及活動鋼橋結(jié)構(gòu)型式。躉船采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),尺度為長35m×寬12m(干舷1.3m)。躉船采用純錨系結(jié)構(gòu)系泊,每艘躉船錨系由6根主錨鏈及6座80t錨塊組成,主錨鏈采用Φ62mm三級有檔錨鏈。躉船與躉船及躉船與接岸橋臺間采用一字及十字形Φ46mm三級有檔錨鏈連接。
本工程躉船為浮橋的主要構(gòu)件,應(yīng)進行躉船錨系計算、躉船穩(wěn)性計算,躉船結(jié)構(gòu)強度由設(shè)計提供使用條件,躉船廠家自行設(shè)計并保證結(jié)構(gòu)強度。
4.2鋼橋
鋼橋采用實腹梁板式結(jié)構(gòu),尺度為25.5m(凈跨23.5m)×4.5m,主梁高度1500mm。25.5m鋼引橋主要結(jié)構(gòu)參數(shù):主梁高1500mm,橋面板采用12mm,橫梁采用焊接工字鋼,高450mm。
4.3橋臺樁基
在兩岸各設(shè)置1個橋臺。以東側(cè)為橋臺墩為控制狀況,沿浮橋軸線方向長度為11.2m,橋臺墩厚2m,墩頂標(biāo)高3.5m,下部各設(shè)6根Φ1000m灌注樁,樁長約41m,樁尖要求進入強風(fēng)化凝灰?guī)r1.5m。
4.3.1單樁承載力
4.3.2樁基內(nèi)力
5 總結(jié)
(1)浮式結(jié)構(gòu)因其可以隨水位上下浮動的特點,為大潮差的潮汐河段上的常用結(jié)構(gòu)。本工程因政策及造價等限制條件,考慮浮式結(jié)構(gòu)具有建設(shè)簡單、易拆卸等特點,將浮式結(jié)構(gòu)應(yīng)用于跨海橋梁,獲得良好的使用效果。
(2)需要注意的是,此種結(jié)構(gòu)應(yīng)用于市政建設(shè)中,應(yīng)特別考慮市政公共安全等要求和特點,在附屬設(shè)施細(xì)節(jié)方面做好安全設(shè)計。
(3)本文結(jié)合實際工程的建設(shè)經(jīng)驗,利用實例對浮碼頭設(shè)計提出了一些建議,實際運營情況良好,本工程可為類似潮汐河段的跨海浮橋建設(shè)提供參考。
參考文獻(xiàn):
[1]JTS 167-2018,碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].
[2]中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司.海港工程設(shè)計手冊(第二版)[M].北京:人民交通出版社集團有限公司,2018.
[3] 寧波中交水運設(shè)計研究有限公司.寧波北侖外峙島跨海浮橋工程初步設(shè)計報告[R].寧波中交水運設(shè)計研究有限公司,2017.
[4]黃鵬,葉前云.論大水位差山區(qū)河流客運碼頭型式的選擇型式[J].中國水運,2015,15(3):254-255.