南京长江第二大桥北汊大桥总体设计

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南京长江其次大桥北汊大桥为预应力混凝土延续箱梁桥，主桥为903*16590的三向预应力变截面延续箱梁，全桥长2172m，本文介绍北汊大桥总体设计。

一、概述

南京长江其次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马路上的重要桥梁，目前正顺当举行上部构造悬浇施工，方案于2023年7月1日建成通车。

1.桥位

南京长江其次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，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k14750，桥轴线与北汊主流、航道正交，两端接线顺适均衡，总体协作良好。

2.水文

北汊大桥水文计算分析成绩：

设计流量22000m3／s

设计水位9.20m

设计流速1.59m／s

普通冲刷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

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，雨量充足，秋季秋高气爽，冬季天气晴朗，严寒干燥。

桥址处江面以上28m高，百年一遇10min平均最大风速34.4m／s.

4.地震、地质

经桥址地震危急性分析，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笼罩层，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；两岸漫摊分布延续性较差，厚度5m左右，以亚粘土为主，第二为淤泥质亚粘土、亚砂土和细砂。其下分布约lm厚的含卵砾石及砾砂直接笼罩于下伏基岩之上。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，因为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

按六车道高速马路特大桥设计：

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

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、施工便利可行，使用平安耐久，以期达到总体平安、适用、经济合理之目的。详细操作中，对于主桥侧重于先进性、引桥则侧重于经济往来举行桥型计划挑选及桥孔布设。

2.桥型计划及总体布置

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，为堤防平安，应避免大堤设墩，并留以足够的平安距离，确保施工及运营期大堤平安。

·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全都，并使主桥通航桥孔笼罩航迹范围，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。

·尽量削减深水基础，以缩短工期、节约投资。

·主桥边中跨比大小，既考虑结构合理受力，也考虑便利施工。考虑到一座大跨经PC延续梁或延续刚构在边路近边支点梁段裂缝的阅历教训，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，避开裂缝产生，并有利于施工。

·桥址下伏基岩埋深不大，岩面平整。

·漫滩中引桥适当采纳稍大的跨径，这一跨径应能跨越两岸江堤，堤内引桥则以经济跨径布设。

·根据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903*16590m和105+3*180+105m两种跨径组合的预应力变截面延续箱梁和延续刚构计划举行了同深度的技术经济比较。结果认为，主孔165m的布孔计划已基本笼罩了航迹范围，满足通航及防洪要求，且大跨径预应力混凝土延续箱梁结构整体性能良好，刚度大，变形小，行车舒服，断面抗扭刚度大，抗震性能好，主墩刚度相对较大，反抗航舶撞击能力较强，全桥型线简洁大方，施工难度不大，养护修理便利，造价适度，经专家审查和交通部批准，同意北汊主桥采纳主跨165m的五跨预应力混凝土延续箱梁计划。

终于北汊大桥桥跨总体布设计划为：

主桥9+3X165m+90in＝675m等截面预应力混凝土延续箱梁桥

北引桥35m+16*30m+5*50m＝733.5m等截面预应力混凝土延续箱梁桥

南引桥5*50m+17*30m+3.5m＝763.5m等截面预应力混凝土延续箱梁桥

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，出示大桥结构造型美感，在大桥南、北引桥分离设置了半径为8000m和4136m的平曲线。

3.主桥

主梁截面形式及其构造

大跨度PC延续梁桥上部构造结构自量占设计荷载的比重，随着跨度的增强而增大，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、下行分别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，采纳大吨位预应力体系及其合理布设.避开因布束增强顶、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，节约材料。

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，分离为跨径的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，设置墩梁暂时固结构造，在边路端部箱梁设2.0m厚横隔板。PC箱梁采纳挂篮悬臂浇筑施工，梁段划分为8m+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，梁段最大分量156t.

预压力体系

箱梁按三向预应力设计，纵向预应力采纳27φj15.24，25φj15.24，19φj15.24和12φj15.24的ASTMA416-92270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、底板来均采纳平湾、竖弯结合的空间束，集中锚固于腹板顶部承托中尽量逼近腹板的齿板上，以减小局部应力和利于锚固集中力快速传至全断面。箱梁顶板横向预应力采纳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。

按照工程总体工期支配，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纳梁端固定锚、梁内张拉锚固的方式设置。

主桥下部构造

采纳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，为反抗航舶撞击的局部应力，采纳50号混凝土，并适当加大墩身钢筋庇护层厚度，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。

关于应力控制

对大跨度PC梁式桥，考虑其施工误差，混凝土性能的不匀称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情况及浮现的问题，设计中对主桥上都构造各项应力指标举行了控制，使之留有一定富余和平安储备，以增强结构平安度和耐久性。计算结果，主桥PC箱梁施工阶段最大正应力为17.4MPa，最小