跨海通道跨海段工程总体方案设计.pdf

1、广东省交通规划设计研究院股份有限公司始建于1952年，前身为广东省交通运输厅下属事业单位，1978年定名为广东省公路勘察规划设计院，2007年11月改制为有限公司，2010年12月变更为股份有限公司，2015年8月更名为广东省交通规划设计研究院股份有限公司。主要从事公路行业、市政行业、建筑行业和风景园林的规划、咨询、勘察、设计、监理、检测监测、施工图审查和养护施工等业务。公司拥有一支专业齐全、素质优良、技术精湛的团队，现有在职员工1600余人，其中，中高级以上技术职称人员近800人。自成立以来，公司承担并完成了广东省大部分国省道、高速公路和一大批市政工程、建筑工程的勘察设计任务，以及一大批综合

2、交通规划编制工作，工程项目涉及广东、广西、四川、湖南、重庆、湖北、福建、宁夏、江西、河南、安徽、山东、云南、新疆、西藏等省份，先后荣获国际、国家及省（部）级优秀勘察、设计、测量、咨询以及科技进步等奖励450余项（次），被授予“全国交通运输系统先进集体”、全国勘察设计行业“庆祝新中国成立70周年优秀勘察设计企业”、“公路交通优秀勘察设计企业”、“广东省文明单位”、“广东省先进集体”、“广东省守合同重信用企业”、“广东省五一劳动奖状”、“纪念改革开放40年广东省勘察设计行业最具影响力企业”、“广东省土木建筑科技创新先进企业”等多项荣誉称号，综合实力、勘察设计现代化水平居国内同行前列。徐德志，男，生

3、于1981年，高级工程师，硕士，2008年毕业于同济大学桥梁与隧道工程专业。现就职于广东省交通规划设计研究院股份有限公司，第四设计分院总工程师（桥梁），从事桥梁设计、咨询工作十余年，曾先后参与广东江顺大桥、广东南沙大桥（虎门二桥）、惠州市芦泰大桥、黄茅海跨海通道、惠州湾高速跨东江特大桥等多座桥梁设计工作。发表学术论文10余篇，获各类奖项10余项，如广东省科学技术奖二等奖、中国公路学会科学技术奖二等奖。拥有专利8项，其中发明专利4项，实用新型专利4项。黄茅海，在珠江口西部，北起崖门，南至南水岛、大木亡岛、大襟岛一线。因海湾中有黄茅岛，1987年命名黄茅海。黄茅岛，因生长有茂密的黄茅草而得名。黄茅

4、海通道是港珠澳大桥的西延线。2018年7月，中共广东省委关于深入学习贯彻落实习近平总书记重要讲话精神奋力实现“四个走在全国前列”的决定中提出“充分发挥港珠澳大桥效用，谋划建设港珠澳大桥经黄茅海通道向西延长线。”2018年12月，马省长赴台山调研本项目，并召开现场办公会议，提出力争2020年开工。路线全长31.26km，其中海中桥梁长度约14km，采用6车道高速公路标准建设，设计速度为100km/h。全线设置通航孔桥2座，分别为高栏港大桥主跨700m斜拉桥、黄茅海大桥主跨2720m三塔斜拉桥。全线设互通立交4座，隧道2座，服务区1处，养护工区1处。初设批复总造价129.8亿。工可研究工可报告评审

5、方案竞赛。初测初勘外业验收工可批复2017.062019.012019.112020.02A1标段A2标段广东省交通规划设计研究院股份有限公司中交公路规划设计院有限公司B标段北京交科公路勘察设计研究院有限公司咨询单位广东省交通运输规划研究中心中交第二公路勘察设计研究院有限公司初设批复技术设计审查2020.042020.05定测详勘外业验收2020.06建设公司内部审查2020.06施工图设计审查2020.07项目区域多年平均气温为22.622.9之间，极端最高气温38.7，极端最低气温-0.1。日平均最高气温37.6，日平均最低气温1.6。本区设计基本风速Vs10=46.0米/秒，是桥梁建设的

6、控制性因素之一。港珠澳：47.2米/秒（120年）深中通道：43米/秒。登陆广东登陆广东轻度排名轻度排名年份年份国内编国内编号号英文名称英文名称 中文名称中文名称登录风速登录风速登录时间登录时间登陆登陆地点地点1 120141409Rammasun 威马逊622014-07-18徐闻2 220151522Mujigae彩虹522015-10-04湛江3 319969615Sally501996-09-09吴川4 419696903Viola481969-07-28惠来5 520080814Hagupit黑格比481905-06-30电白6 620171713Hato天鸽482017-08-23

7、珠海7 71954Ida451954-08-30湛江8 820181822Mangkhut山竹452018-09-16台山9 91957Gloria451957-09-22澳门101019666608Ora451966-07-26海康111119919111Fred451991-08-16徐闻121220121208Vicente韦森特452012-07-24台山131320131319Usagl天兔452013-09-22汕尾141420131311Utor尤特422013-08-14阳西151520141415Kalmaegl海鸥422014-09-16徐闻 航道水深最深约9m，西引桥到高

8、栏港大桥（约4公里范围）水深4到5m，其余地区均小于4m。百年一遇设计流速1.3m/s，涨潮差1.2m。参数数值（8585高程）高程）常水位0.624平均高潮位1.184平均低潮位0.024设计高水位1.874设计低水位-0.3460.33%高水位4.0041%高水位3.6845%高水位3.21420%高水位2.7841%低水位-1.0665%低水位-0.90620%低水位-0.756平均涨潮差1.2m平均落潮差1.2m涨潮历时5:08落潮历时7:22珠海f8-1f8-2f5f6淤泥质土淤泥质土黏性土黏性土砂性土砂性土黏性土黏性土残积土残积土银洲湖断裂银洲湖断裂白藤白藤-吉大断裂吉大断裂台山黄

9、茅海河口湾位于珠江口西部，勘察揭露的土层为全新统和晚更新统松散堆积层，岩层为燕山期中细粒花岗岩以及基性岩脉。覆盖层主要为淤泥质黏土、中粗砂、花岗岩风化层。中风化花岗岩在场地内广泛分布，顶面高程为16.756.4m，岩面起伏偏大。海中段上覆第四系全新统Q4淤泥，厚度为：9.3029.30m；下伏燕山期侵入花岗岩，中风化层顶标高：-30.31-91.50m，中风化强度2479MPa,偶见中风化砂岩层，顶标高-48.25m-86.03m，强度24MPa。断裂分布断裂名称断裂名称线位相交里程线位相交里程活动性活动性f5西引桥约为K11+100K11+500附近非活动性断裂f6推测与线位相交里程约为K1

10、2+100,推测该断裂为白藤-吉大断裂非活动性断裂f7黄茅海大桥中主墩和西主墩之间,K7+900非活动性断裂f8东引桥和高栏港大桥过渡墩之间,K3+167非活动性断裂根据中国地震动参数区划图（GB18306-2015），项目区的抗震设防烈度为7度，地震加速度值为0.10g，地震反应谱特征周期为0.35s，设计地震分组为第一组。东东航道按照五万吨级规划、东航道按照三万吨级规划，西航道按照三千吨级进行规划预留。设计通航水位最高3.32m、最低-0.788m通航净宽要求东东航道548m、东航道547m、西航道263m通航净高要求64m阻水比小。航道之间引桥跨径不小于100m。水深超过2.5m区域引桥

11、跨径不小于60m，其余区段不小于40m。水中引桥承台需埋入河床面以下。根据公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2015）冲刷公式。防洪评价研究表明，桥梁建设对区域水流涨潮水流具有阻滞效应，周边河床的整体影响表现为淤积加大，西滩淤强增大0.010.02m/a，东滩增大不超过0.01m/a；桥墩墩径46倍范围内会出现不同深度的冲坑，最大冲深为通航孔主桥位置，最大冲刷深度为3m左右，其余非通航孔引桥桥墩冲刷介于1m2m之间。港珠澳大桥实测冲刷情况为：主墩位置4-6m，一般桥墩2-4m。考虑到项目区域冲刷深度不大，且淤泥对结构的约束作用很弱，因此，冲刷深度按815m计。位置位置计算方法计算方法一

12、般冲刷（一般冲刷（m m）局部冲刷（局部冲刷（m m）合计（合计（m m）计算采用值（计算采用值（m m）主桥主桥河槽8.4311.415引桥引桥河滩4.30.64.980500010000150002000025000K3+000K7+000K9+000K12+000低潮-0m低潮-5m低潮-10m高潮-0m高潮-5m高潮-10m7.988.18.28.3K3+000K7+000K9+000K12+000低潮-0m低潮-5m低潮-10m高潮-0m高潮-5m高潮-10m040080012001600K3+000K7+000K9+000K12+000低潮-0m低潮-5m低潮-10m高潮-0m高潮

13、-5m高潮-10m工程沿线海水工程沿线海水SO4SO42 2-浓度浓度工程沿线海水工程沿线海水clcl-浓度浓度工程沿线海水工程沿线海水PHPH值值工程名称氯离子浓度/mgL-1pH值黄茅海跨海通道541014010（20480）7.358.45深中通道5941157167.088.02港珠澳大桥10760170216.658.63黄茅海跨海通道沿线海水的Cl-浓度在541020480mg/L之间；低潮位海水Cl-浓度普遍高于高潮位Cl-浓度；无论高低潮位，底层海水Cl-浓度普遍高于表层；靠近黄茅岛海水Cl-浓度低于其他位置Cl-浓度。黄茅海大桥高栏港大桥方案一方案一（圆融湾区圆融湾区）方案方

14、案二（山海一线）二（山海一线）方案一采用分体式钢箱梁+独柱式桥塔方案一桥型布置图方案一为全漂浮体系，在边墩及辅助墩设纵向活动支座。在主墩、边墩及辅助墩设横向约束支座，索塔和主梁之间设纵向阻尼器。方案一主桥约束体系主塔截面形式为椭圆和圆形，截面尺寸由塔顶的9.5x11.5m椭圆变化至塔身的D8.0m正圆，再变化至桥面高度处D10.0m正圆，再变化至塔底的17x13m椭圆，竖向变化采用三段相切接顺的圆弧渐变。在塔座以上138m处（约塔高的0.618倍）截面最小，形成“细腰”的视觉效果。在索塔锚固区，适当增加塔柱截面尺寸，为拉索锚固构造施工以及后期养护预留一定的空间。椭圆截面长轴的方向在塔柱不同高度

15、分别置于不同方向，与塔柱主受力方向一致。独柱塔竖向呈细腰，外观简洁挺拔，个性鲜明，视野通透，能取得较好的景观效果。方案一主塔构造：主梁采用分体式钢箱梁，中心梁高4.0m，全宽50.0m，流线型断面。横梁顺桥向宽度3.0m，高度与钢箱梁中心梁高一致，顺桥向与拉索一一对应设置。方案一主梁构造：方案一主梁构造：方案一，以圆融湾区为主题桥塔采用简洁优雅的单柱型。通过截面的变换，创造了一个体态优雅、线条柔美的造型。犹如被海风吹拂、海水雕琢而成。塔座设计成波纹状，形如串串涟漪。塔柱下端为横桥向椭圆，以增强桥塔的抗风能力，腰部受力减小，渐变为圆形，顶部又渐变为顺桥向椭圆，以提供更大的空间用于斜拉索锚固。塔尖

16、，是灵动活泼的V字形。方案二采用整体式钢箱梁+A型扭转桥塔方案二桥型布置图方案二为半漂浮体系，在索塔、边墩及辅助墩处设置纵向活动支座。在主墩、边墩及辅助墩处设有横向支座，索塔和主梁之间设纵向阻尼器。方案二主桥约束体系主塔采用造型独特的A型旋动索塔，塔柱为扭转的菱形截面，截面尺寸由塔顶的10 x8m变化至塔底的14x12m，变化采用直线形渐变，同时对独柱截面进行90扭转，在塔顶以下25m左右范围融合。方案二主塔构造：1、风载阻力系数更小2、扭矩增加不大常规截面常规截面旋动截面旋动截面变化幅度变化幅度成桥成桥顺桥向弯矩顺桥向弯矩99663.8794476.11-5.21%横桥向弯矩横桥向弯矩884

17、76.2685012.52-3.91%扭矩扭矩102711098.0%轴力轴力303673.89303676.270.0%活载活载顺桥向弯矩顺桥向弯矩170874.25166665.52-2.5%横桥向弯矩横桥向弯矩9233.369120.65-1.2%扭矩扭矩10201.659980.41-2.2%轴力轴力16180.3616207.020.2%横风载横风载顺桥向弯矩顺桥向弯矩-横桥向弯矩横桥向弯矩306480.44304167.34-0.8%扭矩扭矩1502783.81755.9%轴力轴力42629.8242709.760.2%纵风载纵风载顺桥向弯矩顺桥向弯矩729511.46732503

18、.590.4%横桥向弯矩横桥向弯矩-扭矩扭矩9946.6610220.422.8%轴力轴力1035.921066.663.0%新颖美观的三角形造型，顺桥向单肢间错开1m。造型生动活泼，多个桥墩节奏韵律感强。主梁采用整体式钢箱梁，中心梁高4.0m，全宽39.5m，流线型断面。方案二主梁构造：方案二，以山海一线为理念桥塔采用刚劲现代的扭转A型，线条硬朗、流畅，饱含锐意进取的精神。塔座为多边形，塔柱为双棱形，从塔底到塔顶均匀扭转90度，再相互倾斜靠拢呈A型。融合后的塔尖向上张开，展现进取的气质。桥塔的光影，随时间的推移，产生水墨画般的渐变。犹如传统书法，在浓淡变化间赋予生机。钢塔钢壳塔混凝土塔桥塔材

19、质选用分析：造价高异形厚板加工难度稍大耐久性好造价适中异形薄板加工工艺成熟耐久性好造价经济异形模板施工难度大、工期长耐久性稍差、养护工作量大钢壳塔构造方案钢壳混凝土桥塔，主要由外钢壳及其加劲、内钢壳及其加劲、水平支撑、竖向支撑、焊钉等组成，加劲上开设孔洞用于竖向及环向钢筋通过，并设置焊钉加强混凝土与钢壳连接。钢壳塔构造方案由于本项目桥梁位于海洋环境中且桥塔高耸，日后养护过程中涂装难度大，费用高，钢壳塔外表面材料可考虑采用不锈钢复合板。复合钢板的复层不锈钢具有耐腐蚀功能，而基层Q345D则保证力学、疲劳等相关性能。1、替代模板2、替代劲性骨架3、替代钢筋4、替代涂装钢箱梁高4.0m分离式钢箱梁由

20、两个钢箱梁及横向连接箱组成，顶板18-22mmUHPC桥面板组合梁高4.0mUHPC高强混凝土桥面板厚17cm，在跨中合拢段及边跨辅助墩位置设置纵向预应力STC桥面板钢箱梁高4.0mSTC桥面板板厚5cm，钢箱梁桥面板通长布置，板厚14mm。STC板与钢桥面板用剪力钉连接，形成永久结构层钢面板磨耗层（1540mm）STC薄层（4060mm）焊钉钢桥面组合桥面钢筋网STC轻型组合桥面高栏港大桥钢桥面铺装方案50年费用比较：使用年限使用年限累计总养护费用（万元）累计总养护费用（万元）SMA+浇注式 SMA+STC层 双层环氧沥青05054.410903.77093.4810108.811439.4

21、14186.91615163.211975.021280.32420217.612510.728373.83225272.013046.435467.24030326.413582.142560.64835380.814117.849654.10.010000.020000.030000.040000.050000.060000.0081624324048SMA+浇注式SMA+STC层双层环氧沥青UHPC桥面板中引桥整幅式钢箱梁整幅式钢箱梁：整幅单孔最大吊装重量约2400t分幅式钢箱梁分幅式钢箱梁：单孔最大吊装重量约1150t分幅钢箱组合梁分幅钢箱组合梁：单孔最大吊装重量约2300t方案方案钢

22、箱梁钢箱梁组合梁组合梁造价造价1.141施工方案施工方案整孔吊装，分体钢箱梁吊装重量为组合梁的一半整孔吊装施工工期施工工期16个月19个月技术难度技术难度吊装重量小，施工工艺成熟吊装重量大，负弯矩区桥面板易开裂，施工工序多；对下部结构要求较高；防灾能力防灾能力上部结构重量小，抗震性能好；箱梁设置风嘴，抗风能力强抗风及抗震性能均不及钢箱梁维修、养护成本维修、养护成本桥面铺装易破损桥面板易开裂，影响耐久性桥梁景观桥梁景观与主桥主梁断面一致，全桥景观和谐度高景观效果常规综合推荐意见综合推荐意见推荐比较100m100m采用分幅整孔吊装方案采用分幅整孔吊装方案桥墩类型图示受力与施工景观造价防船撞整幅式盖

23、梁受力较大；盖梁施工难度较大；上部结构架设时偏载较大。与斜拉桥桥塔整体协调统一、视觉通透性好，总体景观效果较好。经济性稍好强分幅式受力简单，施工方便。视觉通透性稍差，视觉效果凌乱，总体景观效果较差。经济性稍差弱整幅式T型墩的横桥向墩顶截面宽度8.0m，向下至承台顶面，采用1：25斜率直线增大截面。墩身顺桥向等厚度4.0m。墩顶与盖梁连接处的折点，设置圆弧进行平顺过渡。墩身截面采用圆端型，截面形式与索塔一致，圆端直径采用墩身厚度。承台厚4.5m，平面为1016m的矩形，下设6根D=2.2m的桩。整幅式整幅式T T型墩构造型墩构造1）托架安装带来的高空吊装作业风险；2）托架高空焊接带来的焊缝质量安

24、全风险，关系到整个结构体系的安全；3）600方混凝土持续浇筑约12个小时，大悬臂盖梁支架持续变形造成出现沉陷裂缝的风险；对支架刚度、混凝土性能及振捣工艺提出较高的要求。施工方案施工方案整幅式TY复合型墩，墩顶采用带悬臂的三角形刚架，高度11.5m，墩顶与三角形刚架结合部位截面宽度8.0m，向下至承台顶面，采用1：25斜率直线增大截面。墩身顺桥向等厚度4.0m。墩顶与三角形刚架连接处的折点，设置圆弧进行平顺过渡。三角形刚架单肢的截面，采用了外侧圆弧内侧直线的形式。墩身截面采用圆端型，截面形式与索塔一致，圆端直径采用墩身厚度。承台厚4.5m，平面为1016m的矩形，下设6根D=2.2m的桩。整幅式

25、整幅式TYTY复合型墩复合型墩构造构造1）工序稍复杂，上部临时结构吊装工况多；2）V墩控裂为重要风险点。施工方案施工方案上部结构采用分体式钢箱梁。下部结构采用整幅式TY型墩。东引桥西引桥节段拼装箱梁，60m跨径比70m跨径造价节省约2.7%-4.4%；钢混组合箱梁，60m跨径比70m跨径造价节省约4%-4.5%；20.022.525.027.530.032.535455565陆上陆上6060、70m70m跨径不同墩高造价对比跨径不同墩高造价对比60m跨径预制节段拼装箱梁70m跨径预制节段拼装箱梁22.525.027.530.032.535.035455565水中水中6060、70m70m跨径不

26、同墩高造价对比跨径不同墩高造价对比60m跨径预制节段拼装箱梁70m跨径预制节段拼装箱梁水深相对较浅，参考国内同类桥梁建设经验，对下述主要结构类型及配套的施工方案进行经济技术比选。PC混凝土箱梁混凝土箱梁钢钢-混组合箱梁混组合箱梁波形钢腹板组合箱梁波形钢腹板组合箱梁节段节段拼装拼装顶推或整孔吊装节段拼装或顶推60m梁横桥向采用双幅桥面布置，断面采用单箱单室斜腹板箱梁形式，梁高为3.6m，箱梁顶板宽16.5m，底板宽6.9m，悬臂板宽度为3.6m。箱梁采用纵、横向预应力体系，纵向预应力采用体内和体外束结合的方式布置。预制节段长度为3.6m左右，单节段吊装重量不超过120吨。组合梁由钢槽梁和混凝土桥

27、面板通过剪力钉结合而成，总梁高3m，顶板宽16.5m，底板宽7.25m，悬臂板宽度为3.5m。其中钢槽梁高2.5m。混凝土桥面板高0.5m，腹板和底板设板式加劲肋。桥面板采用预制C60混凝土，桥面板的存放时间不少于180天。桥面板横向为预应力结构，纵向为普通钢筋混凝土结构。根据现场建设条件，钢箱组合梁拟采用顶推施工工艺，为减少临时墩的设置，节约工程造价，顶推采用钢导梁+临时拉杆的设计方案。波形钢腹板组合梁由波形钢腹板和混凝土顶板、底板通过剪力钉结合而成，总梁高3.6m，顶板宽16.5m，底板宽6.91m，悬臂板宽度为3.9m。混凝土顶、底板采用C55现浇混凝土。桥面板采用纵、横向双向预应力体系

28、。上部结构形式上部结构形式60m节段拼装箱梁节段拼装箱梁60m顶推法钢顶推法钢-混组合梁混组合梁60m波形钢腹板组合梁波形钢腹板组合梁施工工法施工工法悬臂节段拼装顶推或整孔吊装节段拼装或顶推施工难易程度施工难易程度对预制和拼装精度要求较高施工工艺稍复杂施工工艺稍复杂对于施工环境的要求对于施工环境的要求需预制场地需预制场地需预制场地施工工期施工工期节段预制可与下部同时施工，拼装速度较快箱梁预制可与下部同时施工，顶推速度较快工序繁多、工艺复杂，速度慢结构耐久性结构耐久性节段之间的接缝需处理好预制桥面板与钢梁结合面需处理好顶底板及腹板接缝需处理好后期检查及养护后期检查及养护体外预应力需定期养护钢箱梁

29、后期养护工作量大、费用高钢结构后期养护工作量稍大、费用稍高受力性能受力性能抗弯和抗剪性能略逊于宽体箱梁承受负弯矩的能力差较好景观效果景观效果较好较好较好造价比例造价比例（上、下部）（上、下部）11.051.191.12综合评价综合评价施工工艺成熟，适应性好；施工速度较快；节段质量较好；景观效果较好。施工工艺复杂；承受负弯矩能力差；景观效果好；后期养护工作量大；造价较高。施工复杂，现场工序多；工期久；景观效果好；后期养护工作量较大。推荐意见推荐意见推荐推荐比较比较根据本项目海上桥梁长度长、水深浅的建设条件，东、西引桥采用预制节段拼装箱梁。桥墩类型图示方案优点缺点小间距双肢整幅墩分幅预应力混凝土预

30、制节段拼装箱梁；下部结构小间距双肢整幅墩；下部结构景观效果较好；盖梁施工较复杂，施工组织较麻烦；分离式墩分幅预应力混凝土预制节段拼装箱梁；下部结构分离式花瓶墩；桥墩施工简单，上下部结构受力简单；下部结构景观效果一般；桥墩横桥向受力性能一般；100m跨高架钢箱梁跨高架钢箱梁(1.6Km)720m主跨三塔斜拉主跨三塔斜拉(2.2Km)K16.1东东航道东东航道K0K2.8K3.3K6.45K8.65700m跨两塔斜拉（跨两塔斜拉（1.41Km）节段梁节段梁(1.08km)节段梁节段梁(60m跨跨3.12Km)东航道东航道K4.7540m小箱梁（小箱梁（4.52Km）海堤海堤海堤海堤东引桥栈桥东引桥栈桥中引桥栈桥中引桥栈桥K16.9西引桥栈桥西引桥栈桥