平潭海峡大桥设计方案介绍

平潭海峡大桥设计方案介绍
1 引言
平潭岛是福建第一大岛，全国第五大岛，东临台湾海峡，西隔海坛海峡，地理位置特殊，交通基础设施落后，娘宫车渡轮为目前对外唯一通道，严重制约平潭县经济发展和优势发挥。

平潭海峡大桥从90年代初动议至今历时10多年，是取代车轮渡而成为平潭对外公路交通便捷通道，其建设迫在眉睫。

设计中的平潭海峡大桥跨越海坛海峡，是省道305渡改桥工程重要组成部分，桥位西起福清小山东，经北青屿，东至平潭娘宫，路线全长约5km，其中桥长约3.5km..
2主要技术标准
按双向两车道二级公路设计，设计速度80km/h，桥梁宽度17m，设计荷载为公路—I级，地震基本烈度Ⅶ度。

桥下通航5000t级海轮，通航净空123m/233m(双孔单向/单孔单向)×38m，设计最高通航水位黄零4.78m，航迹线与桥位基本正交。

采用自身加强消能后船舶撞击力：通航孔桥主墩27MN、过渡桥18MN/14.5MN（刚构桥/斜位桥）。

3自然条件
桥址处历年极端气温37.4~1.2℃。

成桥状态100年重现期基本风速43.3m/s，施工阶段20年重现期基本风速
38.8m/s。

设计 100年一遇极端高、低水位5.18、—4.16m。

100年一遇设计水流速度2.20.m/s（含风海流）。

100年一遇累积频率1%设计波浪3.81~5.69m.。

桥址地处福建东部沿海丘陵区，海面宽约3480m，海床可大体分近岸水下岸坡、冲刷沟槽、水下平台三部分，以北青屿为突出点呈W形复式断面，西侧海面宽约550m，东侧宽约2850m。

海底地形局部变化较大，北青屿东侧有两条深水冲刷沟槽，除局部出露基岩，大部分有现代沉积。

北青屿侧沟槽最大水深32.7m，覆盖岩薄，海床坡降大；航道沟槽底变化平缓，最大水深29.2m；两槽间水下平台长约1000m，水深10m左右，覆盖层较厚，一般40m以上。

海床处于动态平衡的基本稳定状态。

桥址区覆盖层多为流软塑淤泥、含砂淤泥、有机质粘土、淤泥质粘土、淤泥质砂等，部分饱和砂类土地震作用下存在液化现象。

残积风华层及强风化岩层厚较薄。

基岩以熔结凝灰岩、花岗闪长岩为主，强度较高。

不存在活动断裂、滑塌等不良地质现象。

海水对混凝土既有中等强度结晶类、结晶分解复合类腐蚀，对混凝土结构中的钢筋具有强腐蚀性，对钢结构具有中等腐蚀性。

4总体线形设计及桥梁区段划分
4.1平面线形
主要控制因素有自然建设条件、与航道交叉关系、避开油罐站和教堂等敏感建筑物、尽量避开居民区、与两案接线
衔接等。

初设阶段经过路线方案的调整比较，采用了具有较高标准且少拆迁的平面线形，桥梁除两端桥头部分段落进入平曲线，其余均直线桥。

4.2纵面线形
主要控制因素有航道通航净空要求、水文资料（通航水位、潮位与浪高，路基50年一遇极端高水位）、与省道305顺接等。

纵断面设计从既提高大桥交通运行质量又适当控制坡长和大桥高度考虑，压低引桥，突出主桥，采用﹤3%的纵坡。

4.3桥梁区段划分
根据桥位地形特点及航道条件，本桥由西向动可划分为西引桥、通航主桥、东引桥三个区段，西引桥又分为西浅水区、深水区、平台区引桥，引桥总长度约占总桥长度85%左右。

5通航主桥方案
5.1跨径选择
通航主桥跨径选择主要考虑因素：通航孔位置、数量及尺度应满足通航要求；跨径应考虑基础和防撞设施等尺寸并有一定余宽，以减小船舶撞击机率；从主桥受力和与引桥匹配出发合理确定边跨跨径；结合桥型结构的跨越能力和技术经济合理性。

根据通航标准，最终确定主桥通航孔跨径为180/300m（双孔单向/单孔双向通航）。

5.2桥型方案
通航主桥桥型方案综合考虑斜拉桥、部分斜拉桥、刚构桥、拱桥、桁架桥等方案，认为：
拱桥美观较好，但造价高、施工困难、工期长；桁架桥架设方便，但造价高、景观效果不好，后期养护费用大；部分斜拉桥性能介于连续刚构桥与斜拉桥之间，与跨径180m连续刚构相比有构造较复杂、施工难度较高、后期维护工作量较大、总体造价较高、主塔倾占桥面空间等缺点，与跨径300m 斜拉桥相比有跨度超大、变高主梁施工难度较大、有索与无索段施工工艺不尽相同等缺点。

考虑目前国内外桥梁建设的实际水平，主跨180m双孔单向通航可选用桥型方案以连续刚构较为合适；主跨300m单孔双向通航可选用桥型方案以斜拉桥较为合适。

根据特定建设条件，通航主桥选用了两种桥型结构方案，三种布跨方式：100+2×180+100m及100+3×180+100m（五跨连续刚构方案为工可延续方案，造价较高且存在误导航行可能）预应力砼连续刚构、135+300+135m预应力砼肋板式连续梁斜拉桥。

5.2.1四跨连续刚构方案
采用四跨连续刚构体系，主跨跨径180m，边跨跨径100m。

主梁采用三向预应力单箱单室箱梁，悬浇施工。

主墩双薄壁墩，采用翻爬模法施工。

基础采用钻孔桩，桩径
Ф2.8m/Ф2.5m（强化风层及以下Ф2.5m），每主墩22根桩。

由于主墩船撞力较大，设计采用组合桩方案在桩顶以下15m 范围内采用带肋钢板卷制特殊钢护筒参与桩身受力，同时桩基主筋带肋采用Ⅲ级钢以提高承载力满足桩身受力的要求。

施工钻孔平台采用钢护筒和辅助钢管桩相结合方案，即以钢护筒为主要撑桩的平台结构形式，利用起始平台和移动悬挑式导向架进行钢护筒沉放，采用全护筒清水或泥浆钻进，采用钢套箱围堰施工承台。

5.2.2斜拉桥方案
采用三跨连续半漂浮体系，双塔双索面结构，空间密索型布置，不设置辅助墩。

主梁采用预应力砼肋板式梁，总宽20.5m，悬浇施工。

索塔处设置纵向限位约束装置、竖向支座及横向抗风支座，过渡墩墩顶设置竖向支座及抗风支座。

斜拉锁为扇形密集平面索布置，采用大节距扭绞型平行钢丝柔性索，双层PE护套，冷铸锚，阻尼橡胶减振圈减振。

主塔为H型钢筋砼塔，全高111m，桥面以上74.5m，塔高与主跨比值0.248。

塔柱及横梁均采用空心箱形截面。

基础为Ф2.8m/Ф2.5 m钻孔灌注组合桩，每个塔柱基础共22根。

6非通航孔桥方案
6.1跨径及桥型方案
经过综合比选，初设阶段主要推出了逐孔现浇50m预跨应力砼斜腹板连续-钢构箱梁方案、节段预制拼装70m跨预应力
砼斜腹板连续-钢构箱梁方案进行比较。

50m跨径现浇工艺成熟，建安费较低，可选施工设备多，虽水中基础较多阻水面积较大，但考虑桥址处流水流速较小，其影响较小。

跨径超过50m，现浇难度费用大，国内虽具备现浇60m跨径能力，但设备较小，需要改造，成功经验少，不宜在本桥复杂海域环境使用。

预制方案的主要优势在缩短工期，而工期主要受下部基础施工控制，则尽量加大跨径以减少墩基础的数量。

根据国内预制箱梁比选经验，跨径宜在60~80m范围中。

从本桥桥跨布置状况看，预制方案70m跨径较适中。

70m跨径混凝土箱梁拟采用预制阶段拼装施工方案，相比50m跨径水中基础少阻水面积小，但低墩区景观效果较差，架设机设备投入大，需设大型预制场地和合适码头，浅水区水深不满足施工条件，造价高，施工难度大。

经综合比选，引桥推荐采用逐孔现浇50m跨预应力砼斜腹板箱梁方案。

6.2下部结构方案选择
墩身采用与斜腹板箱相匹配的花瓶墩，采用翻扒模法现浇施工。

基础形式，针对桥区基岩埋藏深浅不一、覆盖层厚薄不均等特点，综合比较了钻孔灌注桩和打入桩形式，西平台区段引桥具备打入桩沉桩条件，推荐采用Ф1.6m钢管打入桩以加快施工，降低造价，期于引桥推荐采用Ф1.6~2.5m钻孔灌注桩。

但西平台区段存在地质软硬变化大，上覆盖层为淤泥或淤泥质土，较软弱、强度小，基底岩层强度大，局部
软弱覆盖层下直接进入弱风化基岩，为确保施工可行性，须在施工前进行钢管桩静载试桩。

7推荐组合桥型方案
根据初设研究的桥型方案，主桥选择了四跨连续结构方案、三跨斜拉桥方案以及五跨连续钢构方案，结合引桥的桥型防哪个按，进行了全桥方案组合，形成五个组合方案。

经过全桥方案组合比较，对于平潭海峡大桥这样一座重要的大桥工程，考虑其重要性，从结构受力性能安全可靠、施工风险相对较小、环境影响低、景观效果、技术经济性好及有较好的耐久性等方面综合考虑，推荐如下组合桥型方案：
（7×4×50）m预应力混凝土等截面连续；梁桥+
（4×50+2×5×50）m预应力混凝土等截面连续刚构+（100+2×180+100）m预应力混凝土变截面连续刚构+
（5×50+2×4×50+40）m混凝土等截面连续刚构。

全桥长3510m(含两台10m)。

8其他
考虑平潭海峡大桥工程的复杂性，设计阶段在项目前期研究及专题成果（如工程水文气象专题等）基础上，进行了结构耐久及施工组织设计，并开展了桥梁抗震设计研究、主桥抗风性能研究及风致行车安全评估与对策、大桥基础防撞研究、桥墩局部冲刷计算试验研究、桥墩波浪力计算研究、通
航环境安全评估及安全管理专题研究、助航设施初步设计等专题研究，先后取得阶段性成果。

采用加宽的二级路标准，双车道加两侧慢车道，桥宽17m；待交通量发展到一定程度后重新划分为四车道。

钢筋混凝土预应为混凝土桥，从福清岸向平潭岸方向桥跨依次为：14×40m（两联连续T梁）+60m+3×80m+60m（连续箱梁）
+25×40m（四联连续T梁）；主桥为90m+3×160m+90m（箱型连续刚构）；21×40m（三联连续T梁）。

主桥全长660.0m，两端引桥全长2773m，桥梁总长3433m。

主要技术指标
（1）大桥功能：公路桥梁；
（2）路线技术等级：二级公路；
（3）桥梁设计荷载：汽车一超20级、挂车-120；
（4）设计行速度：80km/h；
（5）通航要求：桥下通航按5000t级海轮为标准，通航水位按二十年一遇高潮水位为黄海高程4.41m，通航孔净高32.5m，跨度不应少于100m，大桥轴线与主航道应大致成正交，无副航道要求；
（6）地震设防：根据地震评价分析，本项目按地震烈度6.9度计算结构强度，按7.3度验算结构延性；
（7）船撞击力：按5000t级海轮考虑；
（8）设计风速：按《公路桥涵设计通用规范》全国基本风压分布图标准推算，平坦空旷地带距地20m高，频率1/100的10分钟平均最大风速为43.8m/s，推算至主桥面约63m/s；
（9）大桥与公路接线：大桥与规划实施中福清真武殿至平潭苏澳二级公路相接，接线按远期规划，分期实施。

接线工程只做与桥连接方案，其造价不包括在大桥的造价中；
（10）大桥辅助功能：大桥两边可以挂两根直径1.0m的输水管道，同时考虑通讯管线的铺设。

根据本项目的交通量预测结果，到2002年，年均日交通量为中型车5660辆/日，2034年为8694辆/日，以中远期交通量预测值为依据，本项目采用加宽的二级路标准，桥宽17m。

按分期实施（A组方案）和一次建成（B组方案）两种方案分别考虑。

本项目A组方案全长3335m（不含两岸接线），其中主桥331.30m，福清岸引桥长2061.85m（含桥台），平潭岸引桥941.85m（含桥台），引桥总长3003.70m （含桥台）。

本项目B组方案全长3433m（不含两岸接线），其中主桥660m，福清岸引桥长1929m（含桥台），平潭岸引桥844m（含桥台），引桥总长2773m （含桥台）。

三、项目总投资：8500万美元，拟利用外资6800万美元。

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