采用<<便航式跨海浮橋>>方案之(二)

摘要：我國瓊州海峽水的深度較大，采用橋梁和隧道方案的困難都很大，<<便航式跨海浮橋>>是一種簡便、實用和經(jīng)濟的解決方案。本文對通航、主航道橋、浮橋、銜接橋和付航道橋的結(jié)構(gòu)原理、365JT設(shè)計、防護和365JT施工等問題，提出初步的方案探討。

關(guān)鍵詞：通航 主航道橋 浮橋 銜接橋 付航道橋

在“橋梁與隧道工程網(wǎng)”上看到”大慶油田有限責任公司第七采油廠” 工程365JT技術(shù)大隊高大放的文章：”<<便航式跨海浮橋>>項目可行性初步分析”和”關(guān)于在瓊州海峽修建世界上第一個<<便航式跨海浮橋>>的建議”以后，感到問題提得很好，思路新穎，很有創(chuàng)意。浮橋和潛浮隧道相結(jié)合的形式，組合連接比較方便，滿足了通航需要，浮橋的結(jié)構(gòu)簡單，工程造價比較合理，是一種解決跨海困難的好形式。

<<便航式跨海浮橋>>是利用浮力原理，體現(xiàn)了船舶結(jié)構(gòu)的特點，對地基的依賴性小，不象橋梁和隧道完全支承于地基上。其結(jié)構(gòu)的受力直接和明確，荷載能及時被船體浮力所平衡，使用的材料較少，比較經(jīng)濟合理。若主、付航道都采用橋梁的形式，與中間深水困難部分采用浮橋相結(jié)合的形式，也比單純采用橋梁和隧道形式的困難小，工程造價也較合理。故<<便航式跨海浮橋>>方案是跨海浮橋與橋梁或隧道形式的組合，技術(shù)都是可行的，具有各自的特點和風格。主航道采用橋梁時，航道的通航凈空高達60米以上，通航孔跨徑很大，引橋長達2公里多，水深度較大，工程的施工難度很大?？墒雇ê娇讟蛄何恢帽M量靠近岸邊，將一端部分引橋作在陸地上，以減小深水橋梁的施工困難。但是需要增加橋梁長度，工程造價不會比隧道更經(jīng)濟，但是管理工作較少，行車環(huán)境更好。

本文對橋梁與浮橋的組合形式進行研討，作為<<便航式跨海浮橋>>的比較方案。它也充分發(fā)揮了跨海浮橋的優(yōu)越性，工程投資總額較小，能夠及早解決跨越海峽的公路365JT交通困難。以瓊州海峽的<<便航式跨海浮橋>>方案為例，對航道、橋梁、浮橋、銜接橋的設(shè)計、預制、浮運、安裝、防護和管理問題，提出初步的方案作探討。

一、航道

1、重要性

瓊州海峽是我國的內(nèi)海，也是重要的海上交通要道，需要作詳細的調(diào)查研究，要經(jīng)過海運、海事、魚業(yè)、海軍、石油、國土、環(huán)保等多方面的協(xié)商，經(jīng)過國家主管部門確定，才能定出合理的航道標準。主航道將是跨徑1500米以上的懸索橋，付通航孔的橋梁跨徑300米。

2、方式

瓊州海峽采用<<便航式跨海浮橋>>方案，航道的位置按通航需要、地形、地質(zhì)條件和施工方案來確定。海峽的特點是寬達20公里，兩岸水深度較淺，中部水在120~150米左右，平均水深50米，最大浪高3.3米，潮位差3.6米。海峽兩岸分屬廣東和海南省，為方便通航和管理，在廣東岸設(shè)3500米橋梁作主航道，海南岸設(shè)3000米橋梁作付航道，中間深水段設(shè)13500米浮橋。采用橋梁、浮橋和橋梁的組合形式，能夠充分利用地形條件，方便施工和通航，較為現(xiàn)實合理。通常船舶的航行規(guī)律是靠近海岸，岸上的目標便于導引航向。

3、要求

主航道上橋梁的航道深度，應由船舶的吃水深度來定，要滿足最大船舶和特殊要求的需要。30萬噸的超級油輪，吃水深度22.2米?？紤]到將來的發(fā)展需要，預留一定的安全余地，航道深度以低潮位為準，采用最小的水深度24米。主航道的寬度按1500米考慮，可滿足通航需要。付航道按通行5000噸級的船舶考慮，通航孔設(shè)跨徑300米的橋梁，能夠滿足通航需要。

4、管理

主、付航道簡稱為北、南航道，以方便大、小船舶的區(qū)分和識別。需要設(shè)置航道的管理機構(gòu)，航道的設(shè)置情況和航行管理規(guī)定應公告，并設(shè)無線電臺引導，必備應急救援設(shè)施。航道應設(shè)置燈塔和通航標志，標明浮橋的禁航位置。尤其要重視夜航問題，以免發(fā)生航行事故。

二、浮橋

1、特點

浮橋利用浮力原理，是科學和經(jīng)濟實用的。只要解決了通航問題，浮橋作為解決跨越深海困難，無疑是好的方案。浮橋是以船作橋，采用的是船舶原理和技術(shù)。浮橋要求船舶長、寬度和體積很大，排水量達萬噸以上，可獲得很大的穩(wěn)定性和減少相互連接。浮橋的橋面寬度擬采用雙向6車道(0.5+16+2+16+0.5=35米)的標準，以免發(fā)生車道堵塞影響行車。浮船的長度定為150米，以減少伸縮縫，利于行車安全。浮橋的橋面采用整體現(xiàn)澆鋼筋砼板，面層為瀝青砼。橋面板即為浮船的甲板，它與船體桁架結(jié)合成為整體受力，結(jié)構(gòu)的整體剛度大，自重很大，活載比例較小，集中力能夠雙向分散傳布至船體，故變形很小。

2、風浪

瓊州海峽受臺風的影響嚴重，瞬間最大風力12級，8級大風全年僅有6天時間，10級大風全年僅2天時間。臺風的破壞力量很大，是嚴重的自然災害，無法抗拒，只能防避。臺風到來時，需要封閉交通。風力對浮橋的影響，可設(shè)樁基或拋錨作定位和平衡穩(wěn)定。錨拉鏈條長度受潮位變化的影響，在船上設(shè)置的轉(zhuǎn)向定滑輪和吊重作自動調(diào)整。浮船的高度為4.5米，吃水深度2.2米，波浪最大高度達3.3米，橋面墻式護欄高度加高為1.6米，既為防波浪，也保證行車的絕對安全。浮船的兩側(cè)作成流線型，起到破浪和預防的消能作用。波浪的能量大，破壞的作用大，是浮橋問題的關(guān)鍵。故對浮船兩側(cè)作加強處理，保證有足夠大的抗變形剛度。并設(shè)置鋼筋砼園形錐體，以削弱波浪的破壞能量，作為防護措施。

3、結(jié)構(gòu)

作浮橋的浮船有其特點，船艙空間無使用要求，可自由設(shè)置縱、橫向加勁桁架。鋼筋砼橋面板的長、寬度都大，適宜設(shè)置縱、橫向加勁桁架來支承荷載和分散傳至船體，減小船體變形。加勁桁架的弦桿與橋面板和船體相結(jié)合，形成復合鋼管砼結(jié)構(gòu)，成為雙向的板桁結(jié)構(gòu)，整體的剛度很大。浮船起囤船作用，加勁桁架起倒船舶龍骨作用。加勁桁架采用復合鋼管砼，結(jié)構(gòu)的整體剛度大，加工焊接簡便，腹桿采用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿作長效防護。浮船受車輛和風浪的作用，總縱向彎曲和橫向彎、扭變形較大，內(nèi)力組合情況復雜。在縱向加勁桁架弦桿內(nèi)加設(shè)預應力鋼絞線束，形成預應力復合鋼管砼桁架。整個船體成為預應力結(jié)構(gòu)，縱、橫向的抗彎、扭剛度加大，可保證穩(wěn)定與和安全。

浮船的關(guān)鍵是防護，船體鋼板和加勁肋型鋼適宜采用低合金的船用鋼板，具有較強的防腐能力，鋼板必須預留耐腐蝕的厚度。為加強船體鋼板的防護，外表面焊接錨固鋼筋，采用8厘米厚度的鋼筋網(wǎng)和鋼絲網(wǎng)噴射砼，再用水泥砂漿抹光，形成復合鋼板砼結(jié)構(gòu)。可增強船體鋼板的抗變形剛度，使鋼板厚度經(jīng)濟合理。浮船劃分為幾大密閉隔倉，以備局部檢修和應急保險。船艙內(nèi)空氣不流動，內(nèi)壁鋼材腐蝕不嚴重，可采用環(huán)氧瀝青漆防護。亦可采用鋼筋網(wǎng)和鋼絲網(wǎng)噴射砼，實現(xiàn)浮船的長效防護。鋼絲網(wǎng)水泥砂漿的防裂性能好，水泥船的成功應用即先例，是鋼鐵銹蝕防護的簡便和實用措施。

4、預制

浮船體形很大，可以在船臺上建造船體，作好防護處理以后下水，再作橋面甲板。也可以采用干船塢進行預制，干船塢也作為浮橋的永久維修設(shè)施，可以備萬一再造新船和對浮橋進行維修更換。干船塢本身就是一個大型造船廠，可作為一個造船企業(yè)來生產(chǎn)經(jīng)營，并回收建設(shè)船塢的投資。亦可在廣州新建的龍穴島30萬噸干船塢預制。

5、連接

浮船采用鉸連和橡膠減震連接，以適應浮船的浮動變形需要。結(jié)合考慮到浮船維修的可能性，采用拉、壓和減震組合的啞鈴形球餃連接，連接裝置構(gòu)造簡單、安全可靠、經(jīng)久耐用和裝拆更換方便。橋面采用標準的異型型鋼伸縮縫，可以保證行車的舒適。

6、照明

浮橋應設(shè)路燈照明，以改善行車條件，保證行車的安全，也是浮橋的明顯標志，以免船舶夜間誤航和撞橋事故發(fā)生。

三、銜接橋梁

四、主航道橋梁

1、橋梁型式

⑴ 主通航孔橋

主通航孔橋梁的設(shè)置位置，在滿足航道要求以后，應該盡量靠近岸邊，以便將水中的錨碇設(shè)在較淺的海中，可減小施工難度。主通航孔橋梁的跨徑為1500米，只適合采用懸索橋方案，邊孔的跨徑適合采用400米。為了減小錨碇的難度和體積，懸索橋采用斜張橋與懸索橋相組合的形式，以減小懸索拉力。即兩邊400米為各自平衡的斜張橋，跨中700米為懸索承載的懸索橋。懸索橋留一段空載索段的形式，筆者在西藏達孜大橋上已采用過，實踐證明可行。斜張橋自身平衡承擔了800米橋長重量，懸索橋只負擔700米橋長重量，懸索內(nèi)力和錨碇的重量都可減小一倍。懸索橋橋面長度700米，懸索的跨徑是1500米，內(nèi)力作功的路程長，懸索的材料不能節(jié)省，斜張橋部分需要另用材料。這樣實現(xiàn)1500米的特大跨徑，施工的技術(shù)難度較小，尤其是減小海中的基礎(chǔ)施工困難。

⑵ 付通航孔橋

付通航孔橋梁采用400米橋長，以便與通航孔部分400米的懸臂長度相平衡，再加設(shè)錨墩作平衡穩(wěn)定，施工較方便。

1、加勁桁架

加勁桁架梁采用鋼桁架，桁架的高度大，抗彎剛度很大。斜張橋的斜拉索和吊桿便于采用比較大的間距，可以減少斜拉索和吊桿的數(shù)量。更便于通航孔斜張橋與懸索橋相互銜接段的變形協(xié)調(diào)。鋼桁架梁的通風效果較好，抗風穩(wěn)定性好?，F(xiàn)代的栓焊鋼桁架梁形體簡潔美觀，養(yǎng)護比較方便，使用經(jīng)驗成熟。斜張橋區(qū)段加勁桁架的弦桿也很適合采用鋼管砼，而腹桿采用鋼管，懸索橋區(qū)段采用鋼管結(jié)構(gòu)。這種管式桁架桿件便于采用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿，實現(xiàn)長效防護。

2、橫梁桁架

橫梁支承間距大，適合采用高度大的鋼桁架，桁架剛度大，能夠滿足承受重大活載的需要。橫梁桁架變形小，能夠提高正交異性板鋼橋面的剛度，有利于橋面鋼板與瀝青砼的結(jié)合，保證瀝青砼橋面的使用壽命。橫梁桁架上弦桿采用復合鋼管砼，腹桿采用鋼管結(jié)構(gòu)，可在下弦桿鋼管內(nèi)布設(shè)無粘結(jié)預應力筋。并采用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿，實現(xiàn)長效防護。

3、橋面板

采用倒梯形空腹肋的正交異性鋼橋面板，適當加大橋面鋼板的厚度和剛度，以保證瀝青砼橋面的結(jié)合，提高瀝青砼橋面的使用壽命。倒梯形空腹肋底板之間采用鋼板焊接封閉，形成閉合箱形，底板外采用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿作長效防護。橋面板應與加勁梁桁架上弦桿相結(jié)合受力，形成板桁結(jié)構(gòu)，以滿足平衡斜拉索的巨大壓力。斜張橋區(qū)段的橋面板按軸壓力需要，可在邊側(cè)8米變寬采用橋面板灌注砼，以增強抗壓能力。

4、風構(gòu)

橋面板起到了上部水平風構(gòu)的作用，下部水平風構(gòu)采用型鋼或鋼管結(jié)構(gòu)，也采用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿作長效防護。

5、塔架

主航道橋的跨徑很大，又為斜張橋和懸索橋的組合形式，塔架具有斜張橋彎矩大的特點。塔架高度達300米，施工的難度很大。采用復合鋼管砼塔架，鋼管和鋼管砼作為勁性骨架使用，使高塔架的施工較方便。復合鋼管砼具有鋼和砼兩種材料的特點，強度較高，韌性

很好，抗震性好，安全可靠。將鋼管砼的鋼管緊箍力作用作分離計算以后，復合鋼管砼的計算已能采用組合疊加方法解決，實際是一種特殊形式的鋼骨砼，利用勁性骨架作高塔的升模施工很方便。斜拉索和懸索平面布置呈外張形式，對橋面橫向穩(wěn)定有利。塔架順橋方向的立面形式為復式“A”字形剛架，柱底部為分離矩形截面，柱中部為分離“凸” 形截面 ，柱頂部為箱形。采用在水平的復合鋼管砼桿件內(nèi)加預應力，以平衡兩邊斜拉索的水平分力。剛架的復合鋼管砼水平橫撐僅設(shè)中部，以便斜拉索張拉錨固。塔架橫橋方向立面的形式為矩形剛架或桁架，橫向連接都設(shè)在柱兩側(cè)，能滿足橫向抗風穩(wěn)當需要，采用復合鋼管砼和鋼管砼骨架施工都較方便。

6、塔架和錨碇基礎(chǔ)

由于主航道橋的跨徑很大，塔架和錨碇基礎(chǔ)的內(nèi)力巨大。深水中的塔架和錨碇基礎(chǔ)體積很大，適合采用大型的鋼沉箱基礎(chǔ)下沉開挖和堆石灌漿技術(shù)。陸地上錨碇的施工條件好，采用明挖施工方便。塔架基礎(chǔ)也可采用樁基礎(chǔ)，需作方案比較選定。

7、主纜防護

懸索橋的主纜防護很重要，是保證大橋安全的關(guān)鍵。現(xiàn)在采用的傳統(tǒng)主纜防護方法還不夠完善，主纜仍然需要經(jīng)常維護。采用不銹鋼板組合導管復合防護，施工方法簡便，比較經(jīng)濟合理，能夠?qū)崿F(xiàn)長效的防護。斜拉索和吊桿也可以采用不銹鋼板組合導管復合防護，保證纜索系統(tǒng)安全可靠。

8、節(jié)點：

桁架節(jié)點按復合鋼管砼原理處理，即鋼管作相貫焊接，相互間焊加勁肋板加強，按節(jié)點板的形式和大小加強配置鋼筋，再澆灌節(jié)點內(nèi)（鋼管接頭）、外（節(jié)點板）砼。節(jié)點都采用復合鋼管砼，節(jié)點剛度大，復合鋼管砼的韌性好，可起到鋼節(jié)點板的作用。

9、吊點牛腿：

在加勁桁架外側(cè)設(shè)牛腿作吊點，橫梁桁架上弦桿鋼管在加勁桁架上弦桿鋼管之下，可利用橫梁桁架上弦桿鋼管外伸作牛腿，并在加勁桁架上弦桿鋼管上加焊鋼管加強牛腿，二牛腿鋼管焊加勁肋板和加強鋼筋，鋼管內(nèi)、外作成復合鋼管砼牛腿。它具有足夠大的抗彎、剪剛度，構(gòu)造簡單，施工簡便，可保證使用安全。

10、引橋

引橋采用較大的路線縱坡，以便減小引橋的長度和規(guī)模。引橋上部采用跨徑50米的預應力混凝土T形梁，下部采用樁基礎(chǔ)和排架墩，施工簡便。

11、樁基

在水深80米內(nèi)的淺海中，采用直徑3米以下的鉆孔樁基，施工是可行的。

五、付航道橋梁

為了方便通航而設(shè)付航道橋，主孔跨徑300米，邊孔跨徑160米，引橋跨徑50米，通航孔凈空高度36.5米、寬度180米，可通行5000噸級船舶。采用復合鋼管砼組合桁架梁橋，

橋面板形同箱形剛構(gòu)橋，橋面以下結(jié)構(gòu)采用復合鋼管砼桁架，實際為板桁結(jié)構(gòu)，自重較輕。它便于采用掛藍和預應力懸拼施工，并分鋼管、鋼管砼和外包鋼筋砼三個階段組合形成，施工安全方便，結(jié)構(gòu)的韌性好，無防護麻煩。同理應設(shè)置航道的管理和標志，以及夜間照明，保證航行和行車的安全。

六、造價估計

雙向6車道標準的橋梁造價，在珠江三角洲地區(qū)大約是：30、40米簡支梁橋為10萬元/延米，120米連續(xù)剛構(gòu)橋為20萬元/延米，350米鋼箱梁斜拉橋為51萬元/延米。付航道橋3000米，造價2380x12+620x25=44060萬元。銜接橋160米，造價160x25=4000萬元。浮橋長度12780米，造價12940x18=232920萬元。主航道橋5500米，造價2300x60+3200x15 =186000萬元。20公里海峽寬度，橋梁總長21.44公里，總造價估計約44060+4000+232920+186000=466980萬元，平均造價約2.1781億元/公里。

本方案采用雙向6車道的35米寬度標準顯得過高，采用雙向4車道的25米寬度標準也可行，可以減小工程的材料數(shù)量和施工難度。按橋?qū)挾鹊谋壤骱唵握蹨p，總造價估計約466980x25/35=333557萬元，平均造價約1.5558億元/公里。若不考慮折減，也是經(jīng)濟的。

七、結(jié)束語

<<便航式跨海浮橋>>是切實可行的新結(jié)構(gòu)，其特點還有待于人們?nèi)フJ識。浮橋是一種新觀念，設(shè)計上耐久、穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟的浮橋，可稱為水上（稱藍色）公路。浮船的耐久性是最重要的問題，采用砼防護鋼板的復合鋼板結(jié)構(gòu)，防護作用有保證。對瓊州海峽的特殊情況，綜合采用主航道橋梁、浮橋和付航道橋梁的組合方案，發(fā)揮浮橋這種水上公路的特長，能夠減少技術(shù)難度，防護工作量少，比較經(jīng)濟合理，這種模式對其它海峽也有實用意義。

海南島是我國唯一地處熱帶氣候的地區(qū)，是自然資源豐富的寶島，長夏無冬的旅游資源開發(fā)前景十分廣闊。海南省是泛珠三角區(qū)域經(jīng)濟9+2的成員，今后隨著區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展需要，解決瓊州海峽的公路交通問題，已不會很久遠了。工程的投資效益前景很好，采用杭州灣的集資模式，資金也不難解決。有了安全、經(jīng)濟和實用的方案，相信工程項目是會早日提上議事日程的。