采用<<便航式跨海浮橋>>方案之(三)

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<<便航式跨海浮橋>>方案(一)和(二)的基礎(chǔ)上，采用將南、北航道都設(shè)成主航道，中間仍然采用浮橋，也是可行的方案。雖然大跨徑懸索橋的海中錨碇困難較大，其造價也較高，但是仍然是較好的方案。南、北航道都可隨意通航，對航行很方便，容易為各方面所接受，也具有重要意義。地圖上所標(biāo)示的航道位置是偏向北岸，隨著海南島經(jīng)濟的快速發(fā)展，對航道的要求也會提高，也有必要在南岸設(shè)主航道。海峽中部的海水深度大，采用浮橋方案也顯得合理，對航行沒有影響。在兩岸近海選擇適當(dāng)?shù)奈恢茫岳诖罂鐝綉宜鳂虻暮Ｖ绣^碇設(shè)置，中間浮橋和引橋可以設(shè)計成曲線形式，處理上是很靈活的。

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(yù)制、浮運、安裝和防護問題，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(biāo)準(zhǔn)，航道將是跨徑1500米以上的懸索橋。

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，在兩岸各設(shè)3980米橋梁作航道，中間深水段設(shè)12040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(biāo)便于導(dǎo)引航向。

3、要求

主航道上橋梁的航道深度，應(yīng)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。考慮到將來的發(fā)展需要，預(yù)留一定的安全余地，航道深度以低潮位為準(zhǔn)，采用最小的水深度24米。航道的寬度按1500米考慮，可滿足通航需要。

4、管理

航道需要設(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(yīng)公告，并設(shè)無線電臺引導(dǎo)，必備應(yīng)急救援設(shè)施。航道應(yīng)設(shè)置燈塔和通航標(biāo)志，標(biāo)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(xué)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365JT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(biāo)準(zhǔn)，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(fēng)浪

瓊州海峽受臺風(fēng)的影響嚴(yán)重，瞬間最大風(fēng)力12級，8級大風(fēng)全年僅有6天時間，10級大風(fēng)全年僅2天時間。臺風(fēng)的破壞力量很大，是嚴(yán)重的自然災(zāi)害，無法抗拒，只能防避。臺風(fēng)到來時，需要封閉交通。風(fēng)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(yù)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(fù)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(fù)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(fēng)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(fù)雜。在縱向加勁桁架弦桿內(nèi)加設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼絞線束，形成預(yù)應(yīng)力復(fù)合鋼管砼桁架。整個船體成為預(yù)應(yīng)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(yù)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(fù)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(yīng)急保險。船艙內(nèi)空氣不流動，內(nèi)壁鋼材腐蝕不嚴(yán)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(yīng)用即先例，是鋼鐵銹蝕防護的簡便和實用措施。

4、預(yù)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(yù)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(yù)制。

5、連接

浮船采用鉸連和橡膠減震連接，以適應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的異型型鋼伸縮縫，可以保證行車的舒適。

6、照明

浮橋應(yīng)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(biāo)志，以免船舶夜間誤航和撞橋事故發(fā)生。

三、銜接橋梁

因浮橋的高度隨潮位而便化，故必須設(shè)置銜接橋梁，以適應(yīng)坡度變化的需要，改善行車的條件。潮位變化高度達3.6米，應(yīng)設(shè)置80米跨徑單孔橋梁，采用復(fù)合鋼管砼系桿拱較好。它的跨徑很大，抗風(fēng)穩(wěn)定性好，預(yù)制加工方便，便于浮運安裝和架設(shè)施工，外形也美觀，無防護的麻煩。銜接橋由浮橋端部浮船支承，即特制設(shè)有100米縱坡和能夠支承3200噸重的浮船，浮船加大吃水深度，加勁桁架作特別加強。浮船能夠自動的適應(yīng)潮位變化，實現(xiàn)縱坡的變化調(diào)節(jié)。

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(yīng)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(dān)了800米橋長重量，懸索橋只負擔(dān)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

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(fù)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(yù)應(yīng)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(dāng)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(yīng)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(fēng)構(gòu)

橋面板起到了上部水平風(fēng)構(gòu)的作用，下部水平風(fēng)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)合鋼管砼桿件內(nèi)加預(yù)應(yīng)力，以平衡兩邊斜拉索的水平分力。剛架的復(fù)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(fēng)穩(wěn)當(dāng)需要，采用復(fù)合鋼管砼和鋼管砼骨架施工都較方便。