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青岛海湾大桥红岛互通立交设计研究

1 工程概况

青岛海湾大桥(又称青岛胶州湾大桥)红岛互通立交项目,见图1,包括红岛互通立交和红岛连接线。其中红岛互通立交位于青岛市红岛镇东大洋村南侧胶州湾海域中,距陆域约1 km,采用Y型互通式立交型式,取有大鹏展翅之势,是青岛海湾大桥主线与红岛连接线相交叉的枢纽立交,主要功能实现红岛区域的车流方便上下海湾大桥主线,是目前世界上第一座海中互通立交桥。

状态2 随着iP(t)不断流入压电电容CP,导致VBA增加,当VBA≥|VTHP|时,MP1导通。由于节点B与输出节点VOUT短路,所以VBA的增加导致了VA的减少。当VA≤0时,比较器CMP2的将输出高电平,使得MN2导通,使电路进入状态2。在状态2中,MP1和MN2都导通,因此电路形成输出回路。由于滤波电容CL的值大于压电电容CP,iP(t)将主要流入CL。

图1 红岛互通立交

2 总体设计

2.1 技术标准

海湾大桥主线技术标准为双向八车道的城市快速路兼高速公路,设计行车速度80 km/h,路基(桥梁)宽度35 m,中央分隔带宽1 m,内侧护栏0.5 m,外侧护栏0.75 m,两侧路缘带宽0.5 m,行车道划分为3.50 m+3×3.75 m。桥梁设计荷载为城—A级及公路—Ⅰ级,地震基本烈度Ⅵ度。

红岛连接线技术标准为双向四车道城市Ⅰ级主干路,设计行车速度60 km/h,路基(桥梁)宽度23.5 m,行车道宽度划分为2×2×3.75 m,断面见图2。非通航孔桥横桥向船撞力1.2 MN,纵桥向船撞力0.6 MN;非通航孔桥计算最大冲刷深度4.5 m。设计基准期为100年。以1985国家高程为基准,设计水位平均高潮位1.39 m,平均低潮位-1.40 m,设计高潮位(300年一遇)3.54 m,设计低潮位(300年一遇)-3.61 m。

图2 红岛连接线路基(桥梁)断面

2.2 总体方案

2.2.1 红岛连接线

青岛市胶州湾北岸的红岛高新技术产业区是青岛主城区的三个辅城之一,双高路是高新区和红岛规划中区域性城市纵向干道。本项目中的红岛连接线北接双高路,南接海湾大桥,上跨海岸边泉大公路处设20 m+25 m+20 m分离立交,并在与泉大路交叉点北侧约1 km处设置主线收费站。红岛连接线采用23.5 m双向四车道断面,海上连接线桥采用双幅桥方案设计。

2.2.2 红岛互通立交

考虑到青岛市未来“品”字型城市大框架架构形成后红岛的经济发展和汽车保有量的增长,根据预测转向交通流及地形、地物以及未来发展等因素综合考虑,互通立交最终选择主线与匝道相互跨越关系的Y型互通立交。见图3。其中红岛→青岛市区和黄岛→红岛方向的两条左转匝道采用上跨主线的半直连式匝道,青岛市区→红岛和红岛→黄岛方向的两条右转匝道采用直连式匝道。四条匝道分别与红岛连接线相连接。

图3 红岛互通立交平面

按照2028年远景交通量预测,青岛—红岛方向转弯交通量最大,为5 007 Pcu/日(双向),同时考虑到每条匝道均超过500 m,所以匝道均采用单向双车道断面,匝道宽10.0 m,其组成为护栏0.5 m,左侧路缘带1.00 m,行车道2×3.50 m,右侧路缘带1.00 m,护栏0.5 m。匝道最小平曲线半径R=350 m。

在匝道的纵断面设计中,充分满足匝道各跨越点净高、各连接部高程及纵坡、临界设计高程,适当结合线形的平、纵、横组合,在规范要求的范围内追求的路线的最佳建筑高度,以节约工程量。本互通纵断设计中主线下穿匝道,红岛→青岛市区方向的左转匝道(B)放在第二层,黄岛→红岛方向的左转匝道(C)放在第三层。匝道最大纵坡为2.947%,最小凸形竖曲线半径3 800 m,最小凹形竖曲线半径6 000 m。

为满足不同转弯半径下一定车速的需要,设置相应的弯道超高,设计中综合考虑了匝道车速、合成坡度等因素,本互通中匝道圆曲线半径R>600 m,采用2%的超高;圆曲线半径360 m≤R≤600 m,采用3%超高;圆曲线半径R<360 m,采用4%超高。本互通立交最小圆曲线半径为350 m,最大超高值采用4%。

根据《公路路线设计规范》(JTG D20-2017)有关规定,并结合主线桥梁桥跨布置,减速车道采用直接式,长度为120 m,渐变段为90 m;加速车道采用平行式,长度为180 m,渐变段为70 m。

3 桥梁结构设计

3.1 桥型方案确定

桥梁所处位置为海域,为海上互通。桥型方案应综合考虑工程投资、施工组织及工期安排等重要因素,在安全可靠的结构形式、施工方法和合理的经济指标之间寻求平衡。同时桥型方案应充分重视景观设计,力求造型美观,在桥梁布孔及上下部结构型式上尽量与主线非通航孔桥设计风格相统一。

3.1.1 上部结构

中加两国虽然国情和社会制度不同,但是对青年学生的教育和培养有共性标准。随着我国高等教育的发展,以学生为本的工作理念已在国内高校学生工作中逐步实现,表现在传统以管理和教育为主的学生工作模式逐步向服务学生成长成才服务的模式转变,在这个过程中,加拿大高校学生服务工作的一些好的做法值得借鉴学习。

比选了现浇箱梁移动滑模施工、预制箱梁架桥机架设等桥型方案后,最终连接线桥及匝道桥等宽段选择了50 m跨径现浇预应力砼连续箱梁、滑移模架逐孔浇筑施工方案;匝道桥及主线桥变宽段采用现浇预应力砼连续箱梁、支架现浇施工方案。箱梁截面采用了等梁高单箱斜腹板断面形式,与主线桥梁断面基本一致。

3.1.2 桥墩

墩型最终选择与主线桥墩一致的花瓶墩造型,施工方案上采用现浇施工。花瓶墩可以使桥下空间得到最大限度的解放,使桥墩间的通透性大大提高,同时其造型简洁、大方,阻水面积小。

3.1.3 基础

设计在综合比选了大直径桩和群桩两种方案后,选择了钻孔桩群桩基础型式。为减小承台施工难度及费用,承台顶标高设置为0.3 m。

本作品运用赋权计分的方式对专家、用人单位和学生进行实证分析研究,在试卷分析部分还采用了经典测量理论法衡量试卷结构。并且通过层次分析法,得到专家、用人单位、学生和试卷这四方面的权重,主观赋权的两两比较矩阵如表1所示。最终得到专家评价得分、用人单位评价得分、学生自我评价得分、学生试卷得分各占权重为:2/33、1/4、7/57、37/65。然后通过一致性检验得到:CR=(3/41)/0.96≈0.077,CR=0.077≤0.1,所以该两两比较矩阵满足一致性要求,其相应求得的特征向量为有效。

同时考虑海洋环境,设计应充分重视桥梁的耐久性设计,设计在混凝土制作、构件保护层、防腐涂层等多方面多举措着手,确保结构耐久性满足要求。

最终确定的连接线及互通匝道桥的桥跨总体布置见表1,连接线桥标准横断面见图4,匝道桥标准横断面见图5。

图4 连接线桥标准横断面

图5 匝道桥标准横断面

表1 桥梁总体布置

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3.2 结构物设计

3.2.1 上部结构设计

(1)第一类箱梁:包括匝道桥的等宽箱梁段及连接线桥,断面采用斜腹板单箱单室型式。箱梁顶板宽10.0 m(匝道桥)或11.5 m(连接线桥),底板宽均为4.8 m,两侧悬臂长1.90 m(匝道桥)或2.65 m(连接线桥),梁高3.0 m。匝道桥与连接线箱室的大小一致,仅悬臂长度不一样,见图6。结构体系为连续梁体系或刚构-连续体系,箱梁施工采用移动滑模、逐孔张拉现浇,施工缝设在离墩位线8 m处,施工缝梁底局部加厚。箱梁均采用纵向预应力体系,连续墩墩顶设顶板束,边跨跨中设置底板束,各腹板均设置通长束,施工缝处连接器连接。连接线桥设置横桥向桥面板钢束,横向间距50 cm。

预应力施工阶段,由于混凝土本身具有伸缩性能,因此徐变程度较大,可能导致桥梁最初设计的预应力达不到实际需求,因此,在实际操作过程中,需要提高对预期强度的控制,与此同时,选择质量过关的混凝土工具进行施工,从而对收缩徐变现象进行有效控制。

超表面是厚度比波长小得多的超材料的二维等价物,因此它具有对通过它或由它反射的场引入相位突变并以多种方式形成波前的能力。电介质超表面比其金属对应物具有更少的欧姆损耗。

图6 第一类箱梁断面

图7 Y形腹板构造

(2)第二类箱梁:包括B匝道桥第六联和C匝道桥第五联,跨径组合为50 m+60 m+50 m。该类箱梁均位于匝道圈半径最小处,半径为350 m。箱梁断面与第一类箱梁一致,但由于中孔跨径较大,设计在中孔增加底板钢束,且考虑半径因素,加强腹板通长束的平面防崩设计。施工采用大跨径曲线滑移模架施工设计工艺属国内之最,代表了中国海上桥梁建设的最先进水平,获得了多项专利。

(3)第三类箱梁:包括B匝道桥第一、二联和C匝道桥第十、十一联。该类箱梁为桥面宽度变化较平缓的变宽箱梁。设计断面采用变宽单箱双室截面,保持悬臂宽1.9 m,与前后联箱梁顺接一致,设计给出中腹板定位信息,其余细部构造与等宽箱梁一致。考虑交通工程管道走线的要求,为实现箱室不顺接的相邻联梁端人洞的对接,设计中将箱梁中腹板在端横梁附近的平面形状设计成Y形,并在腹板上开洞,解决了这一问题,见图7。该类箱梁中腹板预应力钢束的锚固设计与构造对应,竖向顶部钢束直接锚固于腹板分叉处,其他钢束分别通过Y形分支锚固于端部。结构体系为连续梁系,施工采用支架逐跨现浇。

(4)第四类箱梁:包括B匝道桥第三联和C匝道桥第九联。该类箱梁位于匝道分叉处,属桥宽变化较剧烈的变宽箱梁,梁的一端横梁为折线横梁,同时接两个等宽箱梁。由于变宽剧烈,中腹板在中横梁处一分为二,第一孔为单箱双室截面,第二孔为单箱三室截面,保持悬臂1.90 m不变,其余细部构造同同宽箱梁,见图8。该类箱梁仅设置腹板钢束,其中中腹板由于分叉,导致部分中腹板钢束需在中横梁处锚固。结构体系为两孔体系连续梁系,施工采用支架整联现浇。

(2)严格执行资产交接手续。因科室调整、人员转岗(离职)时,严格执行资产的调拨、交接手续。所在科主任(处长)、资产使用人、资产管理部门共同签字确认,在交接完成前使用人负责资产安全。

图8 第四类箱梁底板

(5)第五类箱梁:该类箱梁为互通内主线变宽桥部分,其前后联均为60 m简支预制箱梁,采用预制整孔吊装。为了顺接前后预制箱梁,同时顺接匝道桥,各联均采用变宽预应力混凝土连续箱梁结构,支架分段现浇施工。在构造的外形设计上,尽量保持一致,避免截面突变。箱梁截面采用单箱双室或单箱三室,等梁高为3.5 m,外腹板斜率及腋下圆倒角均与主线预制段箱梁保持外形一致,两侧悬臂长4.1 m,在接匝道桥的外侧,外悬臂由4.1 m渐变到1.9 m,和匝道桥顺接,折线横梁见图9。

白日里,紫云坐在办公室里,隔着玻璃窗,看见林志在弯腰割草,她不禁默念道:“这就是我的男人,全世界最没出息的一个人。我苦读十几年,难道就是为了找个吃软饭的男人?”

图9 折线端横梁

该类箱梁与第三、四类箱梁的特点基本一致,因此预应力设计思路基本相同,束形基本一致。但由于跨径为60 m,梁高调整为3.5 m,腹板纵向通长钢束在竖向布置有5束。桥面设置横桥向钢束,横向间距50 cm。

3.2.2 下部结构设计

连接线桥桥头桥台采用肋式台、扩大基础。单柱花瓶桥墩的墩底尺寸为2.4 m×3.8 m,中墩向上渐变至2.4 m×4.8 m,过渡墩向上渐变至3.6 m×4.8 m。基础除1~6号墩采用了3层1 m厚的扩大基础外,其余均采用承台群桩基础,承台平面尺寸为6.45 m×6.45 m,承台高3 m。考虑平均低潮位承台底不露出海平面这一原则,将承台顶高程定为0.3 m,承台下设置有4根桩径1.5 m的群桩基础。

匝道桥下部结构与连接线桥基本一致。但由于匝道桥为曲线桥,为改善弯桥受力性能,部分高墩设计为固结墩。部分基础桩径设计为1.6 m(承台平面尺寸随之为6.8 m×6.8 m)。对于部分变宽箱梁(包括主线变宽段)的下部构造,在总体保持花瓶墩的基础上,根据特殊情况特殊设计的原则,通过加大墩柱平面尺寸来调整支座个数及位置,个别墩采用了门式花瓶的方案,见图10。

图10 门式花瓶墩

4 结语

青岛海湾大桥于2011年6月正式运营通车,于2011年9月被美国《福布斯》评为“全球最佳桥梁”。2013年6月4日,美国匹斯堡第30届国际桥梁大会(IBC)向青岛胶州湾大桥颁发乔治·理查德森奖,这是中国桥梁工程获得的最高国际奖项。目前已成为青岛市的一个热门旅游景点,其中的红岛连接线及红岛互通立交以其优美的造型屡屡登上媒体版面,项目的勘察设计在其中起到了决定性的作用。

(3)要贴近职工服务,创新观念意识,促进双向互动沟通,引导企业职工参与到供电企业的建设中去,解决其最关心的生活、医疗、保险等问题。

参考文献:

1JTG D20-2017,公路路线设计规范S.

2JTG/T D21-2014,公路立体交叉设计细则S.

3JTG 3362-2018,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范S.

4山东省交通规划设计院.青岛海湾大桥施工图设计文件Z.2009(10).

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