佛山富龙西江特大桥
中国广东省佛山市境内桥梁
佛山富龙西江特大桥是由佛山交投投资建设、中国交建路建承建的一座大桥。该大桥起点位于广东省佛山市高明区富湾镇,顺接杨西大道北延线的终点,沿线途经高明荷城街道,三水白泥镇,路线自西向东跨越西江。其路线全长5.81千米,设主桥1座、枢纽互通立交2处,桥梁全长1770.6米,主桥全长为1070米,是一座主跨580米的双塔双索面组合梁斜拉桥。被称为“佛山第一桥”。
2019年9月,佛山富龙西江特大桥项目正式动工。2022年8月4日,该大桥东岸主塔顺利封顶,11月,该大桥高明侧主塔顺利封顶。2023年3月,该项目东主塔首对标准梁段成功吊装。同年6月12日,该大桥高明岸M14段开展组合梁吊装作业,大桥施工进入冲刺阶段。同年7月,大桥20#墩S15、M15号钢-UHPC组合梁段顺利吊装到位,标志着大桥两岸边跨全部合龙。8月8日凌晨,佛山富龙西江特大桥钢-UHPC桥面板施工顺利完成。同年11月1日,富龙西江特大桥主桥中跨成功合龙。2024年11月22日,佛山富龙西江特大桥建成正式通车。
2021年6月,佛山富龙西江特大桥工程入选平安百年品质工程创建示范项目(第一批)清单。该项目建成通车后,将进一步完善广佛西部片区与广佛中心现代综合交通体系,推进西江两岸城市联通发展,对加速沿线片区的“交通融合、产业融合、城市融合”,促进佛山市西部区域深层次协调发展具有重大战略意义。
历史沿革
前期规划
2017年3月28日,根据《广东省城乡规划条例》第二十九条要求,佛山市国土规划局通过了对于佛山市富龙西江特大桥工程选址方案,该大桥选址位于佛山市西部,起点位于高明区富湾镇,顺接杨西大道北延线的终点,沿线途经高明荷城街道,三水白泥镇,路线自西向东跨越西江。8月15日,佛山市中策高速公路投资有限公司向佛山市发展改革局交通能源基础设施科申报了关于佛山市富龙西江特大桥工程的项目,申报建设地点为三水区、高明区,申报内容为途经高明区、三水区,起点与高明大桥至富龙大桥公路工程相连,终点与规划的季华路西延线相接,推荐方案路线总长约5.2千米。其中,工程起点至荷富路段与杨西大道北延线断面一致,按照近期主线双向6车道,远期改造为主线双向6车道+辅道双向4车道断面布置;富龙大桥(荷富路至金白线段)按照双向8车道断面布置;金白线至工程终点段按照双向8车道断面布置。全线共设互通立交2处(富湾立交、龙池立交),设富龙西江特大桥1座。其项目总投资总造价为282017.6076万元, 其中建安费196182.8623万元。
建造历程
2019年9月,佛山富龙西江特大桥项目正式动工。2019年12月31日,《佛山市自然资源局关于审批佛山市富龙西江特大桥工程(三水段)建设项目用地的请示》《佛山市自然资源局关于审批佛山市富龙西江特大桥工程(高明段)建设项目用地的请示》等相关材料通过审核。2022年8月4日,佛山富龙西江特大桥项目东岸主塔顺利封顶,标志着佛山市最大跨径组合梁斜拉桥的建设正式进入上部结构施工阶段。11月,该大桥高明侧主塔顺利封顶,标注着之后会正式进行桥梁架设作业。2023年3月,佛山富龙西江特大桥项目东主塔首对标准梁段成功吊装。该次成功吊装,标志着项目开始进入主桥钢-UHPC组合梁安装的冲刺阶段,为主桥顺利合龙奠定坚实基础。
2023年6月12日,佛山富龙西江特大桥高明岸M14段开展组合梁吊装作业,大桥施工进入冲刺阶段。7月,佛山富龙西江特大桥20#墩S15、M15号钢-UHPC组合梁段顺利吊装到位,标志着大桥两岸边跨全部合龙。至此项目建设全面进入大桥中跨合龙的冲刺阶段。8月8日凌晨,佛山富龙西江特大桥钢-UHPC桥面板施工顺利完成。11月1日下午约3时,随着合龙段M27段钢箱梁提升合龙口底板位置,晚上主桥中跨成工合龙。
2024年6月1日,经过多日连续作业,由佛山市公路桥梁工程监测站有限公司实施的佛山富龙西江特大桥成桥荷载试验顺利完成,为大桥顺利通车奠定了坚实基础。11月22日,佛山富龙西江特大桥项目正式通车。随着该大桥的建成通车,杨西大道北延线实现全面通车(盈香转盘—荷富路段),高明区横跨西江的新一条“东出口”正式打通。西江两岸交通环境将得到有效改善,加快高明区与佛山中心城区及三水区的快速对接,加速佛山西部融入广佛核心区的步伐。
建设单位
自然地理
位置境域
佛山富龙西江特大桥位于佛山市西部,跨越西江干流连接高明区和三水区两岸,工程所在河段位于西江转弯后直线段范围,东岸水流较缓、西岸水流相对较急,桥位横跨区域最大水深约34米,江面宽度约800米。
地形地貌
佛山富龙西江特大桥桥址区位于珠江三角洲西北部边缘。西岸地形较平坦开阔,海拔高程为+2.4~+5.8米;东岸有低丘分布,丘顶标高约+58.4米。河宽约750米,水深约9米,等深线宽度达到500米以上,线路范围内的水深为0~33.8米。
气象
佛山富龙西江特大桥桥址区属南亚热带季风海洋气候。年平均气温21.4~21.9℃,最高气温达38.7℃,最低气温-2.6℃。年平均降雨量约2200毫米,雨季主要集中于4—9月。夏、秋两季是台风季节,风力一般达到7级左右,最大风速34m/s,台风最大降雨量可达400~500毫米。
水文
佛山富龙西江特大桥桥址区主要河流为西江下游河段。河面宽阔,多浅滩,河床纵坡为0.5‰~0.1%。年平均径流量约为每秒40770立方米,含砂量为每立方米0.109~0.302千克。洪水量占年径流量的76%~89%,洪水期最高水位为+5.51米,枯水期落差一般在6米以内,洪水期与枯水期的桥位处流量相差约4.8倍。桥墩的一般冲刷深度为8.15米,局部冲刷深度为15.32米。
设计与参数
桥梁设计
总体设计
佛山富龙西江特大桥主桥为双塔双索面混合梁斜拉桥,主跨达580米,自西向东跨越西江。跨径分布为(69+176+580+176+69)米,总长1070米。桥塔呈“白鹭”造型,美观独特。边跨主梁选用混凝土箱梁,中跨主梁则采用组合梁,而钢-混结合段位于边跨辅助墩附近。此桥地处特殊位置,风速较大且抗震要求颇高。为此采用半飘浮体系,这一设计有效减小了地震响应,释放了温度荷载内力,还延长了主梁的振动周期。在桥塔处配备竖向支座与横向抗风支座,辅助墩处设有竖向支座和横向约束装置,过渡墩处同样设置竖向支座与横向抗风支座。并且,塔梁之间安置了纵向阻尼器,其作用在于精准控制脉动风、地震以及汽车制动等动荷载响应,能够有效耗散动荷载产生的能量,从而显著降低结构动力响应,大大提升了桥梁的稳定性与安全性。
结构设计
桥塔
桥塔造型
佛山富龙西江特大桥桥宽达41.4米,就580米的主跨而言,经济塔高约130米,桥面以上塔高与桥宽之比为3.33,稍小于4;按总体设计,桥面高度约30米,全塔高与桥面高之比是4.33,略大于4,由此可见桥塔柱间比例较为适中,仅下塔柱略显矮胖,故而在塔型选择时需着重缓和这种矮腿带来的不良视觉效果。为使桥塔景观设计充分彰显佛山的文化底蕴与地域特色,立志打造成为佛山独一无二且极具创新意义的标志性建筑,设计团队巧妙融合花瓶形与倒Y形桥塔方案,并以佛山市美丽的白鹭湖风光作为灵感源泉,精心凝练出极具独创性的“白鹭”形桥塔方案。在该方案里,上塔柱运用灵动流畅的曲线线条,确保力线能够顺畅传递;塔顶的造型宛如白鹭的头部,塔柱则恰似白鹭的躯干,再加上边中跨空间索面所构成的翅膀形状,远远望去,就像一对即将振翅高飞的白鹭,其景观效果极为显著,形象栩栩如生,同时蕴含着深刻而丰富的文化内涵,成为佛山富龙西江特大桥上一道亮丽且独特的风景线,承载着城市的文化与精神象征。
桥塔构造
佛山富龙西江特大桥的桥塔构造主要由下塔柱、下横梁、中塔柱以及上塔柱这几个部分组成。其整体高度达194.3米,塔顶的标高为+199.8米,承台顶部标高则是+5.5米。在桥面之上的桥塔部分,高度为160.38米,对应的高跨比为0.277,塔底处左、右塔柱的中心间距为30.72米。其中,中上塔柱的高度为168.8米,下塔柱高度相对较矮,为25.5米。值得一提的是,塔柱采用的是空心箱形截面,这种截面设计不仅能够在保证桥塔结构强度的同时减轻自身重量,还为桥塔整体的稳定性和耐久性提供了有力保障,使其能够在复杂的自然环境和交通荷载条件下稳固屹立,成为佛山富龙西江特大桥坚实而壮观的核心支撑结构。
佛山富龙西江特大桥的塔柱设计为下部分塔柱呈现直线形态,而在标高达到+102.35米之上的塔柱段则转变为圆弧段,此圆弧段塔柱外侧半径为200米,中心轴线半径达202.75米,上塔柱塔尖净距为15米。下塔柱的横桥向斜率设定为1/3.082,其截面横桥向尺寸为7.5米,顺桥向尺寸呈现渐变特性,从上部的10.3米逐步变化到底部的11米,壁厚为1.5米。特别地,下塔柱下部11.5米区间采用单箱双室截面,并且在底部2.5米范围内采用实心结构,这样的设计主要是出于确保防撞功能的考量。中塔柱直线段的横桥向斜率为1/4.509,截面横桥向尺寸为5.5米,顺桥向尺寸从上部的7.5米逐渐变化至下部的10.3米,在非锚固区壁厚为1.2米。上塔柱的截面顺桥向尺寸为7.5米,横桥向尺寸为5.5米,锚固区塔壁厚1米。由于桥塔横梁在横向地震作用下会承受较大的弯矩和剪力,为了契合抗震设防标准,就必须精心布置数量较多的预应力、普通钢筋以及箍筋,以此来保障桥塔在地震等复杂工况下的结构稳定性与安全性,确保佛山富龙西江特大桥能够长久地屹立于西江之上,承载交通运输的重要使命并抵御各种自然灾害的挑战。
主梁
主梁方案
佛山富龙西江特大桥的主梁既要承担弯矩,又要接纳来自斜拉索的水平分力。在断面形式的抉择上,存在整体式箱形断面与分体式双箱断面两种方案可供考虑。若采用整体式箱形断面,其桥面宽度将是标准宽度与斜拉索锚固区构造宽度之和;而倘若选用分体式双箱断面,鉴于要达成主、引桥路面的顺畅衔接,就必须在主、引桥位置设置S形平面过渡段,以便实现路面宽度以及平面的逐步变化。鉴于本项目所在的西江两岸土地资源颇为紧张这一实际状况,经过综合权衡,主梁最终确定采用整体式箱形断面。并且,边跨主梁采用混凝土梁,对于中跨主梁而言,则需要在钢箱梁、普通混凝土(NC)组合梁以及超高性能混凝土(UHPC)组合梁之间进行比选与确定,以确保在满足结构受力要求的同时,能够最大程度地优化资源利用、提升桥梁整体性能并适应两岸的特殊地理环境条件。
中跨UHPC组合梁
佛山富龙西江特大桥的中跨主梁构造由钢主梁与UHPC桥面板共同组成。其梁高3.5米,此高度是在中心线处测量且为外轮廓高度,全宽达41.4米,这里的宽度包含了风嘴部分,顶板宽度为38.5米,底板宽度则是27米,风嘴宽度为1.25米。钢主梁高度3.1米,同样是中心线处的外轮廓高度,全宽41.4米并带有风嘴,其结构呈现槽形。钢主梁的顶板包含外腹板、中腹板以及横隔板上翼缘,它们的宽度分别为1000毫米、800毫米、600毫米,且厚度均为20毫米。在标准梁段,底板和斜底板的厚度均为12毫米;而在靠近桥塔的位置,由于梁段应力较大,底板及斜底板的厚度会相应地逐渐增加,最厚可达20毫米。标准梁段的外腹板厚度为32毫米,内纵隔板厚度为14毫米。这样的结构设计使得中跨主梁在承受巨大荷载的同时,能够有效地分散应力,确保桥梁整体结构的稳固与安全,彰显出高超的工程技艺与科学合理的结构布局理念。
佛山市富龙西江特大桥在底板与斜底板的纵向采用U形加劲肋来增强结构强度与稳定性。而在边腹板和底板、斜底板的边角部,则巧妙运用板式加劲肋进行加固处理。具体而言,标准梁段的U形加劲肋尺寸为400毫米×260毫米×6毫米,并且以800毫米的间距均匀分布。底板及斜底板的板式加劲肋厚度达16毫米,高度为160毫米,它们紧密贴合在相应部位,有效提升了结构的局部承载能力。边腹板的板式加劲肋厚度更厚,达30毫米,高度为300毫米,为边腹板提供了坚实的支撑力。就连风嘴部分也精心设置了板式加劲肋,其厚度为8毫米,高度120毫米,在保证风嘴结构稳定性的同时,也兼顾了整体的美观与协调性。这些不同部位、不同规格的加劲肋相互配合,共同构建起了佛山富龙西江特大桥坚固而可靠的主梁结构体系,使其能够在复杂的受力环境下保持卓越的性能,抵御各种可能的挑战,确保大桥在长时间内安全稳定地屹立于西江之上,为交通运输提供坚实的保障。
佛山富龙西江特大桥的桥面板采用了带PBL剪力键的UHPC组合桥面板,桥面板整体厚度为150毫米,其下层铺设8毫米厚的薄钢板,在钢板上,横向每隔600毫米就设置1道PBL剪力键,并且每隔100毫米开凿一个直径为45毫米的圆孔,同时在钢板顶部每隔100毫米开设15毫米×15毫米的方形槽。随后,在圆孔和槽内穿入直径12毫米的钢筋,待钢筋绑扎完成后进行混凝土浇筑作业。其中,UHPC部分厚度为15厘米,而在湿接缝处厚度则增加至25厘米。由于斜拉桥中跨跨中存在负弯矩区,此区域的桥面板拉应力较大,针对组合梁的特性,只需在中跨桥面板中合理布置纵向预应力即可有效应对。预应力采用15-12钢束,总共设置36束,采用两端整束张拉的方式进行操作。这样的设计与施工工艺,充分考虑了大桥在不同受力状态下的结构需求,通过巧妙的构造与精准的预应力设置,确保了桥面板在复杂应力环境下的结构强度与稳定性,为佛山市富龙西江特大桥的整体安全性与耐久性奠定了坚实基础,使其能够更好地承载交通流量,服务于地区的经济发展与人员往来。
边跨混凝土梁
佛山富龙西江特大桥的边跨混凝土梁在设计上采用单箱三室截面形式,梁高精准设定为3.5米,全宽达41.4米,其中顶板宽度为38.5米,底板宽度则是27米。鉴于边跨需要承担压重任务,混凝土梁段的顶、底板厚度均设计为0.35米,腹板厚度为0.50米,并且在钢-混结合段进行了局部加厚处理,以此确保能够满足强度方面的严苛要求。标准横隔板的设置与斜拉索位置相互对应,其间距为6米,厚度达0.45米。在过渡墩和辅助墩的顶部均精心设置了横梁,厚度分别为2米与2.4米。为了有效满足横向受力需求,在横隔板及横梁底面均布置了横向预应力钢束。这样的设计不仅使边跨混凝土梁在结构上更为稳固,能够承受各种复杂的荷载组合,而且通过合理的布局与材料配置,充分发挥了各部件的力学性能,保障了佛山市富龙西江特大桥在长期运营过程中的安全性与可靠性,为桥梁的稳定运行提供了坚实的结构基础,使其能够在西江之上顺利完成交通运输的使命,成为地区交通网络中至关重要的枢纽连接点。
佛山富龙西江特大桥的边跨混凝土梁施工采用膺架现浇的方式。然而,由于这种施工方式周期相对较长,期间存在一定风险,比如膺架可能会出现下沉现象,一旦下沉就极有可能致使梁体产生裂缝。为有效预防这一问题,在箱梁纵向的全长范围内巧妙布置了一定数量的预应力钢束。如此一来,箱梁截面无论是上缘还是下缘都能够拥有压应力储备,从而增强了梁体抵抗变形与开裂的能力。此外,在梁体的局部范围内还配置了横向预应力钢束,其目的在于有力地克服其他荷载以及成桥运营荷载所带来的不利影响。通过这样全面而细致的预应力钢束布置策略,大大提升了边跨混凝土梁在施工过程以及后续运营阶段的结构稳定性与安全性,确保佛山富龙西江特大桥能够顺利建成并长期稳定运行,为地区交通的顺畅提供坚实保障,彰显出工程设计与施工过程中对细节把控和结构优化的高度重视。
钢-混结合段
佛山富龙西江特大桥钢-混结合段的位置选定具有科学性与合理性。从功能层面而言,此位置必须能够流畅地传递各类荷载引发的内力与变形,并且要具备出色的抗疲劳特性与耐久性,如此方能确保桥梁在长期使用过程中结构稳固,有效抵御各种复杂工况的考验。从外形角度出发,其需要实现钢梁与混凝土箱梁过渡的协调一致,使桥梁整体外观自然流畅、美观大方。考虑到该桥的实际地理环境,边跨主梁仅有部分处于陆域(或浅水区),而主墩处枯水期水深就已达17-19米,洪水期更是深至24-26米。倘若将结合段位置设置于中跨,必然会大幅增加边跨混凝土梁的施工难度,无论是施工工艺的复杂性还是施工成本都将显著提升。基于这些综合因素的考量,最终确定该桥钢-混结合段位置设在边跨辅助墩附近。经过计算与分析,在运营阶段,结合段处主梁的上、下缘均拥有较大的压应力储备,这表明该结合段的受力状况安全可靠,能够有效承担起桥梁在运营过程中的各种荷载作用,为佛山富龙西江特大桥的稳定运行奠定了基础,保障了过往车辆与行人的安全通行。
佛山富龙西江特大桥的钢-混结合段长度为2米。该结合段的槽形钢梁巧妙地嵌于预应力混凝土箱梁内部,并且实现了全断面的完美结合。在钢梁顶板与底板和混凝土梁的衔接之处,设置了PBL剪力键和焊钉这两种抗剪构造,它们相互协同作用,有效地保障了钢梁与混凝土梁之间力的传递与结构的稳定。UHPC组合箱梁加强段长达2.9米,在这一区域内,钢梁底板采用带有T形加劲肋的U肋,这种结构设计极大地增强了底板的强度与刚度。顶板则借助PBL剪力键以及钢板与混凝土之间的摩擦力来传递轴力、剪力和弯矩,从而确保了力在不同结构材料之间的平稳过渡与有效传递。为了进一步促使钢箱梁与混凝土箱梁实现更为紧密的结合,工程团队采用预应力钢束进行连接。预应力钢束的运用,如同给整个结合段施加了一道紧固的“枷锁”,使得钢与混凝土两种材料之间的协同工作性能得到了显著提升,有效增强了结合段乃至整个桥梁结构的整体性、稳定性和耐久性,为佛山富龙西江特大桥在复杂的受力环境和长期的运营过程中始终保持良好的结构状态提供了坚实的技术保障。
斜拉索
佛山富龙西江特大桥的斜拉索选用了标准抗拉强度高达1770MPa、直径7毫米且带有锌铝合金镀层的平行钢丝斜拉索。这种材料确保了斜拉索能够承受巨大的拉力,为大桥的稳固提供坚实保障。为了减少风雨振对斜拉索的影响,特意安装了外置阻尼器,并且在外侧PE护套上设置双螺纹线。外置阻尼器能够有效吸收和耗散因风雨作用产生的振动能量,双螺纹线则进一步扰乱气流,改变其绕流形态,从而降低风雨振发生的概率与强度,延长斜拉索的使用寿命并保障其在各种气候条件下的稳定性。斜拉索在中跨组合梁上采用钢锚箱锚固,其纵向基本索距设定为11.6米,这种锚固方式与中跨组合梁的结构特性相适配,能够高效地将斜拉索的拉力传递至主梁。而在边跨混凝土梁上则采用组合钢锚箱锚固,纵向基本索距为6米,塔上基本索距2.5米。不同位置的索距设计是根据桥梁各处的受力特点、结构形式以及整体力学性能要求精心确定的,通过合理的索距布局,使得斜拉索的拉力能够均匀、有效地分布在桥塔、主梁等结构部件上,从而优化整个桥梁结构的受力体系,确保佛山富龙西江特大桥在长期运营过程中安全可靠、性能卓越,展现出在桥梁斜拉索设计与应用方面的精湛技艺与科学严谨的工程思维。
下部结构
桥塔基础
佛山富龙西江特大桥在桥塔基础方案的抉择上经过了全面的考量。桥塔基础有大直径钻孔灌注桩基础与沉井基础两种可行方案。钻孔灌注桩基础的施工工艺成熟,其突出优势在于适应性广泛,无论是何种地质条件,都能较好地开展施工作业,并且施工质量也相对更易于把控。而沉井基础则以刚度大、结构安全可靠性高而著称,尤其适用于承受较大水平荷载的情形,并且在覆盖层较薄、河流冲刷小以及持力层埋深较浅的场地条件下能发挥良好性能。然而,对于本桥而言,沉井基础存在诸多不利因素。一般情况下,沉井控制下沉的深度在30米左右,而该桥桥塔墩处的覆盖层厚度较大,几乎接近沉井基础经济深度的极限,这意味着采用沉井基础可能会面临成本大幅增加、施工难度剧增等问题。此外,沉井施工还会引发诸如较大的冲刷现象,对周边河床及河岸稳定性造成威胁;下沉施工过程容易受到诸多限制,难以按照预定计划顺利推进;并且在施工期间会对通航造成阻碍,影响西江的正常航运秩序。综合权衡各种因素之后,该桥最终确定桥塔基础采用桩径3米的钻孔灌注桩基础。桥塔承台采用C40混凝土进行浇筑,在承台形状设计方面,充分兼顾了结构受力特性与水流影响。为减少水流对承台的冲击力,并确保在各种受力工况下承台能够稳定承载桥塔传递的荷载,将其设计成椭圆形。其承台平面尺寸为横桥向72米、顺桥向26.5米,厚度达6米。这样的承台设计能够有效保障桥塔基础的稳固性与耐久性,为佛山富龙西江特大桥的整体结构安全奠定坚实基础,使其能够在复杂的自然环境与交通荷载条件下屹立不倒,成为西江之上的重要交通枢纽。
桥墩及基础
在佛山富龙西江特大桥的设计中,为实现与桥塔下塔柱以及引桥分幅式板式墩的适配,辅助墩与过渡墩统一采用分幅式板式墩的结构形式。过渡墩盖梁采用预应力混凝土精心构建,其高度为3米,宽度达4.5米,长度则为34.2米,这样的尺寸设计能够有效承担起上部结构传递的荷载,并为桥梁整体的稳定性提供有力支撑。辅助墩和过渡墩的单幅墩身均采用矩形空心截面,其截面尺寸为5米×3米(横桥向×顺桥向),横桥向壁厚0.8米,顺桥向壁厚0.7米,这种空心截面的设计在保证结构强度的同时减轻了自重,优化了结构性能。并且,墩身顶部和底部均设置有2.0米厚的实心段,进一步增强了墩身关键部位的承载能力与稳定性。辅助墩和过渡墩均配备矩形承台,高度均为3.5米。其中,辅助墩单个承台平面尺寸为9.5米×9.5米(横桥向×顺桥向),过渡墩单个承台平面尺寸为27.5米×9.5米(横桥向×顺桥向),承台的尺寸依据上部结构荷载以及地质条件等因素精确确定,以确保能够稳定地将荷载传递至地基。承台下接群桩基础,总共布置8根钻孔灌注桩,桩径3米,按照嵌岩桩进行设计,群桩中心间距为5.5米×5.5米(横桥向×顺桥向),采用矩形布置方式。这样的群桩基础设计大幅提高了基础的承载能力与抗倾覆能力,使得辅助墩和过渡墩能够在复杂的地质条件与各种荷载作用下稳固屹立,为佛山富龙西江特大桥的安全运营提供了坚实可靠的下部结构保障。
设计参数
关键技术
有限元模型
佛山富龙西江特大桥主桥施工方案为先塔后梁,此方案借助MIDAS Civil软件构建起主桥施工全过程的有限元模型。在模型构建中,桥塔节段划分严格参照实际施工节段进行,其中标准节段的浇筑高度设定为6米。对于主梁与桥塔采用梁单元予以模拟呈现,斜拉索则运用索单元来模拟,同时充分考虑到诸如爬模、桥面吊机以及临时检查车等临时荷载的影响。在主梁悬臂施工阶段,实施塔梁临时固结措施,待主梁合龙完成后,解除塔梁临时固结,进而形成半飘浮体系。依据该施工方案的规划安排,佛山富龙西江特大桥主桥被细致地划分为207个施工阶段,以确保整个施工过程有条不紊地推进,保障大桥建设的质量与进度。
施工控制分析
主动横撑安装
倾斜塔柱在施工过程中受已浇筑节段自重和施工荷载的作用,根部截面将产生较大的拉应力。为保证塔柱施工过程中应力不超限,需通过计算确定主动横撑安装位置、顶推时机以及顶推力等控制参数。受自重作用,横撑钢管为压弯构件,考虑到稳定性需求,在满足塔柱应力不超限的基础上,应尽量减小主动顶推力。按此原则在有限元模型中进行试算,最终确定布置5道主动横撑,从下往上编号依次为G1~G5,分别位于中塔柱S9、S11.S13、S15和S17节段,横撑钢管中心线标高分别为+47、+57.7、+69.5、+81.2、+92.7米。为给爬模提供工作空间,在下一节段施工完成后进行横撑安装和顶推。
由于横撑钢管导热速率相比塔柱混凝土快,横撑内力受温度影响较大,选择在温度变化较稳定的时段进行顶推,并根据安装时刻实际温度进行顶推力修正。塔柱最大悬臂状态出现在下一道横撑安装前,施工期间,中塔柱最大悬臂高度为21.538~24.600m,平均值为22.7m。主动横撑安装控制参数及顶推前、后塔柱应力。横撑顶推前、后塔柱应力满足《公路桥涵施工技术规范》中塔柱根部最大拉应力不超过1MPa的要求。
主动横撑拆除
横撑拆除顺序及拆除时机主要考虑因素有横撑逐根拆除,后拆除横撑的内力将增大,应保证横撑钢管满足强度及稳定性要求;横撑内力卸载会对中塔柱造成附加内力,应保证塔柱受力满足控制要求。根据整体杆系模型计算结果并结合现场施工安排,初步制定横撑拆除顺序为上塔柱S24节段施工完毕且混凝土弹性模量、强度达到设计要求后,按从上到下的顺序依次拆除G3、G2、G1横撑;上塔柱S30节段施工完毕且混凝土弹性模量、强度达到设计要求后,按从下到上的顺序依次拆除G4、G5横撑。
塔柱横向预偏
受中塔柱内倾影响,在自重及施工荷载作用下,塔肢会向内侧发生位移,需要根据计算结果在桥塔中塔柱节段设置向外侧的横桥向预偏,以抵消自重及施工荷载的影响。经分析,中塔柱横向预偏量最大值为30毫米,位于标高+80.254米和+86.112米处,即S14和S15节段。
主动横撑顶推监测
顶推过程应力和位移
为确保主动横撑顶推力有效施加到塔肢上,在每道横撑顶推施工期间进行精细化监测,测试内容包括:钢管表面应力。在每根钢管L/4断面各布置2个振弦应变计,监测顶推前、后钢管应力变化。顶推口相对位移。在每根钢管对顶口两侧各布置2个百分表,测量顶推前、后对顶口两侧相对位移:测得的位移量为塔肢偏位与钢管压缩量之和。塔肢偏位。在上、下游塔肢顶部布置观测棱镜,采用全站仪测量顶推前、后坐标变化。塔肢根部应力在中塔柱塔肢根部布置1个监测断面,对塔柱施工期间应力变化进行持续监测。
主动横撑内力
对20号塔G2横撑钢管从安装到拆除进行了近1年(2021年7月-2022年6月)的应力长期监测。根据G2横撑顶推期间钢管表面应力增量回归曲线,可将实测钢管表面应力增量换算为钢管轴力G2横撑钢管表面应力增量与顶推力线性回归曲线。线性相关系数R2接近1,表明相关程度很高。根据拟合公式将实测钢管表面应力增量换算为轴力,并与理论值进行对比,受温差作用影响,横撑钢管实测轴力呈波动状态,但整体变化趋势与理论值基本吻合,表明横撑顶推力有效施加到塔柱上。
运行情况
2024年11月22日上午,佛山富龙西江特大桥正式通车,沿线途经高明区荷城街道白坭镇,是截至2024年佛山已建成桥梁中主塔高度最高桥梁(超190米)。
获得荣誉
佛山富龙西江特大桥建设期间,负责该项目的中交路建项目团队获专利30项,其中发明专利3项,实用新型专利27项。
特色与价值
佛山富龙西江特大桥项目建成通车后,将进一步完善广佛西部片区与广佛中心现代综合交通体系,推进西江两岸城市联通发展,对加速沿线片区的“交通融合、产业融合、城市融合”,促进佛山西部区域深层次协调发展具有重大战略意义。该工程为佛山市一环西拓战略建设的核心工程,加快高明区与佛山中心城区及三水区的快速对接,加速佛山西部融入广佛核心区的步伐,推动交通融合、产业融合与城市融合,进一步实现区域经济的协调发展。
参考资料
“佛山第一桥”顺利封顶!.佛山发布.2024-11-23
“佛山第一桥”已通车.广东发布.2024-11-23
西江又添特大桥.新华社.2024-11-23
中交路桥建设有限公司.天眼查.2024-11-24
凝心聚力,聚焦生产,多个项目生产取得新进展.中交路桥华南工程有限公司.2024-11-23
关于对佛山市富龙西江特大桥工程选址方案.佛山市自然资源局 佛山市城市更新局.2024-11-23
佛山市自然资源局(佛山市林业局).佛山市自然资源局 佛山市城市更新局.2024-11-23
佛山市自然资源局(佛山市林业局).佛山市自然资源局 佛山市城市更新局.2024-11-23
目录
概述
历史沿革
前期规划
建造历程
建设单位
自然地理
位置境域
地形地貌
气象
水文
设计与参数
桥梁设计
总体设计
结构设计
桥塔
桥塔造型
桥塔构造
主梁
主梁方案
中跨UHPC组合梁
边跨混凝土梁
钢-混结合段
斜拉索
下部结构
桥塔基础
桥墩及基础
设计参数
关键技术
有限元模型
施工控制分析
主动横撑安装
主动横撑拆除
塔柱横向预偏
主动横撑顶推监测
顶推过程应力和位移
主动横撑内力
运行情况
获得荣誉
特色与价值
参考资料