汤伟 袁昂 王晓东 王麒中交公路规划设计院有限公司
摘 要：厦门第二东通道工程连接厦门本岛和翔安区，项目设计中充分考虑厦门交通路网规划和建设条件要求，采用高速公路标准兼具城市道路功能，以隧道结构方案穿越岛内老城区，以桥梁方案跨越厦门东部海域，桥梁建设借鉴了境内外先进经验和理念，解决了本岛-翔安-新机场的交通需求，同时为厦门增加一个新的地标建筑。
关键词：桥梁设计;总体设计;预制墩台;大跨钢箱梁;明挖隧道;耐久性设计;
1 概述1.1工程概况
厦门翔安大桥西起厦门岛内金尚路，顺接厦门第二西通道，沿枋钟路向东，跨越东海域，接翔安南路，终于翔安南路互通，是厦门市规划路网两环八射的组成部分，也是国家高速公路网厦门段的重要控制工程。翔安大桥构建了本岛与翔安区之间的跨海运输通道，也是本岛与新机场之间的主要联系通道。主要包括了本岛段隧道工程、跨海段桥梁工程以及翔安段接线和两岸互通桥梁工程。
1.2建设条件
陆域为风化剥蚀性微丘地貌，两岸地势开阔平坦，岸滩带为海蚀海岸及堆积海滩地貌。海域段在厦门本岛侧岸坡较平缓，多为直立式防浪石护岸，一般水深10～18 m, 至中间部位最深达22 m, 分布有礁石；刘五店岸侧水下坡较平缓，一般水深10～15 m, 海底平坦，渐至出露。项目桥址区域大部分水深条件较好，中航道、西航道，以及规划中的东航道，水深均在6.0 m以上。
桥址区海域上部地层为淤泥、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、细砂、中砂、粗砂、砾砂及残积土覆盖，下伏基岩为凝灰熔岩以及花岗岩，岩、土种类较多，分布较不均匀，性质变化较大，尤其是中～微风化岩面起伏大，海域发育有2条风化深槽，陆域发育多条风化深槽。场区岩土工程问题主要为水土流失、风化深槽、风化孤石、桥基冲刷稳定，特殊性岩土为软土、花岗岩残积土及风化岩。工程场地50年超越概率10%、100年超越概率3%的基岩水平峰值加速度分别为132 ga1、271 ga1。
厦门属亚热带海洋性季风气候，多年平均气温为20.9℃,极端最高气温38.5℃,极端最低气温1.5℃。多年平均降水量为1 183.4 mm。设计风速39.7 m/s。百年一遇极端高水位4.42 m, 极端低水位-3.32 m。
桥位所处海域为正规半日潮，水文条件好，水深6～18 m, 平均流速0.6 m/s。设计高水位为3.27 m, 设计低水位为-2.50 m。桥址处设计最高通航水位为4.62 m。
为满足飞机起降安全，桥位处限高54 m, 桥梁结构需满足限高要求。
1.3主要技术标准
主线采用高速公路标准，设计速度80 km/h, 其中本岛段采用六车道、隧道净宽2×13.75 m, 跨海段采用八车道、桥梁总宽38 m, 翔安段采用六车道、桥梁宽30 m。辅道采用城市主干路标准，本岛侧辅道采用十车道，翔安侧辅道采用六车道，设计速度采用40 km/h和60 km/h。桥涵设计汽车荷载等级采用公路—I级、城—A级标准。地震基本烈度为Ⅶ度，桥梁设计使用寿命按100年考虑。
2 总体设计2.1总体布置
本项目是厦门本岛对外联系的一个重要通道，设计统筹考虑了与建设条件、环境保护、文物、通航、航空限高、与厦门海沧隧道顺接、岛内外交通组织和路网衔接等要求，合理地设置了隧道、桥梁以及互通式立交方案。为更好发挥进出厦门本岛快速通道的作用，围绕保障交通安全和提高通行效率、交通组织管理、横断面布置、过渡段设计，地下匝道出入口、互通式立交型式、主辅路交通转换、辅道平面交叉口等交通组织方案进行了细化和优化。见图1～图3。
2.2海中桥梁2.2.1桥梁结构设计
桥梁总体布置见图4。
海中钢箱梁桥总长3 270 m, 根据通航要求设3个通航孔，通航标准见表1。
图1 厦门第二东通道项目在路网中的位置示意 下载原图
图2 项目平面示意 下载原图
图3 项目纵断示意 下载原图
图4 海中桥梁总体布置示意 下载原图
单位：m
除中航道2个通航孔设置2个150 m跨径外，其余均采用90 m桥跨。中航道采用90 m+90 m+2×150 m+90 m+90 m一联布置，全长660 m, 上部采用变高度钢箱连续梁，下部采用预制拼装承台-墩身和钢管复合桩结构。90 m跨均采用等高度钢箱连续梁，互通区采用变宽钢箱梁，下部采用预制拼装承台-墩身和钢管复合桩结构。
表1 通航净空尺寸 导出到EXCEL
通航孔
通航方式
通航桥孔净空尺度/m
净宽
净高
西通航孔
双孔单线
73
14.8
单孔双线
134
中通航孔
双孔单线
99
33.3
单孔双线
176
东通航孔
双孔单线
73
14.8
单孔双线
129
主通航孔桥钢箱梁梁宽37 m(不含风嘴宽度)。边跨采用等梁高截面，梁高3.5 m; 中跨跨中梁高3.5 m, 中墩墩顶及次边墩墩顶梁高7.0 m。中墩墩顶及次边墩墩顶两侧各52.5 m的范围，梁高从7.0 m变化为3.5 m。钢箱梁顶板，顶板U肋，顶板加劲肋、与顶板相接的横隔板(肋)区域，采用Q420qD,其余构件均采用Q345qD。见图5。
主通航孔下部结构采用预制承台与墩身。墩身分为三段预制，下节段与承台一起预制，接缝位置距离承台顶缘7.5 m; 上节段与盖梁一起预制，节段缝距离盖梁底缘9.0 m。墩身节段装配化安装采用预应力粗钢筋连接。桩基采用钢管复合桩。钢管段直径2.5 m, 嵌入承台1.6 m。见图6。
图5 中航道桥钢箱梁横断面 下载原图
单位：mm
图6 中航道墩身及基础 下载原图
单位：cm
标准段钢箱梁梁宽37 m(不含风嘴宽度),梁高3.5 m。钢箱梁顶板，顶板U肋，顶板加劲肋、与顶板相接的横隔板(肋)区域，采用Q420qD,其余构件均采用Q345qD。见图7。
下部结构采用预制承台及墩身。墩身节段预制，下节段与承台一体预制。每节墩身之间采用预应力粗钢筋连接。桩基采用钢管复合桩。钢管段直径2.0 m。墩柱采用六边形截面。墩高(含盖梁高度)<25.5 m, 分两段预制吊装。墩高(含盖梁高度)>31.5 m, 分三段预制吊装，墩底加厚。墩身节段采用直径为75 mm的预应力粗钢筋连接。见图8。
2.2.2耐久性设计(1)钢箱梁。
钢箱梁采用梁内、外防腐涂装及梁内除湿的耐久性方案。
钢箱梁外表面采用表面净化处理、二次表面喷砂除锈+环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+氟碳面漆的防腐方案。
图7 90 m跨标准横断面 下载原图
单位：mm
图8 90 m跨墩身及基础 下载原图
单位：cm
钢箱梁内表面采用二次表面喷砂除锈+环氧富锌底漆+环氧厚浆漆。
所有高强螺栓摩擦面要求二次表面喷砂除锈+无机富锌防锈防滑涂料处理的防腐方案。
为保证钢箱梁内除湿效果，所有钢箱梁板件的对外孔洞均需进行密封处理。
(2)钢管复合桩。
钢管采用涂层+阴极保护的联合防护方法，钢管外壁采用高性能双层熔融结合环氧粉末涂层，内壁采用高性能无溶剂液体环氧涂层。
(3)混凝土结构耐久性方案。
在对原材料、配比、混凝土强度、结构裂缝宽度和保护层厚度耐久性设计的基础上，对海中大气区、浪溅区等腐蚀恶劣环境提出了附加措施：墩身采用高性能双层环氧钢筋(外层钢筋及拉筋)+硅烷浸渍(外表面),承台采用高性能双层环氧钢筋+硅烷浸渍。
2.2.3海中桥梁施工方案
海中桥梁承台、墩身和钢箱梁均采用分节吊装施工方案。
承台与桩基采用承台中预留现浇孔连接方式，抱箍止水，预留套箱围水施工现浇混凝土。见图9和图10。
图9 承台墩身吊装施工 下载原图
图10 墩帽和钢箱梁吊装施工
2.3隧道工程
岛内段主线采用隧道结构，以避免对城市景观造成影响。隧道起点位于顺接厦门第二西通道工程，沿现状枋钟路向东，入海前出地面高架。隧道全长2 777.8 m, 其中与原有通道过渡段50.4 m, 暗埋段2 496.87 m, 敞开段230 m, 隧道中部设置2处匝道与地面连通，形成与地面道路交通转换。见图11。
2.3.1隧道主体结构
隧道为双向六车道，暗埋标准段采用单箱双室钢筋混凝土箱型结构，敞开段采用钢筋混凝土U型结构。隧道顶面仍恢复现状道路，宽约60 m, 主车道双向六车道，辅道双向四车道。结构的安全等级按一级考虑。
图11 隧道标准结构断面 下载原图
单位：mm
隧道主体结构设计使用年限为100年，主体结构包括隧道顶底板、侧墙、中墙等。
隧道荷载等级为公路-I级，城-A级。抗震标准：抗震烈度为7度，设计基本地震峰值加速度为0.15 g, 地下隧道构筑物抗震设防类别为乙类，提高1度采取抗震措施。混凝土结构允许裂缝开展，裂缝宽度≤0.2 mm。结构抗浮按勘察报告提供的抗浮计算水位地表以下0.5 m计。明挖隧道抗浮安全系数≥1.05。结构防水等级为一级。
隧道暗埋段标准段底板、底板厚度为110～120 cm, 侧墙厚度为100～110 cm, 局部加宽段及BRT桥桩基托换段根据受力要求加厚。U型槽段底板和侧墙厚度为80～110 cm。见图12。
图12 隧道结构断面 下载原图
单位：cm
2.3.2隧道防水(1)混凝土自防水。
混凝土强度等级为C40,抗渗等级为P10。
(2)外包防水层防水。
顶板：水性喷涂持黏高分子防水涂料+耐根系穿刺层的PVC防水卷材。侧墙：水性喷涂持黏高分子防水涂料层+强力交叉膜高分子防水卷材(喷涂橡胶沥青防水涂料)。底板：水性喷涂持黏高分子防水涂料层+喷涂橡胶沥青防水涂料层。
2.3.3BRT桥梁托换设计
主线隧道与BRT桥相交段利用隧道结构进行托换。基坑开挖完成后，保留原桥墩承台及桩基，浇筑隧道结构同时预留既有桩基穿过的隧道底板孔洞，浇筑完成后，对原有桩基承台进行植筋并浇筑扩大基础，使新浇筑的桩基承台直接连接隧道结构顶板，切割既有桩基，使承台直接作用于隧道顶板，完成桥梁结构上部荷载转换，最后完成对预留孔洞的封堵和防水。
2.3.4隧道围护结构
隧道开挖深度1.47 m～16.93 m, 泵房开挖深度约21 m。
隧道围护体系：围护桩采用钻孔灌注桩，局部采用拉森钢板桩。
止水体系：采用直径800 mm间距450 mm高压旋喷桩形成的止水帷幕，桩长9～23 m, 水泥掺量25%。
支撑体系：水平支撑采用第一道混凝土支撑和2道钢支撑，侧墙施工中进行换撑作业。
基坑降水采用管井结合集水明排的方式。
隧道施工采用明挖顺做法施工。见图13和图14。
图13 隧道支护及开挖施工 下载原图
图14 隧道主体结构施工 下载原图
3 结语
厦门第二东通道设计作为高速公路兼具城市快速路功能，受老城区管线、航空限高、白海豚保护、通航要求等影响，建设条件复杂。本项目在充分借鉴境内外先进经验的基础上，开展结构方案设计：采用明挖隧道方案穿越老城区，采用大节段拼装方案跨越海域，提高了施工质量和效率。大桥2019年11月开工建设，预计2022年底建成通车。
参考文献
[1]刘晓东.港珠澳大桥总体设计与技术挑战[C]//第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集，2011.
