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国际桥讯——马尼拉海峡大桥

2022-4-3 18:57 | 发布者: redflag | 查看: 3048 | 评论: 0

摘要 旨在促进经济增长的菲律宾32km长的马尼拉跨海通道设计方案需要仔细考虑无数的环境挑战。
菲律宾32km长的跨海通道旨在促进经济增长的设计方案需要仔细考虑无数的环境挑战。

显著的人口增长导致对已经严重拥挤的菲律宾公路网络的旅行需求增加。马尼拉大都会(国家首都区)及周边地区交通设施供应不足,导致出行时间恶化,进而威胁经济增长。为了缓解这种情况,杜特尔特总统开始了被称为“大建大建”的基础设施工程计划。
发展蓝图中的项目之一是拟建一条 32 公里的跨海通道,跨越马尼拉湾口至马尼拉大都会以西,将巴丹省和甲美地省连接起来。Bataan-Cavite Interlink Bridge (BCIB) 将两个地区之间的旅行时间从 5 小时减少到 45 分钟,减少拥堵,并释放在马尼拉大都会以外扩展的机会。 


跨海通道长 26公里,由两座斜拉桥和海上高架桥组成

由亚洲开发银行和菲律宾政府共同资助的一项可行性研究和初步设计已由奥雅纳完成。其中包括路线选择研究、交通研究、经济分析、环境评估、社会保障研究和初步设计的开发。

考虑到物理限制,在巴丹和甲美地双方都确定了一些可能的着陆点。基于这些着陆点,开发了包括桥梁和隧道在内的 12 个初始对齐选项。进行了一次高级别评估,并列出了五个备选方案,以供更详细地考虑。通过评分评估活动考虑技术、财务、经济、环境和社会方面,最终的一致性被确定为在成本、易于实施和最小的负面社会环境影响方面积极成果的最佳总体平衡。 

根据交通研究结果和成本效益分析,该项目被认为具有经济可行性,并将带来显着的经济效益。还完成了环境影响评估和移民安置行动计划,并证明项目的影响是可以减轻和可控的。

新的过境点包括马尼拉湾 26 公里长的海上过境点、巴丹岛 5 公里的道路/桥梁和甲米地 1 公里长的道路,以连接现有的当地道路网络。海上渡口由 23 公里的海上高架桥和两座大跨度导航桥组成。 


The alignment the Bataan-Cavite Interlink Bridge

海上高架桥是项目成本的最重要贡献者。仔细考虑这些结构的结构设计方案对于确定有效和稳健的设计并最大限度地降低成本至关重要。加上繁重的极端环境条件和设计事件(深达 50m、地面条件差、高地震活动、严重台风和船舶撞击的可能性),进行了详细研究以得出经济设计,这将是容易的在海洋环境中建造和维护。 

上层建筑和地基都考虑了所有可行的方案。对于上部结构,得出的结论是预制、施工速度和大跨度是必不可少的,因此混凝土和钢-混凝土组合箱梁被评估为最具竞争力的选择。对于基础,桩基础被认为适合现场条件。得出的结论是,将采用大直径驱动管状钢桩,因为它们比混凝土钻孔桩更快、成本更低且更容易施工。

抗震设计被认为是高架桥最关键的设计条件。选择合适的抗震系统是获得足够抗震性能的基础。传统上,对于高地震带,将考虑通过塑性铰形成的能量耗散。对于BCIB,根据初步分析,发现桩是最关键的要素,主要是由于深水和软海相沉积。这些导致桩帽和地面有效支撑点之间的桩具有显着的独立长度,这意味着塑料铰链将在桩中而不是墩柱中形成。为了避免在水和海床下形成塑料铰链,这将难以接近进行检查和维修,已经提出了摩擦摆式轴承。通过隔震,桥面将在地震事件期间“漂浮”在轴承上,并显着减少对地基的需求。为了坚固,将在海床下方的潜在塑性铰区提供无钢筋混凝土填充的钢桩,以便在超出设计基准的地震事件下,可以形成塑性铰以避免结构倒塌。

为了最大限度地降低海上高架桥的成本,进行了优化研究以选择最佳跨度长度和桥面类型。 

研究考虑了以下类型的高架桥:跨度为 75m、100m 和 145m 的混凝土桥面上部结构,以及跨度为 100m、145m 和 200m 的钢-混凝土复合桥面上部结构。对于上述六种类型中的每一种,都考虑了三种不同的水深(即10m、25m和40m),总共需要分析18种不同的模型进行优化。 

The 900m-long main span of the South Channel Bridge is supported by monopole towers

对于下部结构和基础,这些高度依赖于现场条件,尤其是地震和风。对于 18 种不同排列中的每一种,都进行了静态和动态分析,以根据桥梁设计规范 AASHTO LRFD 评估下部结构和基础的尺寸。对于上部结构,设计较少依赖于特定的现场条件,因此它们的尺寸是根据初步设计的经验和判断来确定的。

优化了不同跨度和甲板类型的基础。然后为成本估算的 18 种不同结构中的每一种确定数量。然后针对三个水深中的每一个比较不同甲板类型的成本。发现 100m 长的混凝土桥面跨度对于 BCIB 现场条件是最经济的,因此建议进一步开发。 

100m 跨度的混凝土甲板设计为全跨度预制单元,可由 Svanen 型重型起重船架设。同样,桩帽和桥墩柱被设计为预制构件,用于通过浮式起重机进行高效的海上施工和安装。 

BCIB 将穿越两条繁忙的航道,运送至马尼拉港和巴丹海岸沿线的沿海设施。为确保航运不受新桥限制,对两条航道进行了航行模拟研究。选择了主跨分别为900m和400m的两座大跨度斜拉桥,即南航道桥(SCB)和北航道桥(NCB)。 

对不同的塔形、索扇布置和桥面类型进行了比较和评估。考虑到地基的大小和结构行为,对 SCB 的两个选项进行了更详细的研究:选项 1,带有单正交异性钢甲板的菱形塔。选项 2,带有分裂正交各向异性钢甲板的单极塔。

对这两种选择进行了静态和动态分析。此外,还进行了计算空气动力学研究以确定空气动力学系数和空气动力学稳定性(驰骋和颤振)。在使用条件下,发现这两种选择对于平均风速高达 110m/s 的情况都是稳定的。

比较工程量、可施工性和施工速度,单杆塔式和分体式钢箱方案2被认为更经济、更容易建造,因此被用于SCB的初步设计。对 NCB 进行了类似的练习,唯一的区别是钢复合梯子甲板被发现更经济。

塔基将承受来自桥梁和船舶冲击的显着垂直载荷和水平载荷。初步考虑了沉箱基础的选择;然而,根据目前对地面条件的解释,可能存在局部的土壤薄弱区,可能会发生液化。这种局部薄弱区域可能会被地面调查遗漏并且无法识别。再加上预计在海底有厚厚的海洋沉积层和冲积层,根据现有数据,无法证明任何土壤加固方法都足以使沉箱基础发挥作用。这将导致建设和成本估算的重大风险。
为了获得可靠的成本估算,在初步设计阶段对桩基础进行了调查。塔式基础必须承受大量的横向载荷,远高于海上高架桥基础所承受的横向载荷。此外,由于深水,考虑到海床以上桩的较长独立长度,传统的桥梁桩帽解决方案将不是一个有效的选择。出于这个原因,使用海豚结构的地基保护被认为是不可行的。

Tower shapes and structural configurations studied for the South Channel Bridge

然而,将桩帽淹没在水下将使桩能够抵抗水平冲击载荷。这种水下桩帽在海上能源工业中很常见。这些可以在附近的干湿码头在岸上浇筑,漂浮在预先安装的导向桩上并沉没。在此之后,剩余的桩可以通过套筒安装并密封。

对于塔,两座桥都选择了具有八角形横截面的单极类型,因为可以根据结构需求定制尺寸。在这种情况下,塔基处的截面较宽(横向),而斜拉索锚固区的截面较长(纵向)。
在电缆锚固区域保持恒定的截面尺寸,以便于锚固细节和施工。除最下层斜拉索需锚固在混凝土牛腿上外,均采用钢锚箱与混凝土塔节复合连接。 

900m主跨SCB选用了由横梁连接的双箱梁组成的正交异性钢桥面。横梁间距为 18m,与斜拉索锚固点重合。多股斜拉索连接到甲板的外边缘。

400m主跨NCB选用纵向钢边梁和横向钢楼板梁组成的钢-混凝土组合梯桥面。电缆锚通常沿边梁间隔 12m。由于马尼拉湾的强台风风速,梯梁甲板的空气动力稳定性至关重要,需要在详细工程设计阶段进行物理风洞测试。边缘细节需要进行微调,以最大限度地提高稳定性,防止颤动和疾驰。也可以考虑使用流线型封闭箱式甲板的替代方案。虽然单独来看这会更昂贵,但当与 SCB 的正交各向异性钢桥面一起考虑时,如果两座桥都可以在同一份合同下建造,那么效率可能会显着提高。需要进一步研究从规模经济和简化供应链和施工方法中获得的好处。与板梁桥面相比,箱形梁的一个优点是与多面相比,大平面更容易检查和维护,这是对海洋环境的特别考虑。

BCIB 的详细设计已经开始,预计于 2022 年初完成。

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